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    概述

    由于歷史的原因，分布在生產(chǎn)車間的各種自動化設備多數(shù)缺乏兼容性，不同廠家的設備（甚至同一廠家的設備）如果規(guī)格型號不同，就難于交換或共享信息。所以，近年來人們一直在努力克服信息孤島現(xiàn)象，從物理層、邏輯層和應用層等不同的方向入手，以提高各類設備之間的信息共享能力。要實現(xiàn)車間信息的全面共享，首先需要將各類自動化設備在物理上聯(lián)結起來。應該說可以支持這種聯(lián)結需求的方案很多，不同的生產(chǎn)類型和車間環(huán)境可能需要不同的方法。

    目前，許多企業(yè)都實施了ERP/MRP系統(tǒng)。如果能在ERP/MRP理論的基礎上，加強對生產(chǎn)現(xiàn)場的管理和控制，主要的生產(chǎn)數(shù)據(jù)在生產(chǎn)過程中通過現(xiàn)場設備直接采集，將管理與控制結合在一起，將可以極大地提高系統(tǒng)的綜合效益。簡單地講，一方面可以有效地防止和避免生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的差錯，另一方面可以減少管理環(huán)節(jié)，提高管理效率。利用ERP/MRP數(shù)據(jù)，將管理延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，對生產(chǎn)過程進行直接管理和控制，是許多企業(yè)在信息化建設中的新目標。

    為了實現(xiàn)這個目標就必須實現(xiàn)相關的自動化設備聯(lián)網(wǎng)。這種聯(lián)網(wǎng)需求有兩個顯著特點：其一，是對信息交換的絕對速度要求不高；其二，是設備之間或設備與主機（包括數(shù)據(jù)庫服務器）之間具備靈活直接的信息交換能力。為此，我們提出了一種以以太網(wǎng)為物理介質(zhì)的嵌入式TCP/IP通訊方案。

    1 網(wǎng)絡拓撲

    我們以車間為單位來組織和管理計算機和設備網(wǎng)絡，即車間內(nèi)的所有自動化設備和計算機全部接入一個局域網(wǎng)內(nèi)，統(tǒng)一分配內(nèi)部IP地址，網(wǎng)絡拓撲如圖1。

    其要點是：

    （1）用星型拓撲結構，敷設超５類非屏蔽線，覆蓋所有數(shù)據(jù)點（自動化設備和計算機）；

    （2）以車間為單位劃分子網(wǎng)，原則上每個車間只設置一臺代理服務器，該機既承擔對車間內(nèi)部網(wǎng)絡的管理，同時作為與外部交換信息的網(wǎng)關；

    （3）數(shù)據(jù)點上的采集／控制設備按嵌入式概念設計，集成TCP/IP功能，以主機節(jié)點的方式直接連網(wǎng)，車間內(nèi)的所有數(shù)據(jù)點構成一個局域網(wǎng)，通過車間網(wǎng)關與外部交換數(shù)據(jù)。

    2 嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡接口設計

    實現(xiàn)圖1的難點在于為自動化設備提供嵌入式網(wǎng)絡接口。目前，用于車間的自動化設備種類繁多，但自身具備網(wǎng)絡接口的不多。即使已經(jīng)提供物理層上的網(wǎng)絡聯(lián)結方法，也不一定能直接支持TCP/IP協(xié)議。所以，有必要開發(fā)通用的嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡接口，以支持自動化設備上網(wǎng)，我們選擇高檔DSP （C6000系列）作為嵌入式TCP/IP網(wǎng)絡接口的硬件平臺。ＴＩ結合其C6000系列推出了TCP/IP NDK Network Developer's Kit。該開發(fā)包采用緊湊的設計方法，實現(xiàn)了用較少的資源耗費支持TCP/IP。從實用效果看，NDK僅用200～250K程序空間和95K數(shù)據(jù)空間即可支持常規(guī)的TCP/IP服務，包括應用層的telnet，DHCP，HTTP等。所以，NDK很適合目前嵌入式系統(tǒng)的硬件環(huán)境。與常規(guī)的TCP/IP應用環(huán)境不同，為了最大限度地減少資源消耗，TI為其NDK采用了許多特殊技巧，其中，尤其強調(diào)節(jié)省內(nèi)存。

    在NDK中，已對UDP操作及TCP接收操作所需的緩沖區(qū)做了簡化處理。但是，TCP socket仍然需要使用發(fā)送緩沖區(qū)。當發(fā)送數(shù)據(jù)的大小不定時，對緩沖區(qū)的需求也不能確定。所以，在socket應用時，系統(tǒng)必須為發(fā)送數(shù)據(jù)動態(tài)分配緩沖區(qū)。如果，內(nèi)存不足，可能出現(xiàn)兩種情況：

    （1） 直接返回失?。篍NOBUFS；

    （2） 如果該socket被設置為non-blocking，將等待內(nèi)存釋放，如在規(guī)定時間內(nèi)仍無足夠內(nèi)存，返回超時：EWOULDBLOCK。

    網(wǎng)絡功能是系統(tǒng)功能之一，它通常需要面對不同的應用需求。為了保障TCP socket的適應能力，最直接的方式是增加必要的動態(tài)存貯器，這也是系統(tǒng)機常用的方法。但是，在嵌入式系統(tǒng)中，增加存貯器的代價要昂貴得多。而且，我們希望該嵌入式網(wǎng)絡接口能適應盡可能多的設備。為此，我們提出了一種新的限制發(fā)送緩沖區(qū)大小的TCP socket方案。

    具體方案是：結合嵌入式實驗數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實際需求和硬件資源配置，限制每次send發(fā)送的數(shù)據(jù)塊小于2Ｋ，如實際數(shù)據(jù)量超過2K，利用多次send調(diào)用完成數(shù)據(jù)發(fā)送。

    3 應用

    我們將車間級嵌入式TCP/IP通訊方案應用在摩托車散件包裝中，構成新型“散件包裝管理控制系統(tǒng)”。該系統(tǒng)的核心任務是通過多種信息技術手段控制生產(chǎn)過程中的差錯，將差錯消滅在生產(chǎn)過程中。分析散件包裝特點，在零件準備，包裝和發(fā)運3個主要環(huán)節(jié)中，包裝是控制差錯的關鍵。為了減少包裝環(huán)節(jié)的出錯可能性，以重量控制方法為主，對不能通過重量控制的零件，采用條碼控制。用重量檢測和條碼比對來保證裝箱的準確性。然后，再為每個包裝箱粘貼反映批次、包裝箱規(guī)格（內(nèi)容）及流水號的條碼，以保證發(fā)運環(huán)節(jié)的正確性。整個工作流程由作業(yè)計劃驅(qū)動，以集裝箱發(fā)運為目標。作業(yè)計劃分解按合同號，集裝箱，包裝箱，零件的順序進行，以保證集裝箱內(nèi)容（及報關單）與合同相符。系統(tǒng)需要提供及時有效的零件庫存數(shù)據(jù)和成品庫存數(shù)據(jù)，對差缺件進行監(jiān)控，保證包裝作業(yè)計劃和發(fā)運作業(yè)計劃的有效性。

    采用條碼識別和重量比對來控制裝箱的正確性，是“散件包裝管理控制系統(tǒng)”的主要特色。條碼識別和重量比對數(shù)據(jù)是在生產(chǎn)現(xiàn)場采集的，設備布置和流程如圖2。為了對整個包裝過程進行有效管理和控制，需要在包裝線上安裝較多的重量傳感器，條碼掃描儀和報警器。我們通過嵌入式網(wǎng)絡接口將這些設備與數(shù)據(jù)庫緊密地聯(lián)系起來協(xié)同工作。

圖2

    4 結論

    車間級嵌入式TCP/IP通訊方案可以將ERP/MRP理論和方法延伸到生產(chǎn)現(xiàn)場，從生產(chǎn)現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)，并直接控制生產(chǎn)過程，整體效益非常明顯，如：（1）去掉了手工書寫票據(jù)和送到機房輸入的步驟，能大大提高工作效率。

    （2）解決生產(chǎn)管理信息陳舊滯后的弊病。一張票據(jù)從填寫，收集到鍵盤輸入，需要一天或更長的時間。這使得生產(chǎn)計劃往往只能以幾天甚至一周前的物資信息為依據(jù)，反應遲緩。

    （3）解決票據(jù)信息不準確的問題（主要是抄寫錯誤，鍵入錯誤），從而提高生產(chǎn)率，改善生產(chǎn)管理的質(zhì)量，提高對客戶的服務質(zhì)量，消除事務處理中的人工操作，減少無效勞動，消除因信息不準引起的差錯。

    （4）控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)的失誤，減少由此給企業(yè)帶來的信譽及經(jīng)濟損失。

    所以，車間級嵌入式TCP/IP通訊方案為企業(yè)的信息化建設提供了一種新的選擇。

    參考文獻：

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