基于MES的智慧工厂车间生产数据通信协议设计与实现人物现场总线技术特点应用案例
摘要：本文提出了一种基于MES的智慧工厂车间生产数据通信协议，旨在实现MES制造执行系统与智慧工厂内智能制造终端之间的数据通信交互。本文拟定的数据通信协议连接了生产控制中心的MES系统与智慧工厂内的智能制造终端，是一种用于使得所有自动化设备以统一方式与MES系统进行数据通信的约定。该协议具有独立模块性、可定制、可扩展和可移植性。
引言
现代化工厂信息化发展达到新的阶段，即智慧工厂，其智能化运作是通过MES系统与智能制造设备通讯对接进行。 MES系统能够下达数字作业指导书给智能制造设备，并能即时正确地读取生产线数据，提高生产过程的可控性。
图1 智慧工厂数据传输框图
在图1所示的情况下，数据通信协议是连接MES系统与智能设备终端之间通信的纽带，可以实现MES控制中心与智慧工厂内智能制造设备之间正常通讯。一方面，MES可以向机器下达任务书及排产指令并验证响应；另一方面，当遇到报警或故障信息时，可发送报警提醒至 MES 系统处理。
2 智慧工厂生产数据交互
2.1 智慧工厂车间管理流程
所有作业都是根据 MES 发送指令来进行。 MES 根据订单需求结合实时运行状态安排作业。当新订单到来后会分析是否有原材料短缺，如果有则通知采购部，在规定期限内采购。在原材料质检期间通知生产部做好准备工作，如检查设备等，并根据排产情况合理安排作业任务书。
所需交互部分见图2。
2.2 数据通信模块划分
本文设计遵循模块化、层次化思想，将其分为两个部分：首先是由 MES 与 PLC 之间自主开发的一个应用层定义（Communication Layer 1），支持国际主流PLC 通信协议如 PLCHandler 和 OPC-UA 等（Communication Layer 2）。
3 智能制造设备状态机
本文提出的产品定义了七个状态，从开机态到停机态，对于每个状态都进行了详细描述，以及转移条件，以便 MES 系统了解并精准控制整个工程过程。
4 通信协议运行流程
该议被定义用来实现两者正常交流，上述同步运行在双方上。此外，本议不限定物理层和链路层范围，只在应用层上定义。具体包括指令解析、排产信息下达等六大部分。
4.1 通信协议与 MES 系统交互
此外，本文还提供了一些关键步骤，如异常指令排除确保后续操作顺利完成。此外，还包含如何将这些步骤整合到一个完整的人类可访问平台中，以便更容易理解和使用。