FMS信息流网络通信优化

FMS中信息流的集成通信由计算机网络技术实现，包括网络中的计算机硬件、软件、网络体系结构和通信技术等。计算机网络的发展经历了多机系统、局域网（LAN）、都市网（MAN）、广域网（WAN）及网络计算机（network computer）等主要阶段。通常用于工业环境的分级网络包括工厂层、车间层、现场层和设备层四个层次。在FMS中涉及车间层、现场层（或工作站层）、设备层。FMS中各个组成部分的信息要依靠计算机网络来进行交互和集成。这种网络具有一般局域网的共同特征，但它又具有特殊性。其中最显著的就是在工业局域网中包含有大量的智能化程度不一、来自不同厂商的设备，这些设备相互之间无法进行数据交换，因此，整个网络的开放性问题就显得尤为突出。

4.3.2.1　FMS 网络结构及通信特点

FMS中计算机网络就如同神经系统一样，能将数据准确、及时地送到相应的设备上，从而实现对设备进行有效控制和监测。常用网络的拓扑结构有星型网络、环型网络、树状网络及总线型网络等。

柔性制造系统网络属于工业型局域网（LAN）范畴，在FMS中网络技术是实现FMS信息集成必不可少的基础。图4-25所示为FMS单元网络物理配置示意图。对物理结构的说明如下：

图4-25　FMS单元网络物理配置示意图

（1）单元控制器与工作站控制器之间一般用LAN连接，选择的LAN应符合ISO/OSI参考模型，网络协议最好选用MAP3.0。如条件不具备，也可以选用TCP/IP与其他软件相结合的方式，如Ethernet标准。

（2）工作站控制器与设备层之间的连接可采用几种方式：①直接采用RS-232C或RS-422异步通信接口；②采用现场总线；③使用集中器将几台设备连接在一起，再连接到工作站控制器上。

FMS网络是一种由用户根据需求而实现的特定网络，是支撑FMS系统功能目标的专用工业计算机局域网系统。它具有以下特点：

（1）FMS网络覆盖了CIMS柔性制造控制结构中的车间、单元、工作站和设备层，这些层次上信息的特征、交换形式和要求各不相同，因而选用的通信联网形式和网络技术也不相同。此外为了满足CIMS整体系统信息集成的要求，还要考虑FMS同CIMS上层（主要是工厂主干网）系统的通信要求，因此MAS（manufacturing automation system）网络是嵌入一个由若干应用服务类型不同的局域子网互联的集成环境中的计算机网络。

（2）即便在FMS子网络内部，由于近年来局域网产品发展迅速，在通信协议、网络拓扑结构、访问存取控制方法及通信介质等方面都有差异，这阻碍了不同类型网络的互联，特别是在底层设备的通信方面，标准化程度不尽如人意。因此FMS网络实际面临着不同供应厂商提供的通信及联网产品的互联问题。从这种意义上看，FMS网络是由“异构”“异质”的通信接口互联的集成，这是MAS网络需要实现的关键技术之一。

FMS从通信需求可分为四个方面，即网络访问与系统支持、信息格式与共享、底层通信支持和加工设备（如机床）的监控。

（1）网络访问与系统的通信需求要完成连接FMS环境下分布的各种（包括异构的）设备，并实现网络管理的若干功能。(www.xing528.com)

（2）信息格式化与共享的通信需求是为了使不同机床的加工及辅助设备能共享数据。

（3）底层通信支持要保证数据被安全、可靠、及时地传送到相应设备上，并驱动设备运转。

（4）加工设备监控的通信需求是为了能够远距离地控制加工设备的运行，采集加工过程中的实时信息、机床运行状态及发出故障报告等。

4.3.2.2　MAP/TOP 网络通信协议

基于IEEE 802委员会对于MAS等所需要的工业生产数据通信和联网并无具体规定，而IEEE 802中有关管理决策与办公室自动化的标准不能很好适应制造企业生产现场的恶劣环境以及生产设备通信的高可靠性和实时性等方面的要求，美国通用汽车公司（GM公司）从ISO/OSI体系结构及IEEE 802等有关计算机网络通信的协议中选用和增加了适用于制造业生产自动化通信联网的局域网协议，称为“制造自动化协议（manufacturing automation protocol，MAP）”，并于1982年推出了MAP1.0版本。MAP期望在异构的计算机、可编程控制器、NC机床和机器人等自动化设备之间建立有效的信息传输（包括数据文件、NC程序、控制指令和状态信号等）标准。MAP的提出为MAS数据通信标准奠定了基础。美国波音（Boeing）公司根据其在工厂之间、办公室之间及办公室和工厂之间需要交换大量飞机设计、制造数据的需求，研究了适应于制造业工程技术和办公自动化的局域网协议标准，并于1985年推出了第一个TOP1.0（technical and office protocol）版本。TOP期望为不同厂家的计算机和可编程设备提供文字处理、文件传输、电子邮件、图形传输、数据库访问和事务处理的服务标准。

MAP与TOP相结合，为制造业提供了从工厂层管理到生产过程控制各层数据通信的标准协议。因此，目前的观点认为MAS应遵循MAP网络协议标准，而TOP提供了车间以上工程设计和企业管理网络的协议标准。MAP/TOP的产生引起了国际工业界的极大兴趣，美国制造业首先成立了MAP/TOP用户协会以完善和推广应用MAP/TOP。欧洲的信息技术研究与发展战略规划也对MAP/TOP的研究及应用倾注了极大的人力和物力。其他一些国家的工业部门也开展了MAP/TOP的应用研究，并加入国际性的MAP/TOP用户协会中。MAP/TOP之所以发展如此迅速，并成为事实上的CIM-NET标准，主要有以下几个原因：

（1）MAP/TOP是以制造业为代表的计算机用户从应用的角度提出的第一个制造业通信网络协议，它有十分明确的应用目标，即工厂自动化通信标准。它考虑了工厂底层自动化设备的各种复杂的连接情况，而高层协议中包括了丰富的服务和协议以满足各种应用的需求。故与其他协议相比，MAP/TOP在工业领域具有竞争优势。

（2）MAP/TOP得到了广大计算机、通信设备制造商的积极响应和大力支持。一些著名的厂家，如IBM、HP和SIEMENS等公司除积极响应MAP/TOP标准外，还参与了MAP/TOP协议的开发和修正，使其生产的各种设备符合MAP/TOP标准。

（3）MAP/TOP坚持以国际公认的ISO/OSI体系结构为基础，从而使MAP/TOP与其他OSI开放系统保持了较好的兼容性。

如果将CIMS环境中各个独立的、局部的自动化系统视为自动化孤岛的话，依据MAP/TOP协议开发的计算机网络则架起了这些孤岛之间的桥梁，实现了从设计到制造、从生产到管理的真正沟通。

图4-26所示为基于MAP/TOP体系的一般企业网络组成。TOP网络支持办公自动化应用，如人事、财务和市场决策等系统的运作。MAP网络支持生产自动化应用，全MAP网络支持车间和部门之间的生产调度等，最小MAP网络支持生产设备与单元控制器之间的指令和响应的交换，增强型MAP结点实现全MAP网络和最小MAP网络之间的互联操作。

图4-26　基于MAP/TOP体系的一般企业网络组成