CN103699089B - 一种过程控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及过程控制领域，尤其涉及一种过程控制系统及方法，该系统包括应用核心层和应用显示层，所述应用核心层用于与外部系统通讯连接，所述应用核心层包括：数据采集子系统和轧线跟踪子系统，所述数据采集子系统用于接收外部系统中的基础自动化控制系统采集到的生产线上的数据，并激活所述轧线跟踪子系统，所述轧线跟踪子系统用于根据所述生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理，本发明通过数据采集子系统采集生产线上的数据，并对生产线上的传感器信号进行有效性检查，通过轧线跟踪子系统及分区处理，提高了过程控制系统的准确率及效率，降低了系统开发实施的成本。

Description

一种过程控制系统及方法

技术领域

本发明涉及过程控制领域，尤其涉及一种过程控制系统及方法。

背景技术

随着软件技术的日新月异，计算机技术在管理中越来越重要，同时，现在的生产线越来越大型化、自动化及复杂化，对产品质量、产率的要求越来越严格，因此生产线的过程控制和管理也日益重要，于是与之对应的过程控制系统软件越来越普及。

一般的工厂都为四级计算机系统管理，分别是基础自动化级，过程控制级，MES级及ERP级，基础自动化级即Level1basic automation control system，是基于PLC控制的，实现生产线自动化控制，是生产控制层，主要用于现场设备和工艺参数的监控，它可以向管理人员提供现场检测和实时数据；过程控制级连接了生产和管理，进行了生产数据和管理数据的交换，从而获得生产线详细的工艺加工数据，为生产提供分析和指导，过程控制系统软件完成控制和管理的各种功能；MES即Manufacturing Execution System，制造执行管理系统，是企业信息集成的纽带，位于计划层和控制层的中间的管理执行层，主要负责车间生产管理和调度执行；ERP即Enterprise Resource Planning，企业资源计划系统，是指建立在信息技术基础上，以系统化的管理思想，为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台，是计划层，需要MES层提供成本、制造周期和预计产出时间等实施生产数据。

但是每个工厂的生产管理不同，计算机系统管理的建设不同，管理的构架不同，每条生产线的过程控制系统的基本功能相似，管理控制的范围可能不同，因此每条生产线的过程控制系统的功能就会有不同，每条生产线的设备和检测元件不同，根据需求有不同的对外接口，因此就要求过程控制系统软件适应这种不同，完成过程控制系统相应的功能，同时要不断丰富功能模块集、通讯接口集，传统的过程控制系统的软件结构不但容易出错，而且效率较低。

发明内容

本发明的目的在于提出一种过程控制系统及方法，提高了生产过程中的控制及管理效率，降低了系统开发实施的成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种过程控制系统，包括应用核心层和应用显示层，所述应用核心层用于与外部系统通讯连接，所述应用核心层包括：数据采集子系统和轧线跟踪子系统，所述数据采集子系统用于接收外部系统中的基础自动化控制系统采集到的生产线上的数据，所述数据包括传感器信号及其变化，所述数据采集子系统还用于对所述传感器信号及其变化做有效性检查及滤波处理，并激活所述轧线跟踪子系统，所述轧线跟踪子系统用于根据所述生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理。

其中，所述应用核心层还包括通讯接口子系统，所述通讯接口子系统用于处理过程控制系统中的通讯接口之间的通讯，所述通讯接口包括过程控制系统与外部系统之间的通讯接口，所述外部系统包括基础自动化控制系统、制造执行管理系统和企业资源计划系统。

其中，所述应用核心层还包括：数据库处理子系统，所述应用显示层包括：过程监控子系统和数据管理子系统，所述数据库处理子系统、过程监控子系统和数据管理子系统通过所述通讯接口子系统进行数据通讯。

其中，所述数据采集子系统用于接收来自基础自动化控制系统的实时数据和预先设定的数据，传送过程控制系统的轧制参数到基础自动化控制系统，对接收到的数据中的开关量进行边沿判定和状态识别，对接收到的数据中的模拟量进行可信度检验，并作为所述过程控制系统的父进程，激活相应的处理进程。

其中，所述过程监控子系统用于提供监视、维护系统的手段和人机界面，过程监控子系统包括操作指导和诊断信息。

其中，还包括单体设备，用以辅助生产工艺和提高成品质量，所述单体设备通过其本身独有的通讯协议和接口与所述通讯接口子系统连接。

一种过程控制方法，包括：

步骤a、数据采集子系统接收来自基础自动化控制系统的实时数据和预先设定的数据，对接收到的数据中的开关量进行边沿判定和状态识别，对接收到的数据中的模拟量进行可信度检验，并激活轧线跟踪子系统；

步骤b、数据库处理子系统接收生产计划，并存入数据库，以供其他子系统使用；

步骤c、轧线跟踪子系统根据所述生产计划生成轧件ID号，所述轧件ID号为过程控制系统中该轧件的唯一标识；

步骤d、轧线跟踪子系统根据生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理；

步骤e、当生产线上出现故障或需要更换工装时，利用数据管理子系统进行操作，并将故障原因及工装信息存储进数据库中。

其中，所述生产计划由制造执行管理系统下发或从数据管理子系统读取。

其中，当外部系统包含制造执行管理系统时，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理之后还包括：将每个轧件的生产实绩上传到制造执行管理系统。

其中，所述当生产线上出现故障时的具体工作方法为：

生产线停止工作，表示有故障产生，过程监控子系统自动开始计时，并在人机界面上显示；

当所述计时超过预设的误工时长阈值时，发出报警，请求排除故障；

故障排除后，生产线重新开始工作，数据管理子系统消除故障报警，接收故障原因的输入，并将故障原因存储进数据库中。

本发明的有益效果为：一种过程控制系统，包括应用核心层和应用显示层，所述应用核心层用于与外部系统通讯连接，所述应用核心层包括：数据采集子系统和轧线跟踪子系统，所述数据采集子系统用于接收外部系统中的基础自动化控制系统采集到的生产线上的数据，所述数据包括传感器信号及其变化，所述数据采集子系统还用于对所述传感器信号及其变化做有效性检查及滤波处理，并激活所述轧线跟踪子系统，所述轧线跟踪子系统用于根据所述生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理，本发明通过数据采集子系统采集生产线上的数据，并对生产线上的传感器信号进行有效性检查，通过轧线跟踪子系统及分区处理，提高了过程控制系统的准确率及效率，降低了系统开发实施的成本。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的过程控制系统功能结构图。

图2是本发明实施例一提供的过程控制系统组成结构图。

图3是本发明实施例二提供的过程控制方法流程图。

具体实施方式

下面结合图1-图3并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

实施例一

图1是本发明实施例一提供的过程控制系统功能结构图。

一种过程控制系统，包括应用核心层和应用显示层，所述应用核心层用于与外部系统通讯连接，所述应用核心层包括：数据采集子系统和轧线跟踪子系统，所述数据采集子系统用于接收外部系统中的基础自动化控制系统采集到的生产线上的数据，所述数据包括传感器信号及其变化，所述数据采集子系统还用于对所述传感器信号及其变化做有效性检查及滤波处理，并激活所述轧线跟踪子系统，所述轧线跟踪子系统用于根据所述生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理。

在本实施例中，所述应用核心层还包括通讯接口子系统，所述通讯接口子系统用于处理过程控制系统中的通讯接口之间的通讯，所述通讯接口包括过程控制系统与外部系统之间的通讯接口，所述外部系统包括基础自动化控制系统、制造执行管理系统和企业资源计划系统。

在本实施例中，通过通讯接口子系统采用统一的通讯接口，实现了过程控制系统内部及与外部系统之间的通讯控制，不易出错，调试简单，效率高，本发明中的轧线跟踪子系统对生产线上的传感器信号进行有效性检查及处理，提高了过程控制系统的准确率及效率，降低了系统开发实施的成本，便于研发人员的开发工作，降低了研发人员的人工成本，减少了研发周期。

在本实施例中，通讯接口子系统，用以处理过程控制系统各种通讯接口，包括过程控制系统与外部系统的接口和系统内部子系统之间的通讯。如系统与基础自动化控制系统、与MES、与单体设备的通讯，应用核心层与应用显示层的通讯。

在本实施例中，所述过程控制系统在一个以太网的环境下，通过TCP/IP协议与基础自动化控制系统、制造执行管理系统、企业资源计划系统和单体设备之间进行数据交换。

在本实施例中，轧线跟踪子系统由基础自动化控制系统和过程控制系统共同完成，基础自动化控制系统向过程控制系统传送轧线上有关轧件跟踪的传感器信号及其变化，由基础自动化控制系统和过程控制系统完成传感器信号及其变化的有效性检查，同时由过程控制系统完成相应的轧件数据处理。基础自动化控制系统负责信号的准确性，并对信号进行滤波处理，以保证过程控制系统跟踪的稳定性。同时，过程控制系统根据基础自动化控制系统传来的信号对物料跟踪进行分析并自动判断，出现错误（包括传感器错误）或超限等问题时及时报警，并通过人性化的人机界面提供多种人工干预的手段，保证物料跟踪的实时性，准确性和稳定性。

如图2所示，在本实施例中，所述应用核心层还包括：数据库处理子系统，所述应用显示层包括：过程监控子系统和数据管理子系统，所述数据库处理子系统、过程监控子系统和数据管理子系统通过所述通讯接口子系统进行数据通讯。

在本实施例中，所述应用核心层还包括其他子系统，如模型子系统等。

在本实施例中，过程控制系统是在金自天正的过程控制开发平台HDP为支撑开发实施的。

在本实施例中，所述数据采集子系统用于接收来自基础自动化控制系统的实时数据和预先设定的数据，传送过程控制系统的轧制参数到基础自动化控制系统，对接收到的数据中的开关量进行边沿判定和状态识别，对接收到的数据中的模拟量进行可信度检验，并作为所述过程控制系统的父进程，激活相应的处理进程。

在本实施例中，数据库数据处理子系统，用以完成过程控制系统的轧件的生产实绩，生产线的误工实绩，生产线的工装实绩等；同时从数据库中取得生产计划数据，工装原始数据，误工时长等基本数据，并放入系统的共享内存中。作为历史数据，为生产管理提供分析数据。

在本实施例中，所述基础自动化控制系统和过程控制系统涉及跟踪信号、实测数据和工艺参数等的通讯，所述过程控制系统和制造执行管理系统/企业资源计划系统之间涉及实际生产数据和生产计划数据之间的通讯。

在本实施例中，以某个棒材生产线为例：轧制计划号，操作类型，连铸流号，制造命令号，熔炼号，加热炉号，牌号代码，牌号（钢级），标准代码，标准，碳含量，入口材料厚度，入口材料宽度，入口材料长度，计划坯料支数，计划坯料重量，截面形状代码，出口材料厚度，出口材料宽度，出口材料长度，冷却方式代码，冷热标志，计划生产日期等都是生产计划数据。

在本实施例中，以某个棒材生产线为例，工艺参数包括：入炉温度，出炉温度，粗轧区轧制温度系数，精轧区轧制温度系数，粗轧入口温度，精轧入口温度，冷床空步数等。

在本实施例中，以某个棒材生产线为例，实测数据包括：粗轧机的轧制道次，粗轧每道次辊缝值，终轧速度，精轧每机架的延伸系数等。

在本实施例中，以某个棒材生产线为例，跟踪信号包括：各高温计有钢信号，轧机机架咬钢信号，各热检有钢等。

在本实施例中，所述过程监控子系统用于提供监视、维护系统的手段和人机界面，过程监控子系统包括操作指导和诊断信息，轧机操作员可以在操作室的终端上进行多种操作指导的操作和画面的显示，实时显示生产线上的轧件ID号，进行轧件吊销，轧制顺序变更等操作，各种设定数据的显示和技术数据输入等。诊断信息对检测到的各种故障实时地记录和显示。

在本实施例中，数据管理子系统，用以管理过程计算机中存储的原始生产数据、设备原始数据、生产参数等。包括对各种原始数据的录入、修改、插入、删除等各种维护操作和对生产计划的确认、重新排序、添加、删除等操作。数据管理子系统提供画面，供操作者进行各种操作，数据存储于数据库。还有对历史数据进行管理。

在本实施例中，还包括单体设备，所述单体设备不是生产线上的必备设备，用以辅助生产工艺和提高成品质量，所述单体设备通过其本身独有的通讯协议和接口与所述通讯接口子系统连接。

实施例二

图3是本发明实施例二提供的过程控制方法流程图。

一种过程控制方法，包括：

步骤a、数据采集子系统接收来自基础自动化控制系统的实时数据和预先设定的数据，对接收到的数据中的开关量进行边沿判定和状态识别，对接收到的数据中的模拟量进行可信度检验，并激活轧线跟踪子系统；

步骤b、数据库处理子系统接收生产计划，并存入数据库，以供其他子系统使用；

步骤c、轧线跟踪子系统根据所述生产计划生成轧件ID号，所述轧件ID号为过程控制系统中该轧件的唯一标识；

步骤d、轧线跟踪子系统根据生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理；

步骤e、当生产线上出现故障或需要更换工装时，利用数据管理子系统进行操作，并将故障原因及工装信息存储进数据库中。

在本实施例中，如图3所示，步骤a与步骤b之间没有时间先后关系。

在本实施例中，所述生产计划由制造执行管理系统下发或从数据管理子系统读取，数据管理子系统上设置有生产计划输入界面，供操作者输入。

在本实施例中，轧件在所述不同的区段进行移动，并处理数据信息。跟踪跟轧制规格，钢种没有关系，只是根据基础化的信号进行逻辑处理。同时操作人员可以通过过程监控子系统进行监控和操作，如轧件吊销等操作。

在本实施例中，当外部系统包含制造执行管理系统时，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理之后还包括：将每个轧件的生产实绩上传到制造执行管理系统。

在本实施例中，所述当生产线上出现故障时的具体工作方法为：

生产线停止工作，表示有故障产生，过程监控子系统自动开始计时，并在人机界面上显示；

当所述计时超过预设的误工时长阈值时，发出报警，请求排除故障；

故障排除后，生产线重新开始工作，数据管理子系统消除故障报警，接收故障原因的输入，并将故障原因存储进数据库中。

在本实施例中，操作人员在数据管理子系统的客户端上输入误工时长，数据库处理子系统存入系统共享内存区。只要生产线停止工作，系统自动开始计时，并在过程监控子系统上显示，当时间超过设定，红色显示，操作人员通过过程监控子系统输入误工原因，生产线重新开始生产时，数据库处理子系统存储进数据库中。

在本实施例中，操作人员在数据管理子系统的客户端上输入工装基本信息，如额定过钢量等，数据库处理子系统存入系统共享内存区。生产每一支钢就进行累加，并在HMI上显示，当实际值超过设定，黄色显示，以提示操作人员可以更换工装。实际生产线上更换工装结束，操作人员要在MI上点击相应的更换工装的按钮，那个通过HMI输入误工原因，生产线重新开始生产时，数据库处理子系统就把实际值存储进数据库中。

在本实施例中，数据采集子系统对模拟量进行可信度建议，并根据生产工艺和模型的要求，进行模拟量的平均值计算，并根据需要激活模型子系统。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何结构解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方法，这些结构都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种过程控制系统，其特征在于，包括应用核心层和应用显示层，所述应用核心层用于与外部系统通讯连接，所述应用核心层包括：数据采集子系统和轧线跟踪子系统，所述数据采集子系统用于接收外部系统中的基础自动化控制系统采集到的生产线上的数据，所述数据包括传感器信号及其变化，所述数据采集子系统还用于对所述传感器信号及其变化做有效性检查及滤波处理，并激活所述轧线跟踪子系统，所述轧线跟踪子系统用于根据生产计划生成轧件ID号，所述轧件ID号为过程控制系统中该轧件的唯一标识，并根据所述生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理。

2.根据权利要求1所述的一种过程控制系统，其特征在于，所述应用核心层还包括通讯接口子系统，所述通讯接口子系统用于处理过程控制系统中的通讯接口之间的通讯，所述通讯接口包括过程控制系统与外部系统之间的通讯接口，所述外部系统包括所述基础自动化控制系统、制造执行管理系统和企业资源计划系统。

3.根据权利要求2所述的一种过程控制系统，其特征在于，所述应用核心层还包括：数据库处理子系统，所述应用显示层包括：过程监控子系统和数据管理子系统，所述数据库处理子系统、过程监控子系统和数据管理子系统通过所述通讯接口子系统进行数据通讯。

4.根据权利要求3所述的一种过程控制系统，其特征在于，所述数据采集子系统用于接收来自基础自动化控制系统的实时数据和预先设定的数据，传送过程控制系统的轧制参数到基础自动化控制系统，对接收到的数据中的开关量进行边沿判定和状态识别，对接收到的数据中的模拟量进行可信度检验，并作为所述过程控制系统的父进程，激活相应的处理进程。

5.根据权利要求4所述的一种过程控制系统，其特征在于，所述过程监控子系统用于提供监视、维护系统的手段和人机界面，包括操作指导和诊断信息。

6.根据权利要求2所述的一种过程控制系统，其特征在于，还包括用以辅助生产工艺和提高成品质量的单体设备，所述单体设备通过其本身独有的通讯协议和接口与所述通讯接口子系统连接。

7.一种应用于权利要求1所述的过程控制系统的过程控制方法，其特征在于，包括：

步骤a、数据采集子系统接收来自基础自动化控制系统的实时数据和预先设定的数据，对接收到的数据中的开关量进行边沿判定和状态识别，对接收到的数据中的模拟量进行可信度检验，并激活轧线跟踪子系统；

步骤b、数据库处理子系统接收生产计划，并存入数据库，以供其他子系统使用；

步骤c、轧线跟踪子系统根据所述生产计划生成轧件ID号，所述轧件ID号为过程控制系统中该轧件的唯一标识；

步骤d、轧线跟踪子系统根据生产线上生产设备的物理分布情况，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理；

步骤e、当生产线上出现故障或需要更换工装时，利用数据管理子系统进行操作，并将故障原因及工装信息存储进数据库中。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述生产计划由制造执行管理系统下发或从数据管理子系统读取。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，当外部系统包含制造执行管理系统时，把所述生产线分成不同的区段进行跟踪处理之后还包括：将每个轧件的生产实绩上传到制造执行管理系统。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述当生产线上出现故障时的具体工作方法为：

生产线停止工作，表示有故障产生，过程监控子系统自动开始计时，并在人机界面上显示；

当所述计时超过预设的误工时长阈值时，发出报警，请求排除故障；

故障排除后，生产线重新开始工作，数据管理子系统消除故障报警，接收故障原因的输入，并将故障原因存储进数据库中。