CN103869797B - 一种灌装生产线的智能管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种灌装生产线的智能管理系统，基于液体或粉末的灌装生产线，所述灌装生产线包括依次连接的原料供应装置、软水处理装置、预配料装置、配制装置及灌装装置，包括中心控制模块，中心控制模块用于采集信号并对灌装生产线进行总体控制，与所述中心控制模块连接设置有原料监测模块、软水监测模块、预配料监测模块、配料监测模块及灌装监测模块，所述智能管理系统可以实现由中央控制模块全面智能化监控和实时的过程管理，可以及时发现问题，减少次品率，稳定质量，同时通过统一控制可以协调各环节设备之间的配合运动，全面提高生产过程的整体效率。

Description

一种灌装生产线的智能管理系统

技术领域

本发明涉及工业用计算机数据采集及统计，更具体地，涉及一种灌装生产线的智能管理系统。

背景技术

对于粉末状或液体状产品进行配置和灌装需要经过多道工序，由于原料本身具有流动性较高的特点。在生产过程中，流量大，速度快，原料使用量大，中间环节缓冲性能受设备限制，相对缓冲能力比较弱。以洗衣液生产线为例，其生产过程需要经过原料配给，软水处理、预配料、原料配置、中间成品储存及灌装多个步骤，不过在现有技术中，各工序中的设备及系统相互独立工作，系统之间几乎没有的数据共享或互查的设置。

另一方面，在现代企业的生产车间中，自动化程度日益增高，为了最大程度地提高生产效率，提高生产可控性，要求生产管理人员能够最大程度的对生产过程的没每一个过程进行监控和分析，以便对生产过程进行总体控制，控制潜在风险。

发明内容

本发明的目的，就是克服现有技术的不足，提供一种灌装生产线的智能管理系统，该系统可以对生产线的各个设备进行全面监控和管理，对稳定产品，提高效率有重要意义。

为了达到上述目的，采用如下技术方案：

一种灌装生产线的智能管理系统，基于液体或粉末的灌装生产线，所述灌装生产线包括依次连接的原料供应装置、软水处理装置、预配料装置、配制装置及灌装装置，包括中心控制模块，用于采集信号并对灌装生产线进行总体控制，与所述中心控制模块连接设置有：

原料监测模块，包括压力传感器、称重传感器及液面传感器，用于检测原料供应装置的进料量和存储量；

软水监测模块，包括温度传感器、浊度计及电导率仪，用于检测软水处理装置中软水的温度、浊度及导电率；

预配料监测模块，包括温度传感器、压力传感器，液面传感器及第一转速传感器，用于检测预配料装置中预溶过程的温度、压力、液位及搅拌速度；

配料监测模块，包括温度传感器、压力传感器、第一流量计、称重传感器及第二转速传感器，用于检测配制装置中配制成品的温度、压力、流量、重量及搅拌速度；

灌装监测模块，包括计数传感器，用于检测灌装装置中的产品数量。

作为一种具体实施例，所述原料供应装置包括原料储存罐和供料管道，所述原料监测模块还包括用于控制原料储存罐温度的温控单元，所述供料管道上设置有第二流量计。

作为一种具体实施例，所述第二流量计为质量流量计。

作为一种具体实施例，所述软水处理装置包括原水进口和软水出口，所述软水监测模块还包括用于检测原水进口流量的第三流量计、用于检测软水出口流量的第四流量计。

作为一种具体实施例，还包括蒸汽流量监测模块和压缩空气流量监测模块，所述蒸汽流量监测模块与压缩空气流量监测模块与中心控制模块连接。

作为一种具体实施例，还包括中间成品储存监测模块，所述中间成品储存监测模块包括压力传感器和液面传感器，用于检测中间成品储存罐的内部压力及液面位置，所述中间成品储存监测模块与中心控制模块连接。

作为一种具体实施例，还包括过程可视化监控模块，所述过程可视化监控模块包括若干台用于检测生产过程的现场摄像枪，所述可视化监控模块与中心控制模块连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明通过采集灌装生产线各个环节设备的数据后，经中心控制模块监控并统一控制各机组运行状态，可以实现由中央控制模块全面智能化监控和实时的过程管理，可以及时发现问题，减少次品率，稳定质量，同时通过统一控制可以协调各环节设备之间的配合运动，全面提高生产过程的整体效率。

附图说明

图1是本发明所述灌装生产线的智能管理系统的系统结构示意图。

图2是本发明所述灌装生产线的灌装装置的流程及数据采集示意图。

具体实施方式

下面结合洗衣液灌装生产线的生产过程实例，对本发明做进一步说明。

参见图1，本发明所述的灌装生产线的智能管理系统，基于液体或粉末的灌装生产线，所述灌装生产线包括依次连接的原料供应装置11和12、软水处理装置2、预配料装置3、配料装置4及灌装装置5，为了展示预配料过程，本例的原料供应装置包括第一原料供应装置11和第二原料供应装置12，所述第一供应装置11和软水处理装置2并联，用于处理部分需要预先处理的原料，该智能管理系统还包括中心控制模块100，中心控制模块100用于采集信号并对灌装生产线进行总体控制，中心控制模块100与办公室控制和监视系统200、车间现场控制和监视系统300连接。与中心控制模块100连接设置有：

原料监测模块，包括压力传感器、称重传感器、液面传感器，用于检测原料供应装置的进料量和存储量，本例的原料监测模块包括第一原料监测模块13和第二原料监测模块14。

在本发明所述的智能管理系统中，灌装生产线涉及到大宗原料管道供应系统，每个单独的原料供应装置还包括原料储存罐和供料管道，其中原料通常呈液态或粉末状状。原料监测模块负责对原料的监督和管理，如关注原料产地、批次、数量、入库时间、与前库存原料的一致性、库存原料在正常生产运行中的最低存货量和最高存货量，保存条件等等。原料监测模块监测包括原料入库时的数量计量，充许最大的库存量（指储罐系统），存贮系统中的各项条件，和原料供应时的各项信息。由于目前原料储存罐在原设计方面，未能满足上述条件。因此，通过增加压力传感器、称重传感器及液面传感器等硬件对原料实时存量、温度、湿度等数据进行监控。

同时，原料监测模块还包括用于控制原料储存罐温度的温控单元，所述供料管道上设置有第二流量计用于监测进料量，由于在进料过程中，使用转子泵为动力，因此有可能会产生负压，而负压会在原料产生析出性的气泡，为此，在这个位置上装的是质量流量计（E+H）。主原料罐区对每一个独立的原料存储罐根据所存原料的不同品种，物理性能，通过加装对应性能的传感器进行实时监测，并将数据实时变换为原料罐实时存料量数据，这个数据会送入原料库存模块。

对有需要的原料罐加装温度控制系统，可以保证在需要的原料储存罐所存储原料的物理性能状态在最隹保存和最隹使用状态。

在软件管理方面，原料供应装置单独增加数据库管理架构作为管理核心，该数据库管理构架是一个在智能管理系统下与数据库进行联机事务处理应用的独立功能软件组件。结合现场液位传感器、压力传感器等，对不能分清批次的原料（指液态），进行实时数量管理，对可分清批次的原料（指固体或粉状但能用管道输送），采用RFID无线射频识别系统，从入库开始，按先入先出的使用原则，保存、库存量控制、出库到现场投料，都进行自动实时跟踪。所述原料监测模块还包括用于控制原料储存罐温度的温控单元，所述第一流量计设置于供料管道上。

通过上述设置，原料监测模块对原料本身自动识别，可对保管、合理最低库存、保存条件等等做到最优效果。

软水监测模块21，包括温度传感器、浊度计及电导率仪，用于检测软水处理装置2中软水的温度、浊度及导电率。

在洗衣液生产过程中，水处理实际上是一个现做现用的原料系统，水在产品中点的比例是最大的，而软水的特点是中间存储量低，质量控制无论在速度还是精度都要求很高。软水生产最终质量控制主要是电导率控制，中间过程控制主要是过滤系统和软化系统控制，软水生产控制还有一个特点是，软水质量变化一般会呈现出指数式变化。

为此，本发明所述的智能管理系统在还包括软水监测模块21，通过设置温度传感器、浊度计及电导率仪等检测仪器，对原水进水、粗过滤、精过滤、离子吸收软化、臭氧消毒、热软水温度中的部分或全部参数进行实时监测。软水处理装置21包括原水进口和软水出口，所述软水监测模块还包括原水进口流量的第三流量计、用于检测软水出口流量的第四流量计。

在增加检测硬件的基础上，软水监测模块21还包括一套基于智能管理系统的内嵌式自动数据分析软件组件，用于对监测得出的数据自动进行分析。该组件通过实时与智能管理系统内已保存之标准数据进行对比，确定是否进行过滤系统反洗、更换、离子吸收系统再生、补充、更换、臭氧系统维护、热软水加热系统等等。同时软水监测模块21亦在运行过程中对设备进行运行时间累计，自动进行维护或相应的人工维护提示，以此保证软水不出任何问题。

预配料监测模块31，包括温度传感器、压力传感器，液面传感器及第一转速传感器，用于检测预配料装置3中预溶过程的温度、压力、液位及搅拌速度。

预配料是配制的一个前期工作，对于洗衣液生产来说主要是预溶，目的是将一些难溶或在溶解时有一些特殊技术要求的原料先行溶解。由于一些原料的特殊性能，在溶解上有其特定的技术要求，如温度、压力、搅拌速度、时间等等。预配料监测模块通过设置温度传感器、压力传感器，液面传感器及第一转速传感器实现对上述参数的采集，同时还在预溶出料管上增加浊度、比重、电导率检测的硬件。此外，预配料监测模块还包括一套基于智能管理系统的内嵌式预溶解数据自动分析软件组件。

配制监测模块41，包括温度传感器、压力传感器、流量计、称重传感器及第二转速传感器，用于检测配制装置中配制成品的温度、压力、流量，重量及搅拌速度；

配制装置4是最重要的系统，产品质量，数量很大程度上是决定于这个系统运行状态。

配制装置4主要关注生产过程中的各项数据，其通过温度传感器、压力传感器、流量计、称重传感器及第二转速传感器对配制过程中温度、压力、搅拌速度、时间、原料数量等数据进行采集。

对配制装置4全面进行监控，内容包括开机/停机状态监测，设备正常/非正常状态监测，设备运行中各关键点状态监测。设备运行中主要原材料消耗和损耗率。设备各项工作参数（如温度，压力，等等）

配置装置4还有一个很重要的方面，即配备一个防错系统，由于在精细化工生产中，人工出错占的比例相当大，并且，一旦出错，损失相当大。

防错系统是一个软件，对应于具体的生产工艺而言，在生产某一个产品时，防错软件就会自动根据生产单号，根据配方数据库，确定所需的原料数量，并自动检查库存是否可供本单号生产用。

在进入生产过程中，防错系统就进入工艺防错阶段，主要是对本工单号的生产从配制锅号开始，整套从清洗、消毒、加原料、加温、搅拌、降温、出料的生产过程中，每一个环节都将采集到的实时数据和工艺数据库做一个实时对比。当符合工艺数据库内所制定的工艺流程并原料都经过配方数据库核对后，系统才充许进入下一步运作。

防错系统软件同样是一个功能模块，同样归入智能管理系统内。

本实施例的灌装生产线的智能管理系统还包括中间成品储存监测模块51，所述中间成品储存监测模块51包括压力传感器和液面传感器，用于检测中间成品储存罐5的内部压力、液面位置，进一步监测中间成品储存罐5的储存量，所述中间成品储存监测模块51与中心控制模块100连接，是智能管理系统下的一个功能模块。

当配制好的中间成品进入中间成品储存罐5后，中间成品储存罐5实际上形成一个从配制到灌装中间过程的缓冲系统，它主要起的作用一是尽快使配制锅清空，好进入下一锅的生产，提高配制锅的利用率，二是起到灌装大储料罐的作用。

中间成品储存罐主要是容量管理，从配制角度，出料时必须有空间容积来储存半成品，从包装角度，灌装时要清楚还有多少料可灌装，这样，无论从包装材料开箱，到成口打包装箱都有一个完善的实时控制。

灌装监测模块61，包括计数传感器，用于检测灌装装置6中灌装成品的数量。

灌装装置6是由多台不同功能的设备组成的生产线，不同的产品生产线有不同的设备组合。但基本是由包装材料供给、灌装、压内盖、压外盖、挤压、纸箱供给、装箱、打包、传送线等设备组成，由于不同的机组由不同的厂家提供，相互之间，配合会有一定的困难。

在本发明所述的智能管理系统，通过在灌装装置6上设置有灌装监测模块61来实现联合控制，目标是让多台机组能相互协调，发挥整体最大作用。

灌装监测模块61通过设置计数传感器等数据探测装置对各机组的运行数据进行实时采集，其中传感器除原设备有的传感器外，还装有各监测点的计数传感器，并从各分散设备中，通过各种不同的方式（具体根据各机台实际情况而定，本例统一标识为设备内部状态数据采集模块）采集实时数据（图2）。采集的信息包括机组运行状态，速度，正品率等等，灌装监测模块将各机组信息采集后，经灌装监测模块61统一汇集至中心控制米哦快100，智能管理系统统一控制各机组运行状态，所述计数传感器可以设置于灌装装置6中各设备之间，用于监控每一个具体流程的中间成品的数量。

上述对灌装装置6中包装生产设备的监控，内容包括：开机/停机状态监测，设备正常/非正常状态监测，设备运行中各关键点状态监测,设备运行中主要原材料消耗和损耗率等。

此外，本发明所述的灌装生产线的智能管理系统，还包括蒸汽流量监测模块80和压缩空气流量监测模块90，所述蒸汽流量监测模块80与压缩空气流量监测模块90与中心控制模块连接。

为了实现对生产过程的可视化监控，还包括过程可视化监控模块7，所述过程可视化监控模块包括若干台用于检测生产过程的现场摄像枪71，所述可视化监控模块7与中心控制模块100连接。

基于上述各监测模块，在本例的洗衣液生产线中，临测点从原料进厂开始一直到灌装过程，中心控制模块100根据上面所得出的各种数据，实时计算出原材料利用率，能源利用率，设备工时利用率，中心控制模块100可根据内部数学模型，分析各种不同生产状态下的最佳综合运行参数。更具体地说，在各个生产节点，使用各种相对的仪器，采集相应的生产数据，最后送入洗衣液车间的中心控制模块100，并实时计算出二级数据，二级数据是根据采集到的实时数据，加以转换成为一个在智能管理系统下的一个总数据库内的数据，它的作用是可在各个功能模块相互调用，最后通过软件编程，对多台设备总体运行进行控制和调整，保证多台设备运行节奏过程中的逻辑控制。

同时，在上述灌装生产线中，各独立工序中独立运行的设备中，每一台都可作为主体运行，即可在每一台上实现本机台的自动控制，实现分散控制。比如生产线中的原料供应装置、中间罐、预配料装置、软水处理装置、配料装置、中间成品储存罐、供瓶机、灌装机、内盖机、外盖机、挤压机、装箱机等等，每一台都有自己的控制系统，在分离状态下，都可以独立运行。

而同时，由于大容量液体产品，流量大，速度快，如不协调运行，基本上是很难有好的效果，因此，最后由智能管理系统的中心控制模块进行统一协调和控制。

在实际运行上，每一台独立设备都受到上一级控制系统的统一管理，每一台独立的设备的实时数据（包括运行中的各项工作参数和停止运行的状态），都会送到智能管理系统内的数据处理部分。智能管理系统会协调各机台运行。如果，当某一台独立设备需要维修、保养、或出现故障时，智能管理系统会自动指令后备设备投入运行。

在设备自动切换过程中，智能管理系统会指令相关的关联设备根据总体设备运行和可缓冲的情况，自动调整生产各项工作参数。使之达到最佳运行状态。

优选地，上述只能管理系统在采集各点生产数据同时也采集能源消耗数据。能源消耗数据包括水（原水，工艺用水如保温用热水，软水，热软水），电（包括照明用电和直接动力用电、设备运行用电及间接设备用电，如制冷用电），压缩空气，蒸气等等。

系统将实时监测软水各设备运行状态和软水质量监测数据、对包装和配制两大用电系统的设备所在区域相关照明、空调用电，使用智能电度计获得的用电监测数据、对全车间蒸气用量的监测数据、对全车间压缩空气用量的监测数据送入能源监控模块，这些数据监测根据需要可以在全天24小时进行。对数据的采集原则上是通过相对应的专用数据采集、接口及软件进行采集，并由变送器直接将模拟量转换成数字，通过RS485总线10进行传送，最后达到智能管理系统的能源监控模块。

通过上述双层联合控制的方式，智能管理系统实时记录生产线在生产中各种原材料消耗，并根据传感器自动清点原材料，包材的输入和成品产出，计算过程中用料差异，并实时计算出损耗率。

在生产计划下达时，智能管理系统自动检查库存的原材料能否满足订单的需要,如未能达到订单产量所需要的原材料数量，会自动提示下单操作人员,并显示差异数额。

同时，智能管理系统还记录各主要生产设备运行时间，对一般维护性保养，如定期换油，润滑。定期更换容易损件，进行自动操作和显示工作计划表，以及备件库存清单。在每次维修后，由维修工输入纪录，则数据中心会自动归档，显示维修记录、用料、图纸等。

系统在收集到需要的信息后自动数据分析，提供进一步合理运行的数据和维护计划。

上述自动数据分析是一个软件功能模块，如从某机变频器取出信号中，发现运行电流是呈现出连续性的指数上升，则可分析有可能是机械传动部分出问题；从换热系统中检测出热源压力，温度和换热量不成对应，则应提示有可能是换热器需要维护保养；软水处理中，浊度指标下降，则有可能过滤器要维护，电导率上升，离子吸收塔要再生等等。

对于易损件的储存方面，由于任何设备都要进行维修保养，任何设备都有易损件，而这些维修保养的频率和损耗件在统计上都会呈现一定的规律，智能管理系统通过对这些维修更换记录的统计，基于统计数据在全厂设备数据中心建立备件数据库，以实现尽量降低维护成本和保障最高的设备运行效率；以保证在压低备件库存时，又保证在维修时不会因缺乏备件而停工。同时，基于该数据库，每一次维修后，维修工输入维修纪录，由数据中心自动分类归档，在下一次维修时，维修工只要模糊输入设备现象。维修提示就会自动检索出已经做过的维修信息供维修工参考，并根据自动记录下的设备自动运行时间。发出需要检修的提示和需要检修的位置，内容等信息。

应该理解，本发明并不局限于上述实施方式，凡是对本发明的各种改动或变型不脱离本发明的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本发明的权利要求和等同技术范围之内，则本发明也意味着包含这些改动和变型。

Claims (7)

1.一种灌装生产线的智能管理系统，基于液体或粉末的灌装生产线，所述灌装生产线包括原料供应装置、软水处理装置、预配料装置、配制装置及灌装装置，所述原料供应装置与所述软水处理装置均与预配料装置连接，所述预配料装置、配制装置及灌装装置依次连接，其特征在于，包括中心控制模块，用于采集信号并对灌装生产线进行总体控制，与所述中心控制模块连接设置有：

原料监测模块，包括压力传感器、称重传感器及液面传感器，用于检测原料供应装置的进料量和存储量；

软水监测模块，包括温度传感器、浊度计及电导率仪，用于检测软水处理装置中软水的温度、浊度及导电率；

预配料监测模块，包括温度传感器、压力传感器，液面传感器及第一转速传感器，用于检测预配料装置中预溶过程的温度、压力、液位及搅拌速度；

配料监测模块，包括温度传感器、压力传感器、第一流量计、称重传感器及第二转速传感器，用于检测配制装置中配制成品的温度、压力、流量、重量及搅拌速度；

灌装监测模块，包括计数传感器，用于检测灌装装置中的产品数量。

2.如权利要求1所述的灌装生产线的智能管理系统，其特征在于，所述原料供应装置包括原料储存罐和供料管道，所述原料监测模块还包括用于控制原料储存罐温度的温控单元，所述供料管道上设置有第二流量计。

3.如权利要求2所述的灌装生产线的智能管理系统，其特征在于，所述第二流量计为质量流量计。

4.如权利要求1所述的灌装生产线的智能管理系统，其特征在于，所述软水处理装置包括原水进口和软水出口，所述软水监测模块还包括用于检测原水进口流量的第三流量计、用于检测软水出口流量的第四流量计。

5.如权利要求1所述的灌装生产线的智能管理系统，其特征在于，还包括蒸汽流量监测模块和压缩空气流量监测模块，所述蒸汽流量监测模块与压缩空气流量监测模块与中心控制模块连接。

6.如权利要求1所述的灌装生产线的智能管理系统，其特征在于，还包括中间成品储存监测模块，所述中间成品储存监测模块包括压力传感器和液面传感器，用于检测中间成品储存罐的内部压力及液面位置，所述中间成品储存监测模块与中心控制模块连接。

7.如权利要求1所述的灌装生产线的智能管理系统，其特征在于，还包括过程可视化监控模块，所述过程可视化监控模块包括若干台用于检测生产过程的现场摄像枪，所述可视化监控模块与中心控制模块连接。