大型鋼管生產車間的自動化控制系統的製作方法

2024-02-14 15:40:15

專利名稱：大型鋼管生產車間的自動化控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種鋼管生產過程控制系統，尤其涉及一種進行級別劃分、 產品和物料跟蹤的大型鋼管生產車間的自動化控制系統。
背景技術：
目前，大型的鋼管自動化控制系統沒有劃分幾級的網絡系統，生產的產品 和物料跟蹤系統，它具有以下缺點和不足
1、 生產鋼管沒有跟蹤，產品出問題不能及時査找，對於成品管分類入庫管 理需要花費大量的人力和時間。
2、 自動化程度低，生產信息不能及時地反饋到車間管理部門。
3、 現場查找故障比較困難，生產效率低。
4、 產品的成材率低。
發明內容
本實用新型針對以上問題的提出，而研製一種對鋼管生成的信息進行自動 跟蹤，同時進行數據分析的大型鋼管生產車間的自動化控制系統。本實用新型
採用的技術手段如下
一種大型鋼管生產車間的自動化控制系統，其特徵在於包括生產管理級、 過程控制級和現場控制級；
所述現場控制級包括現場上位機、可編程控制器、遠程I/O模塊和控制單 元，所述上位機用於對現場工作情況進行時時監控，所述可編程控制器通過遠 程I/O模塊向控制單元發送控制指令，同時現場傳感器將採集到的傳感信號通 過遠程I/O模塊傳遞給到可編程控制器中進行處理後，再通過Prof ibus總線傳 送到現場上位機上進行顯示和過程控制級的主可編程控制器中進行處理；
所述過程控制級包括伺服器、主可編程控制器和乙太網交換機，所述主PLC 通過乙太網交換機連接到工業乙太網上，伺服器和主可編程控制器進行連接， 以存儲現場控制級傳送給主可編程控制器的現場採集信號，所述主可編程控制 器還向現場控制級的可編程控制器發送生產控制指令；
所述生產管理級採用server伺服器架構包括生產管理計算機和乙太網交換機，所述生產管理計算機通過乙太網交換機連接到過程控制級的工業乙太網上， 並和伺服器進行連接，以調用伺服器中的各種數據。
所述遠程I/O模塊為ET200M模塊;所述控制單元包括變頻器和直流調速器。
本實用新型所提供的大型鋼管生產車間的自動化控制系統採集原料的原始 信息，系統適時跟蹤精整線上的每一根管材的運動軌跡，為數據採集提供基礎， 系統根據跟蹤狀態採集精整生產過程中的管材信息，系統對採集到的管材信息 進行整理，並進行數據分析，給出作業率、產品合格率等信息。
在管材運行過程中，本系統通過上料側自動讀卡確認管號，適時跟蹤精整 線上每件管材的位置和運行軌跡，發送給各個加工設備。另外，多種數據接口，
便於外接其他設備簡化軟體使用，降低對軟體使用者要求；直觀的表現形式， 在獲取數據和査詢系統計數據時，提高數據可理解性；出方式採用及時査詢、 電子文檔、列印等多種方式。由於是分布式設計，終端，伺服器中控軟體，數 據統計各自獨立成一個軟體，有利於提高系統穩定性，終端各負其責，提高數 據安全，同時提高軟體可操作性，操作員更易上手。

本實用新型包含兩幅附圖 圖l為本實用新型的結構框圖； 圖2為本實用新型的工作流程圖。
具體實施方式

如圖1所示，該系統分成三級網絡結構生產管理級、過程控制級和現場 控制級；
第一級現場控制級
控制採用可靠性能高的可編程控制器(即PLC)，基於現場總線和分布式
控制技術，對變頻器、直流調速器等進行控制，並通過遠程I/O模塊完成對現 場設備的控制；主要任務是對生產線各環節裝備和部件進行實時控制，通過上 位機對現場工作情況進行時時監控和故障報警。
該級內部的通訊就是作為非標設備現場控制級主站的PLC和上位機與遠程 1/0間(作為非標設備現場控制級從站)的通訊和與各控制單元(變頻器、直流 調速器等)(作為非標設備現場控制級從站)的通訊。選擇ET200M模塊作為遠 程I/O控制模塊，這樣根據信號的實際布局，在精整線上不同的分區設備若干 個遠程ET200M從站。上位機與ET200M遠程I/0模塊之間、上位機與各控制單元之間(變頻器、直流調速器等)均通過現場總線進行通訊。每個主站的PLC
機不受其它主站PLC機的制約，均可以單獨運行，提高了精整線的可靠性，使 控制風險分散。其中PLC完成現場自動化控制用的自動運行所需的檢測信號(鋼 管檢測、鋼管輸送停止、允許翻料、定位檢測、輸送起動、滿料檢測、有料信 號、原點信號、計數信號等)還有一些加工參數是通過上位機的組態畫面連接
到PLC傳送過去(例如生產規格、生產速度、故障信息、檢測信號是否正常)
乙太網傳遞加工參數。PLC採集現場工作信息，只是每個區域的PLC只採集這個 區域的傳感信號；本實施例的整個精整區以劃分四個區域為例，每個區域都包 括一臺電源櫃、 一臺PLC櫃、20幾臺變頻櫃、2臺橫速櫃。這些控制單元(包 括變頻器、軟起動器、遠程EM200M、編碼器、傳感器)都是通過4條Prof ibus 網絡進行通訊，PLC可通過上位機HMI進行監控。四個區域的PLC由第二級的一 臺主PLC通過乙太網進行連接，連接完成後，4個區域的信號把採集需要的信號 通過乙太網傳遞到主PLC上，在由主PLC把需要的信號傳遞到需要的區域中。 第二級過程控制級
包括主可編程控制器(即主PLC)、伺服器、乙太網交換機、乙太網交換 器、光纖電纜；功能描述如下主PLC通過乙太網交換機連接到工業乙太網上， 伺服器和主PLC進行連接，並存儲現場各區域採集的信號，還負責發送生產指 令數據。伺服器部分主要實現系統軟體與下層終端的通信連接，數據交換等功 能。伺服器與工作站之間採用工業乙太網通訊，下層終端與伺服器通過光纖連 接在同一個交換機上。根據掃描的管號順序，自動接收加工設備傳遞的數據， 在資料庫中生成鋼管信息。伺服器端及配套設備由一臺3KVA的UPS提供穩定電 源，在線備份時間1小時。下層每臺終端都配備一臺15分鐘左右延時的後備UPS 各個區域的現場級的PLC通過光纖電纜連接到工業乙太網交換機上，進行時時 地數據傳輸。
第三級生產管理級
可以採用先進的B/S級(Browser瀏覽器/server伺服器)架構，有效實現 企業內部數據共享，可與企業信息網連接，實現遠程瀏覽。
具體設備包括伺服器、生產管理計算機、乙太網交換機、乙太網轉換器、 光纖電纜等。生產管理計算機和伺服器通過乙太網交換機連接到過程監控級的 工業乙太網中，在生產管理的計算機中用WINCC做組態畫面並建立SQL資料庫， 使得生產管理者可以時時監控生產情況和流程，還可以査詢每年、每月、每日、
5每班的生產數量、成品數量和庫存情況。ERW660生產線數據管理系統(以下簡 稱管理系統)面向的使用者為生產人員、檢測人員及管理人員，將焊管線數據 以資料庫的形式建檔，並在飛鋸切割後將噴在鋼管表面的生產流水號與所建檔 案以"集合(批)"的形式和"一一對應"的形式存在數據管理系統的資料庫中， 記錄精整線各步驟數據，以便査詢。
系統採集原料的原始信息，系統適時跟蹤精整線上的每一根管材的運動軌 跡，為數據採集提供基礎，系統根據跟蹤狀態採集精整生產過程中的管材信息， 系統對採集到的管材信息進行整理，並進行數據分析，給出作業率、產品合格 率等信息。根據要求，管理系統只是管理各種數據，對數據進行分析，最終為 管理者提供各類對產品質量有指導意義的數據不允許也不能參與系統的控制， 是與控制系統截然分開的兩套並行系統。
主要設備關鍵參數、基礎數據以及鋼管質量檢測記錄可由三種方式獲得， 分別為，手工錄入，讀碼器的設備讀入，電子文檔導入。在管材運行過程中， 本系統通過上料側自動讀卡確認管號，適時跟蹤精整線上每件管材的位置和運 行軌跡，發送給各個加工設備。
生產過程中發生的數據保存在資料庫中備査，並以巻號(管號)、時間、班 組等多種組合條件為索引條件，形成統計報表，詳細見功能分析。-
每一步操作形成歷史文檔保存，大到原料的"一批"，小到"一根鋼管"， 所經歷的每一步處理記錄在案。
多種數據接口，便於外接其他設備簡化軟體使用，降低對軟體使用者要求。
直觀的表現形式，在獲取數據和査詢系統計數據時，提高數據可理解性。
輸出方式採用及時査詢、電子文檔、列印等多種方式。
單機設備是控制信號是通過Prof ibus連接到現場級的PLC上，數據管理是 通過工業乙太網連接到過程監控級的交換機上。
參與完成物料跟蹤既包括現場控制級的設備也包括過程監控級的設備，現 場控制級主要是完成管理的位置跟蹤，過程監控級主要完成加工完成後的數據 傳遞並存儲。
如圖2所示，物料跟蹤主要就是把鋼板的信息加上鋼管生產時和加工時的 信息匯總，自動生成一個編號，全部記錄下來整個加工信息，使得生產出來的 產品能夠準確的查出鋼管的全部信息，記錄著鋼管的從鋼板軋成鋼管的信息， 包括鋼板的生產日期、生產班組、鋼級、材質、爐號、鋼板的規格、鋼板探傷、機組速度、成型後的變形量、鋼管的焊接溫度、焊接電流、中頻退火溫度、鋼 管的切割長度，倒角的大小、水壓的試壓情況、管體和焊縫探傷信息等。
1)上料點輸入原料原始數據2)板探點記錄板探情況3)焊接點記錄高頻產生數據4)中頻退火點記錄熱處理產生數據
5)焊縫超探點記錄焊縫探傷數據
6)飛鋸噴碼點匯總主線信息，記錄噴碼數據
7)壓扁試驗點記錄焊縫焊接檢測情況
8)水壓試驗點記錄水壓試驗情況
9)焊縫超探點記錄焊縫探傷情況
10)管體超探點記錄管體探傷情況
11)管端探傷點記錄管端探傷情況
12)測長稱重點記錄鋼管長度、重量參數
上述資料數據產生後，下面描述一下如何運用這些數據進行物流跟蹤。在 上料點輸入原料原始數據後，其他點通過自動採集或生成的信息，通過過程監 控級設置的工業乙太網進行傳遞，每個操作臺上的工作站都設有資料庫表格， 最後由過程監控級的主工作站把所有的數據收集以後，進行存儲，可以進行查 閱，還可以上傳給車間管理級。所有數據傳遞都是通過現場的傳感器等控制信 號完成的自動傳遞。
以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範 圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範 圍內，根據本實用新型的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵 蓋在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1、一種大型鋼管生產車間的自動化控制系統，其特徵在於包括生產管理級、過程控制級和現場控制級；所述現場控制級包括現場上位機、可編程控制器、遠程I/O模塊和控制單元，所述上位機用於對現場工作情況進行時時監控，所述可編程控制器通過遠程I/O模塊向控制單元發送控制指令，同時現場傳感器將採集到的傳感信號通過遠程I/O模塊傳遞給到可編程控制器中進行處理後，再通過Profibus總線傳送到現場上位機上進行顯示和過程控制級的主可編程控制器中進行處理；所述過程控制級包括伺服器、主可編程控制器和乙太網交換機，所述主PLC通過乙太網交換機連接到工業乙太網上，伺服器和主可編程控制器進行連接，以存儲現場控制級傳送給主可編程控制器的現場採集信號，所述主可編程控制器還向現場控制級的可編程控制器發送生產控制指令；所述生產管理級採用server伺服器架構包括生產管理計算機和乙太網交換機，所述生產管理計算機通過乙太網交換機連接到過程控制級的工業乙太網上，並和伺服器進行連接，以調用伺服器中的各種數據。
2、 根據權利要求l所述的大型鋼管生產車間的自動化控制系統，其特徵在 於所述遠程I/O模塊為ET200M模塊；所述控制單元包括變頻器和直流調速器。
專利摘要本實用新型公開了一種大型鋼管生產車間的自動化控制系統包括生產管理級、過程控制級和現場控制級；現場控制級包括現場上位機、可編程控制器、遠程I/O模塊和控制單元；過程控制級包括伺服器、主可編程控制器和乙太網交換機；生產管理級採用server伺服器架構包括生產管理計算機和乙太網交換機。該系統由於是分布式設計，終端，伺服器中控軟體，數據統計各自獨立成一個軟體，有利於提高系統穩定性，終端各負其責，提高數據安全，同時提高軟體可操作性，操作員更易上手，適於在鋼管生產行業廣泛推廣。
文檔編號G05B19/418GK201359698SQ20082023926
公開日2009年12月9日 申請日期2008年12月30日 優先權日2008年12月30日
發明者王振宇, 麗 馬, 高國鴻 申請人:大連三高重工設備有限公司