引言
本文档概述了如何将SCADA（监控控制与数据采集）功能集成到现有MES（制造执行系统）中，适用于饮料或食品工厂等。我们假设该工厂使用多种PLC品牌（汇川、Siemens和三菱），但未采购配套SCADA软件，这为自定义、灵活的实现提供了机会。本指南涵盖整体集成思路以及向设备供应商寻求帮助的建议。
集成目标是创建一个统一的系统，提升生产监控、控制和可视化，同时无缝适配MES，以提高效率并吸引客户（例如，通过大屏仪表盘）。
1. MES中集成SCADA的整体思路
a. 架构设计原则
分层架构：采用模块化或微服务设计，便于扩展。MES作为主系统，SCADA作为嵌入式模块。
- 设备层：工厂PLC（汇川、Siemens、三菱）和触摸屏（HMI）作为数据源。
- 采集层：专用服务（例如Python微服务）负责从PLC轮询数据并处理写入命令。使用周期性轮询或事件驱动机制（例如，每秒采集关键指标）。
- 中间层（MES核心）：处理业务逻辑、数据聚合、警报，并与其他MES模块（如订单管理、库存）集成。将数据存储到数据库。
- 呈现层：基于Web的前端（例如React仪表盘）用于实时数据显示、趋势图和控制界面。通过浏览器支持远程访问。
为帮助理解分层架构，以下是简化架构图：
数据流向：
- 采集 → 存储：从PLC拉取数据（例如压力、流量），标准化后存储到MES数据库（使用时序数据库如InfluxDB以提高效率）。
- 分析 → 行动：MES分析数据（例如，如果产量低，触发警报或自动调整PLC参数）。
- 控制 → 反馈：用户从MES界面发送命令（例如，远程停止泵），并记录到日志，确保可追溯性（如食品行业合规性）。
下图为可视化数据流向：
关键技术考虑：
- 通讯协议：使用OPC UA（开源库如opcua-python）作为桥接，以标准化不同PLC协议。
- 实时性：使用WebSocket或MQTT进行数据推送，避免前端轮询。
- 安全性：实施认证（例如，基于角色的访问控制）、加密通讯（TLS）和审计日志。
- 可扩展性：模块化设计，便于未来添加AI功能（例如，通过机器学习进行预测性维护）。
- 性能优化：根据需求调整轮询频率（例如，关键参数1秒/次，非关键1分钟/次），使用缓存（如Redis）减少数据库负载。
下图说明安全性组件关系：
MES适配的优势：
- 灵活性：MES可以基于SCADA数据自动优化生产（例如，调整灌装速度以匹配订单）。
- 可视化：仪表盘整合SCADA与MES KPI（例如，当前批次产量 vs 计划）。
- 成本节省：利用开源工具（例如Python + Flask后端、React前端）实现，远低于商用SCADA。
- 挑战：多PLC兼容性问题；解决方案是使用抽象层（例如，一个“PLC驱动管理器”类统一调用不同库）。
b. 实施步骤
- 评估现有MES：检查API和数据库；添加SCADA相关表（例如，实时数据表、警报表）。
- 开发采集服务：扩展之前的代码示例（例如，使用pymodbus、snap7、pymel的Python代码）成守护进程服务。通过REST API或消息队列（如Kafka）集成到MES。
- 构建仪表盘：使用React组件（如同先前示例）连接MES API。
- 测试与迭代：先使用模拟数据测试，然后连接真实PLC。分阶段 rollout（例如，先一个生产线）。
- 部署：在边缘服务器（工业PC）运行采集层；在云端运行MES分析/前端。
架构图
以下为全体的架构图：
2. 向生产线供应商寻求帮助
鉴于工厂采购设备时未捆绑SCADA软件，供应商应提供技术支持（取决于合同条款）。重点获取文档和指导，而不是自定义开发。通过正式邮件或会议优先提出，强调互利（例如，在数字化系统中优化他们的设备）。
关键请求（按优先级排序）
PLC和HMI技术文档：
- 详细通讯协议规格（例如，汇川Modbus地址映射表、Siemens DB结构、三菱D寄存器定义）。
- 变量列表：每个生产环节的关键数据点（例如，压力寄存器地址、警报状态位）。要求Excel格式，便于导入。
- 网络配置指南：IP设置、端口、协议版本（例如，Siemens S7的机架/插槽信息）。
测试支持：
- 模拟器或测试环境：提供PLC模拟软件（例如，Siemens PLCSIM）用于离线测试。
- 现场调试帮助：供应商工程师协助初始连接验证（例如，1-2天支持）。
- 示例代码/驱动：现有Modbus/OPC示例作为参考。
硬件/固件信息：
- 固件版本和更新：确保支持Ethernet/所需协议；如果不支持，询问升级