CN103324175A - 一种铝型材生产线的管控系统 - Google Patents

Abstract

一种铝型材生产线的管控系统，包括：设备控制层，所述设备控制层包括的各生产设备系统上分别设置有工艺参数测量及记录模块、以太网模块及自动报警装置；现场工作站，所述现场工作站通过以太网模块与设备控制层的各系统连接；数据管理层，具有远程数据监控设备及一服务器，所述服务器包括记载设备维护数据、工艺参数、工单数据的存储模块及自适应学习的工艺参数优化提取模块，所述远程数据监控设备及服务器通过以太网模块分别与设备控制层的各系统、现场工作站实现信号连接；信息呈现层。本发明的管控系统实现了铝型材挤压生产管控的高度数字化、标准化，加强集中管理。

Description

一种铝型材生产线的管控系统

技术领域

本发明涉及铝型材的生产，尤其涉及一种铝型材生产线的管控系统。

背景技术

铝型材挤压生产线所需的机器设备种类和数量繁多，而现有的铝型材挤压生产线的数字化和智能化程度低，生产的过程数据往往单靠作业人员手工记录，这样一方面会造成数据信息反馈滞后，大大降低生产管理的协调调度能力；另一方面会遗漏加工过程的实时数据，缺乏过程数据的实时采集，很难对生产进行有效分析，从而不能确定标准的、可靠的加工工艺参数（例如温度、转速等）；对于一些已经明确的工艺参数，需要依靠作业人员手工设定，比如同一挤压设备，在生产不同型号，需要设定不同的工艺参数，现有的工艺参数主要针对材质，而没有与具体产品型号结合，不够细化，在生产现场主要依靠生产工人的经验手工完成各种参数设定。这样一方面对工人的知识技能有较高要求，另一方面对工人是否严格按规范操作缺乏监督；缺乏异常呼叫和现场信息快速传递机制，目前的生产线一般是具备纸质的生产看板，需要作业人员手动更新看板信息，信息传递效率低下。

由于缺乏生产设备的实时管理，大量的维修日志和设备运行数据无法形成可便捷传递的电子数据，对每一次设备故障，都需要进行人工故障分析、线路检测、程序优化，大大降低了维修效率，增加了维修成本，不便于制定设备的保养计划和有效提高设备运行效率的措施。另一方面，由于缺少生产过程中的能源（如水、电、汽等） 的使用情况进行监控，难以统计工厂耗能的细节及分析设备能效、产品加工能耗。

综上所述，针对目前的铝型材挤压生产线，亟需开发一种数字化程度高的管控系统，以加强能源和设备的集中管控。

发明内容

为了克服上述所指的现有技术中的不足之处，本发明提供一种铝型材生产线的管控系统，以实现生产管控的高度数字化、标准化，加强集中管理。

本发明是通过以下技术方案实现的： 

一种铝型材生产线的管控系统，包括：

设备控制层，所述设备控制层的各生产设备系统上分别设置有工艺参数测量及记录模块、以太网模块及自动报警装置；

现场工作站，所述现场工作站通过以太网模块与设备控制层的各生产设备系统连接；

数据管理层，具有远程数据监控设备及一服务器，所述服务器包括记载设备控制层的设备维护数据、工艺参数、工单数据的存储模块及自适应学习的工艺参数优化提取模块，所述远程数据监控设备及服务器通过以太网模块分别与设备控制层各生产设备系统、现场工作站实现信号连接；

信息呈现层，包括通过以太网模块与数据管理层连接的显示输出设备。

进一步地，所述工艺参数优化提取模块与存储模块相连接，包括基于排序学习的通用工艺参数设置单元及参数偏差值设置单元。

在本发明的应用中，所述铝型材生产线可为铝型材的挤压生产线，所述设备控制层的各生产设备系统包括模具加热系统、加热炉系统、挤压机系统、在线淬火系统、牵引机系统、能源管理系统。

所述设备控制层包含的模具加热系统、加热炉系统、挤压机系统、在线淬火系统、牵引机系统分别配置PLC控制器。

所述远程数据监控设备包括用于对设备控制层各生产设备系统的设备维护数据、工艺参数、工单数据进行监控的远程监视计算机及用于接收报警短信息的移动通讯设备。

所述设备控制层的各生产设备系统采用工业以太网为连接介质连接一基于无线方式进行短信收发的通信网关设备，以实现与移动通讯设备的数据传输。

所述现场工作站包括现场数据监控模块，工艺参数/工单数据下载及处理模块。

所述所述显示输出设备包括现场看板、报表输出装置。

较佳地，所述设备控制层、现场工作站采用工业以太网为连接介质连接第一交换机，数据管理层、信息呈现层采用工业以太网为连接介质连接第二交换机，所述第一交换机与第二交换机之间为光纤网络连接。

与现有技术相比，本发明提供的铝型材生产线的管控系统的优势包括：一、通过将工艺参数、工单数据等在数据库中完整地管理起来，有了这些基础数据，工人在现场只需选择作业单，对应的工艺参数将自动地下载到现场PLC等控制单元，设备一般按默认参数运行，当工人在现场微调参数时，系统会对调节过程完整记录，并由管理人员在事后进行分析，以进一步挑选出更优的工艺参数，实现持续优化，这种模式可以有效降低操作人员的知识门槛，减少出错概率；二、做到对所有工艺参数进行汇总并分析优化，能指导下次生产，当输入型号或订单号，设备能自动执行最优工艺，比如最优的挤压速度，每套模具最优的实际棒长所对应的挤压长度、压余厚度等；三、对加工过程工艺数据及设备效率进行实时监控，掌握工艺参数实时值与目标值的差异，有效地把握工单的生产进度；四、做到设备异常能够自动报警，并将异常信息第一时间通过手机短信反馈到责任维修人员手中，达到自动报警及时反馈的效果。

附图说明

附图1为本发明一实施例的铝型材生产线的管控系统的数据流程示意图；

附图2为本发明一实施例的铝型材生产线的管控系统的构成示意图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

一种铝型材生产线的管控系统，包括：

设备控制层，所述设备控制层包含的各生产设备系统上分别设置有工艺参数测量及记录模块、以太网模块及自动报警装置；

现场工作站，所述现场工作站通过以太网模块与设备控制层的各生产设备系统连接；

数据管理层，具有远程数据监控设备及一服务器，所述服务器包括记载设备控制层的设备维护数据、工艺参数、工单数据的存储模块及自适应学习的工艺参数优化提取模块，所述远程数据监控设备及服务器通过以太网模块分别与设备控制层各生产设备系统、现场工作站实现信号连接；

信息呈现层，包括通过以太网模块与数据管理层连接的显示输出设备。

进一步地，所述工艺参数优化提取模块包括基于排序学习的针对产品型号和原料材质的通用工艺参数设置单元及针对设备的参数偏差值设置单元。具体地，所述自适应学习采用Ranking学习法（包括RankNet学习法，RankingSVM学习法等）为主，统计学理论(Statistical Learning Theory，简称SLT)为辅并验证：建立一个多值的顺序尺度来度量，用以衡量和排序模型向量的优化程度，在不同的值之间分布相应的初始权重并自动学习出最佳权重；比如建立一个三元的激励函数的文档集：F(T，R，P)(T: 温度； R：速度；P：压力)，用以计算出最终的模型最终的优劣程度，值在0-1范围。

如附图1所示，显示了一实施例的本管控系统的数据流向，其中数据管理层服务器的存储模块保存有一数据库记载生产设备系统的工艺参数等，所述服务器还包括一数据处理中心，该数据处理中心包括基于数据库统计的工艺参数优化提取模块。工艺参数优化提取模块自动对所有工艺参数进行汇总分析优化，能指导下次生产；针对产品和原料材质，较佳地，还针对设备，将生产线的工艺参数在数据库中完整地管理起来。考虑到具体设备的测量差异，一般由工艺人员设定某工序的通用参数，而设备管理人员针对不同设备设置参数偏差值，将此两数据同时归档。有了这些基础数据，工人在现场只需选择作业单，当输入型号或订单号，对应的工艺参数将自动地下载到现场PLC等控制单元，设备能自动执行最优工艺（如最优的挤压速度、每套模具最优的实际棒长所对应的挤压长度、压余厚度等）设备一般按默认参数运行，当工人在现场微调参数时，系统会对调节过程完整记录，并由管理人员在事后进行分析，以进一步挑选出更优的工艺参数，实现持续优化，这种模式可以有效降低操作人员的知识门槛，减少出错概率。

所述数据管理层还包括远程数据监控设备，主要供管理人员了解生产现场的实际情况，直观显示一些重要的生产参数，实现车间生产透明化，这些参数可包括：设备当前状态实时监视（运行、故障等）、设备运行参数显示（例如生产节拍、线速、铝棒加热炉温度等），实时采集设备的运行状态和运行参数并存储归档。

所述设备控制层直接通过与数据管理层的接口，具体地，通过与数据处理中心的接口，获得每条生产线已排定的工单数据，包括生产订单号、型号、料号、排产量、优先级、时间等数据，通过数据接口，设备控制层的各生产设备系统将向数据管理层反馈每个工单的实时进度和预计完成时间，从而实现生产计划与现场设备的直接衔接。

较佳地，所述数据处理中心通过I/O Server 连接一自动化联网系统实现数据的交互。该数据处理中心还连接一现场工作站和现场看板，所述现场工作站和现场看板从该数据处理中心获取相关数据。

所述现场工作站包括现场数据监控模块，工艺参数、工单数据下载及处理模块。现场工作站包括以下功能：一、工单执行与工艺参数下载，工人在现场查看并浏览工单，调整工单顺序，并选择启动工单。生产设备系统将相应工单对应的工艺参数数据直接下载到设备PLC；挤压机系统为例，系统针对工单顺序，对模具的加热等准备工作进行提示。二、加工过程工艺参数实时监视（当前温度、压力、速度等），供工人在现场了解当前工艺参数的实时值与目标值的差异。系统对工艺参数的超限与差异提供必要的报警。三、设备效率实时监视，通过与生产设备系统的数据接口，获得当前工单和模具的实时产量，以挤压机系统，可真实记录每个铝棒的加载时间、有效挤压时间，并与标准节拍进行比对，实时计算设备节拍和预计完成时间。

附图1中所述配置管理层与数据库实现数据交互，包括用于数据库访问人员的权限设置、设备产线设置及输入（可显示及编辑车间、设备与产线间的层次关系），还能从数据库中获取产品及型材原料的相关数据并进行编辑。

所述数据库的数据可通过信息呈现层，具体地可通过报表输出装置输出。

如附图2所示，公开了一种应用于铝型材的挤压生产线的管控系统，在本实施例中，所述数据管理层负责对数据进行采集、分析、存储及设备的远程操作；设备控制层负责完成整个挤压生产线的设备控制功能，负责现场采集和执行。所述设备控制层、现场工作站采用工业以太网为连接介质连接第一交换机，数据管理层、信息呈现层采用工业以太网为连接介质连接第二交换机，所述第一交换机与第二交换机之间为光纤网络连接。

所述数据管理层包括一用于数据采集存储、与生产线现有数据库进行数据交换的服务器及一远程数据监控设备。所述远程数据监控设备包括用于对设备控制层各系统的设备维护数据、工艺参数、工单数据、设备运行数据进行监控的远程监视计算机及用于接收报警短信息的移动通讯设备，较佳地，还可包括用于显示生产线上的设备动态画面的电视大屏。所述设备控制层的各生产设备系统采用工业以太网为连接介质连接一基于无线方式进行短信收发的通信网关设备（例如短信猫），以实现与移动通讯设备的数据传输。在生产过程中一旦出现异常，需要有相应的处理机制快速响应。由于车间的噪声往往较大，可采用手机短信方式快速通知相应管理人员进行处理。可通过判断异常自动发送或者人工手动选择的方式发送报警短信息，同时记录该异常（包括设备故障、质量异常、物料异常、生产异常等）。

所述设备控制层的各生产设备系统包括模具加热系统、加热炉系统、挤压机系统、在线淬火系统、牵引机系统、能源管理系统。

所述模具加热系统的工艺参数测量及记录模块包括模具入炉及出炉的时间参数记录单元、模具加温时间记录单元、模具炉温度测量及记录单元。自动记录每套模具入炉时间、出炉时间、磨具温度，从而利用记录信息可准确追述生产过程。模具加热超温超时能够自动报警，模具炉出现异常时能及时将信息发送至设备负责人的手机。

所述加热炉系统的工艺参数测量及记录模块包括铝棒温度检测单元、铝棒长度检测单元。读取PLC控制器上的设置参数（如设定棒长、设定各区温度等）并自动记录，通过设置铝棒上机温度检测传感器实现剪切后的铝棒上机温度能够自动显示并记录，当铝棒温度超出工艺要求范围时自动报警。可测量铝棒剪切后的实际长度并自动记录。

所述挤压机系统的工艺参数测量及记录模块包括调速流量记录单元，挤出压力测量及记录单元，挤压机工作时间、辅助时间及停机时间记录单元，挤压筒的温度测量及记录单元，压余厚度测量及记录单元。可自动记录挤压机调速流量、挤压时压力变化情况；自动记录挤压机工作时间、辅助时间、停机时间；自动记录挤压筒温度、每个型号的压余厚度。

所述在线淬火系统的工艺参数测量及记录模块包括风/雾/水量调节参数记录单元、出料口温度及冷却温度测量及记录单元、冷却速率计算及记录单元。可自动记录在线生产的风/雾/水调节参数，监控并自动记录出料口温度和冷却后温度，依据冷却前后温度差、挤压速度（挤压杆的前进速度）、冷却区长度自动计算出冷却速率（单位时间内物体温度的减少量），当超出设定冷却速率时自动报警。

所述牵引机系统的工艺参数测量及记录模块包括牵引速度记录单元、牵引力记录单元、型材长度/数量自动提取与记录单元。可自动提取设定牵引速度、牵引力设定数值、型材挤压长度、每根铝锭挤压型材数量设定等。

在本发明的较佳实施例中，所述设备控制层的生产设备系统包括一能源管理系统，通过用能与生产过程结合，可以计算出多种能耗KPI（关键绩效指标法，Key Performance Indicator的简写），用于对全电量的检测（包括电压、电流、电量等）及水、汽实时流量和累计流量进行有效管理，详细记录相应智能仪表的运行参数。

在本发明中，较佳地，所述设备控制层包含的模具加热系统、加热炉系统、挤压机系统、在线淬火系统、牵引机系统分别配置PLC控制器。由于PLC模块可以在线热插拔，易于更换，图纸设计规范、布线接线工艺规范，因而有利于故障的检测和处理。

所述显示输出设备包括现场看板、报表输出装置。现场看板可以显示现场主要生产数据，包括当前工单生产进度、呼叫与故障信息及通知信息等。所述报表输出装置对从数据管理层获得的数据产生各种分析报表，包括工单进度报表、工艺参数报表、能耗报表等，可通过网络连接的打印机打印输出。

较佳地，本发明的管控系统还可包括一UPS设备，用于当市电故障时，保证系统正常运行。

以上内容是结合具体的优选方式对本发明所作的进一步详细说明，不应认定本发明的具体实施只局限于以上说明。对于本技术领域的技术人员而言，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单推演或替换，均应视为由本发明所提交的权利要求确定的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铝型材生产线的管控系统，其特征在于，包括：

设备控制层，所述设备控制层的各生产设备系统上分别设置有工艺参数测量及记录模块、以太网模块及自动报警装置；

现场工作站，所述现场工作站通过以太网模块与设备控制层的各生产设备系统连接；

数据管理层，具有远程数据监控设备及一服务器，所述服务器包括记载设备控制层的设备维护数据、工艺参数、工单数据的存储模块及自适应学习的工艺参数优化提取模块，所述远程数据监控设备及服务器通过以太网模块分别与设备控制层各生产设备系统、现场工作站实现信号连接；

信息呈现层，包括通过以太网模块与数据管理层连接的显示输出设备。

2.根据权利要求1所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述工艺参数优化提取模块与存储模块相连接，包括基于排序学习的通用工艺参数设置单元及参数偏差值设置单元。

3.根据权利要求2所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述铝型材生产线为铝型材的挤压生产线，所述设备控制层的各生产设备系统包括模具加热系统、加热炉系统、挤压机系统、在线淬火系统、牵引机系统、能源管理系统。

4.根据权利要求3所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述设备控制层包含的模具加热系统、加热炉系统、挤压机系统、在线淬火系统、牵引机系统分别配置PLC控制器。

5.根据权利要求1所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述远程数据监控设备包括用于对设备控制层各生产设备系统的设备维护数据、工艺参数、工单数据进行监控的远程监视计算机及用于接收报警短信息的移动通讯设备。

6.根据权利要求5所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述设备控制层的各生产设备系统采用工业以太网为连接介质连接一基于无线方式进行短信收发的通信网关设备，以实现与移动通讯设备的数据传输。

7.根据权利要求1所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述现场工作站包括现场数据监控模块，工艺参数/工单数据下载及处理模块。

8.根据权利要求1所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述显示输出设备包括现场看板、报表输出装置。

9.根据权利要求1～8中任一项所述的铝型材生产线的管控系统，其特征在于：所述设备控制层、现场工作站采用工业以太网为连接介质连接第一交换机，数据管理层、信息呈现层采用工业以太网为连接介质连接第二交换机，所述第一交换机与第二交换机之间为光纤网络连接。

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