西門子數控系統機床聯網解決方案

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在經歷了三次工業革命之后的今天，工業正面臨第四次工業革命，業內相應規划和研究也已經啟動，智能工廠、智能生產、智能物流等成為工業發展的方向。

智能制造並非短期內可以快速大規模實現，他會隨着各種自動化和IT技術的發展而逐漸推進而水到渠成。實現智能化生產的一個必備前提就是設備的可連接性- 設備與設備、設備與管理者之間實現信息互通，這就需要聯網。通過聯網，使企業生產管理例如供應鏈管理、產品生命周期管理、現場設備、過程實時控制等多方結合起來統一管理、調控成為可能，進而優化資源分配，提高生產效率，提高企業競爭力。

西門子Sinumerik數控系統向來以技術領先、開放革新而被用戶熟知接受，在聯網方面Sinumerik數控系統可以提供多種解決方案。

1 生產企業網絡

1.1工廠網絡結構簡介

通常，生產工廠中的網絡根據其職能不同可分為三個網絡層級，如下圖所示：

 

• ERP - 企業資源管理網絡，基於互聯網絡。

• MES- 制造執行系統網絡，基於工廠局域網。

• PCS - 現場控制系統網絡，基於工業現場總線。

1.2 現場控制系統網絡 - PCS

數控機床、機器人、物流車等生產設備是工作於生產第一線，直接參與生產加工的。由於他們是獨立的個體，但又需要一起協同生產，因此實現數據的交換是安全生產的基礎。同時，各設備之間的工作有着嚴格的邏輯性，譬如機床未加工完畢，機器人不允許進入機床抓取工件，否則就會發生安全事故。所以僅僅是實現數據交換是不夠的，還必須保證數據交換的實時性、可靠性和穩定性。

現場控制層（PCS）網絡即是實現各生產設備之間准確、實時、可靠地交換數據的載體。這一層的網絡有以下的特點：

• 通常由現場總線（ProfiBus / ProfiNet /CanBus等）進行通訊；

• 對數據傳輸的准確、穩定、可靠性有着很高的要求；

• 現場控制層的各設備通常采用PLC實現邏輯控制。

1.3 制造執行系統網絡 - MES

制造執行層（MES）網絡，包含上位機、中央數據庫與現場生產設備：

• 生產設備：用於提供各種原始數據；

• 中央數據庫：用於保存記錄各種數據；

• 上位機：集成交互界面，實現客戶對生產設備及數據庫進行訪問操作。

上位機可向各生產設備下達任務指令，同時采集各生產設備的狀態、生產信息寫入數據庫，並進行分析統計，掌握生產進度，優化生產過程，從而達到提高生產效率的目的。這一層的網絡有以下的特點：

• 通常由工廠局域網組成；

• 生產設備可提供上位機所需的多種數據（PLC、報警、狀態、加工等）訪問；

• 上位機與設備采用TCP/IP、OPC、DDE或其他網絡通信協議進行數據交換。

1.4 工廠網絡中的數控機床

數控機床主要是與MES（制造執行層）和PCS（現場控制層）進行數據交換。

• 在制造執行層，數控機床需要根據上位機安排的生產任務進行生產，同時向上位機提供生產進度、設備狀態等各種數據。

• 在現場控制層，當生產工作需要多方設備配合完成時，數控機床需要與其他的生產設備（如物流車、機器人）等進行數據交換，協同工作。

2 Sinumerik數控系統聯網方案

2.1 Sinumerik在現場控制層網絡中的解決方案

Sinumerik 840D sl不僅支持ProfiBus總線，同時也支持ProfiNet總線，因此在與其他支持現場總線的生產設備連接時，有着非常靈活的選擇。只需將生產設備硬件組態時並入840Dsl的ProfiBus或者ProfiNet網絡中，即可實現840Dsl與該生產設備的通訊。

Sinumerik 828D則需要通過PN-PN耦合器（用於連接兩個ProfiNet網絡）或者PN-DP耦合器（用於連接ProfiNet和ProfiBus網絡）與其他生產設備進行連接。從而實現828D與其他生產設備之間的通訊。

2.2 Sinumerik在制造執行層網絡中的解決方案

2.2.1 Sinumerik Integrate 工程方案

針對於希望能直接使用成熟方案的客戶，西門子SinumerikIntegrate產品提供了面向高端數控系統的完整網絡方案，該產品包含多個子模塊，客戶可以根據需求選擇所需功能子模塊進行融合定制，整個方案的開發過程由西門子團隊提供技術支持。

Sinumerik Integrate系列產品按照功能分為以下子模塊：

• Manage MyPrograms (MMP)：有效的集中管理網絡中數控系統的加工程序，並且可以和西門子PLMTeamcenter連接。

• Manage MyTools (MMT)：有效的管理每台數控系統的刀具信息，進而實現工廠級的刀具管理，例如計划和采購等，並且可以和西門子PLMTeamcenter連接。

• Analyze MyPerformance (AMP)：自動采集數控設備狀態進而可以生成從單機到整個網絡的OEE數據，可用於優化生產流程。

• Manage MyMaintenance (MMM)：可以定制每台數控設備的維護計划，從而保障設備安全穩定運行。

• Access MyBackup (AMB) ：按計划自動備份數控設備的數據到服務器進行歸檔。

• Create MyInterface (CMI)：提供基於RPC的靈活的通訊接口，用於自動生產單元中主控計算機和數控設備之間的數據交換。

• Access MyData (AMD)：用於SinumerikIntegrate和其他IT軟件系統的數據交換。

• Access MyMachine (AMM)：可以實現機對機直連或者通過互聯網的遠程診斷。

• Analyze MyCondition (AMC)：通過采集數控設備的指定信息，可以生成基於特定狀態的設備維護建議，通知用戶及時進行設備維護，減少停機時間，提高設備利用率。

2.2.2 基於數控系統功能的自開發方案

對於有自主開發能力的客戶，西門子的Sinumerik產品同樣提供了相應的接口和技術以支持客戶采用其他方式訪問數控系統。

2.2.2.1 數據采集

Sinumerik 840D sl和828D內部集成了OPC-UA服務器，支持上位機通過OPC-UA通訊協議訪問數控系統內部的數據，支持訪問的數據包括：

• PLC數據

• 機床狀態；

• DB數據塊；

• 輸入輸出信號狀態。

• CNC系統數據

• 數控系統狀態信息，例如軸坐標、進給、主軸轉速等；

• 刀具信息，例如刀具長度、磨損、刀號等；

• 加工相關信息，例如當前激活程序、加工時間、加工件數等；

• 報警信息，例如報警號、報警內容等；

• R參數；

• 機床參數。

 

OPC的客戶端只需要按照OPC-UA的通信協議將需要請求的系統變量地址發送給數控系統，數控系統中的OPC服務器會自動將請求系統變量的結果反饋給客戶端。

用戶軟件可以將得到的數據進行處理，例如監控機床的運行狀態、分析加工生產的狀況和設備生產效率等。

2.2.2.2 加工程序傳輸

Sinumerik 840D sl和828D提供了多種網絡中程序傳輸的方式，可以適用於不同的工作情況。

• 網絡驅動器：在工廠局域網中，通過在上位機的Windows共享文件的方式，使得網絡中各數控系統可以訪問上位機中共享的加工程序，不僅可以直接執行網絡驅動器中的程序，並且可以進行拷貝、修改、刪除等操作。

• FTP：與網絡驅動器類似，該方式同樣允許數控系統訪問網絡中的中共享的文件。但與網絡驅動器不同的是，FTP可以提供互聯網范圍的文件共享，只要是放在互聯網FTP服務器中的共享文件，數控系統都可以遠程訪問FTP服務器中的文件，並進行文件的上傳、下載。

3 結語

Sinumerik數控系統為聯網提供了靈活的方案，用戶可以選用SinumerikIntergrate工程方案，也可以基於系統功能開發自身所需的方案。