CN110735029A - 一种智能型铝箔热处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能型铝箔热处理系统，包括：生产管理系统、设备管理系统、数据通讯系统及外置加热式炉。可根据订单需求智能、精确的控制铝箔热处理工艺和过程，并对生产过程、工艺控制、产量能耗、产品质量、设备状态进行采集、统计和分析，热处理时热场均匀性优良，节能高效，提升铝箔制品品质等级，有效满足未来铝箔热处理品质高精化、铝箔热处理过程智能化的系统需求。

Description

一种智能型铝箔热处理系统

技术领域

本发明属于铝箔热处理技术领域，尤其涉及一种智能型铝箔热处理系统。

背景技术

铝箔通常经过熔炼-铸锭、铸棒、铸轧-热轧、冷轧、精轧、合卷、分切、退火等工艺制成，铝箔经过各种加工设备多道次加工后会破坏其原有材料内部晶粒组织结构，产生组织应力，进而降低其抗拉强度和延展性能，同时其表面也会残留各种油污，因此通常需要根据最终用途的要求在铝箔热处理炉中通过一定时间的热处理，即退火、时效、均质等工艺，通过电能或燃气加热铝箔热处理炉炉内空气进而加热铝材，执行多时段的加热-保温-降温等工艺，使其内部晶粒组织结构重组，也即再结晶，实现铝材消除加工应力、改善组织力学性能指标，同时在高温下将油污烘干以提高表面洁净度。

现有技术中铝箔的退火工艺制定的主要理论依据是铝箔的再结晶温度和轧制油的馏程来制定退火温度。根据料卷的宽窄制定退火时间，比如1000系铝箔的再结晶温度为240-260℃，一般铝箔轧制油的馏程为190-280℃，据此制定的退火工艺温度应在260℃以上，考虑到铝卷的空隙率较低，油气的扩散阻力等因素，理论退火温度应在260-320℃之间，并根据料卷规格不同确定退火时间。但这种理论下制定的退火工艺，铝箔退火质量却不尽人意，铝箔容易形成起杠、氧化粘连、油斑、力学性能不达标等退火品质缺陷问题，轻者降级处理，重者直接报废，进而严重影响生产效率和降低生产利润。

国内现有铝箔制品在品质等级方面相比较差，除基础材料原因外，关键制约因素是铝箔热处理工艺、过程控制和热处理炉，现有铝箔热处理炉多为箱式电加热炉，是我国热工设备生产企业根据上世纪80年代初国外进口的、用于铝合金中厚板带的退火炉形式进行仿制和改进的，其主要特征是箱式炉体，循环风机、加热器和导流板式风道内置于炉膛，采用热电偶监测炉膛温度和料温；在铝箔热处理时，由操作人员根据“订单退火工艺卡”的要求采用定时定温和比例料温两种温度在热处理炉控制系统中输入如控温段位、加热时间、加热温度等退火工艺参数，由设备管理系统中的PLC“模糊自整定PID控制”方法进行运算、控制加热器和风机实现炉气温度控制，热处理过程中由人工定时进行炉温巡检并记录在热处理操作记录单上，热处理完成后系统提示操作人员进行出料，热处理过程结束。

现有由铝箔热处理过程控制方法和热处理炉经常会碰到铝箔材料差异、温度反馈滞后和延时、炉气流体的非线性变化、以及订单排产和需求变化等的因素的干扰，其中有的参数未知或缓慢变化，有的带有延时和随机干扰，无法获得较精确的数学模型或模型非常粗糙，甚至仅凭经验制定工艺、依靠人工进行过程粗犷控制，除生产效率低外，工艺和过程数据采集偏漏、缺乏科学系统的数据统计和分析、热处理炉热场均匀性差等问题，无法解决铝箔热处理品质提升和铝箔热处理智能化难题。

发明内容

有鉴于此，为解决现有技术存在热处理工艺不精准、过程控制粗犷、热处理炉热场均匀性差、所得铝箔制品品质等级低的缺陷，缺少对铝箔退火生产过程各种数据统计和分析，提供一种智能型铝箔热处理系统。

对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种智能型铝箔热处理系统，包括：生产管理系统、设备管理系统及外置加热式炉；

所述生产管理系统，用于获取上层管理系统或人工输入的生产任务指令，采集、统计和分析所有需要热处理铝箔的物料特性信息和工艺参数、外置加热式炉运行数据、生产效能数据，构建铝箔热处理工艺控制数学模型，形成铝箔热处理工艺和过程控制参数，依据所述铝箔热处理工艺和过程控制参数生成控制指令，并将所述控制指令下达给所述设备管理系统；

所述设备管理系统，用以接收所述生产管理系统下发的控制指令，依据所述控制指令控制外置加热式炉的各个功能部件进行铝箔热处理加工操作。

在一些可选的实施例中，所述的一种智能型铝箔热处理系统，还包括：数据通讯系统，用于所述生产管理系统、所述设备管理系统、所述外置加热式炉、上层管理系统及辅助设备之间的数据通讯和连接；

所述数据通讯系统包括：联接所述生产管理系统、所述设备管理系统及所述外置加热式炉之间的数据通讯的硬件和数据接口，所述生产管理系统与所述上层管理系统之间数据通讯的硬件和数据接口，所述生产管理系统与所述辅助设备之间数据通讯的硬件和数据接口。

在一些可选的实施例中，所述辅助设备包括：自动化装卸料车、备料平台、数字化仓库、监控视频、电子看板；所述上层管理系统包括：企业ERP系统、MES系统。

在一些可选的实施例中，所述设备管理系统包括：人工指令接收模块，用于接收人工向设备管理系统下达的控制指令，以控制所述外置加热式炉的各个功能部件进行铝箔热处理加工操作。

在一些可选的实施例中，所述外置加热式炉包括：加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀，所述加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀设置在所述外置加热式炉主体的上方。

在一些可选的实施例中，所述设备管理系统接收所述生产管理系统或人工下发的控制指令，控制所述外置加热式炉本体上方的加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀进行铝箔热处理加工操作；所述铝箔热处理加工操作包括：炉门开关、加热炉气、炉气循环、负压除油、吹洗降温、炉气和料卷温度监测、安全防护操作。

在一些可选的实施例中，所述生产管理系统包括：

订单管理模块，用于对每一个需要热处理的铝箔卷各项热处理前、后的物料特性信息进行采集和整理，形成铝箔卷物料信息库；

工艺库管理模块，用于依据所述铝箔卷物料信息库中的物料特性信息结合热处理前性能控制目标和热处理后检测试验数据按照内置的所述铝箔热处理工艺控制数学模型进行比对，生成热处理工艺和过程控制参数，执行的热处理工艺和过程控制参数自动生成工艺配方编号并导入到相应的订单信息中；

生产效能管理模块，用于对热处理工艺和过程控制参数的数据进行统计和分析，并输出包含有热处理生产线效能管理数据的表单；

数据采集模块，用于采集铝箔热处理订单、热处理工艺、过程控制参数的关键数据，所述关键数据包括：订单编号或编码、铝箔初始料温、实时炉气温度、实时风机状态数据、实时炉膛压力值、实时铝箔料温、实时炉体安全防护状态；

控制指令模块，用于依据所述订单管理模块、工艺库管理模块、生产效能管理模块及数据采集模块的统计分析结果构建铝箔热处理工艺控制数学模型，形成铝箔热处理工艺和过程控制参数，依据所述铝箔热处理工艺和过程控制参数生成控制指令，并将所述控制指令下达给所述设备管理系统。

在一些可选的实施例中，所述物料特性信息包括：订单号、卷号、合金牌号、厚度、宽度、卷径、重量、退火状态、拉伸率、抗拉强度、洁净度等级。

在一些可选的实施例中，所述热处理工艺和过程控制参数包括：控温时段、加热时间、炉气目标温度、循环风机频率、负压风机频率、吹洗阀开度。

本发明所带来的有益效果：可根据订单需求智能、精确的控制铝箔热处理工艺和过程，热场均匀性优良，节能高效，提升铝箔制品品质等级，并生成生产过程记录、工艺执行记录、设备运行效能、产品质量分析等多种生产效能分析报表，有效满足未来铝箔热处理品质高精化、铝箔热处理过程智能化的系统需求；在实际应用中每炉次生产周转时间可以缩短4-5小时，每台退火炉每月平均退火炉次在4-5炉，也即增加16-20小时生产时间，若拥有24台退火炉，每月增加生产时间380-480小时，相当于增加1台退火炉的产能，工艺优化后平均炉次退火能耗下降100-150KWH，每月全车间节电10000-11000KWH，折合约6500元左右；同时由于可以快速、准确提供各种生产效能报表，为退火车间管理层在改进退火工艺、提高生产效率、产品质量快速追溯、减少产品质量问题和设备停机等效能提升工作提供了可靠的数据支持，得到用户的高度评价。

附图说明

图1是本发明智能型铝箔热处理系统的系统架构图；

图2是本发明生产管理系统对于需要热处理的铝箔匹配工艺参数的流程图；

图3是本发明设备管理系统匹配退火炉的流程图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地展示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。

如图1所示，在一些说明性的实施例中，提供一种智能型铝箔热处理系统，应用于铝箔在退火、时效、均质等热处理工艺过程。

智能型铝箔热处理系统包括：生产管理系统、设备管理系统、外置加热式炉及数据通讯系统，形成了集铝箔热处理数据采集、统计、分析和工艺、过程控制于一体的智能化铝箔热处理加工系统。数据通讯系统、生产管理系统、设备管理系统通过电缆和数据通讯线缆与外置加热式炉连接，实现采集、统计和分析铝箔在热处理时的物料特性参数、工艺和过程数据，构建铝箔热处理工艺数学模型和过程控制标准，实现智能化铝箔热处理加工。

数据通讯系统，用于生产管理系统、设备管理系统、外置加热式炉、上层管理系统及辅助设备之间的数据通讯和连接。

数据通讯系统包括：联接所述生产管理系统、所述设备管理系统及所述外置加热式炉之间的数据通讯的硬件和数据接口，所述生产管理系统与所述上层管理系统之间数据通讯的硬件和数据接口，所述生产管理系统与所述辅助设备之间数据通讯的硬件和数据接口。生产管理系统通过数据通讯系统与设备管理系统、外置加热式炉组成内部数据通讯网络，生产管理系统通过数据通讯系统与企业上层管理系统及其它辅助设备连接，实现智能型铝箔热处理系统与外部数据网络和设备的数据通讯。

数据通讯系统包括：用于数据通讯的有线或无线数据交换机、网线、通讯电缆和为此配置相应的通讯接口协议程序，如MOTOBUS TCP、MOTOBUS RTU、TCP/IP、485、232。

其中，辅助设备包括：自动化装卸料车、备料平台、数字化仓库、监控视频、电子看板。

其中，上层管理系统包括：企业ERP系统、MES系统。

生产管理系统，用于获取上层管理系统或人工输入的生产任务指令，采集、统计和分析所有需要热处理铝箔的物料特性信息和工艺参数、外置加热式炉运行数据、生产效能数据，构建铝箔热处理工艺控制数学模型，形成铝箔热处理工艺和过程控制参数，依据铝箔热处理工艺和过程控制参数生成控制指令，并将控制指令下达给设备管理系统。

外置加热式炉的运行数据包括：炉门开关时间、风机实时频率、加热器输出功率、炉气温度、炉膛压力、开机和停机时间及电能表数值、异常报警和处理信息。

生产效能数据包括：生产过程记录、工艺执行记录、设备运行效能及产品质量分析。其中，生产过程记录包括：订单详情、工艺配方、生产用时和能耗、人员考勤、异常事件的统计与分析。工艺执行记录包括：工艺实时监测数据；工艺实时监测数据包括：控温时段、加热时间、炉气目标温度、炉气和料卷温度、循环风机频率、负压风机频率、吹洗阀开度、炉膛压力、异常报警等统计与分析。设备运行效能包括：有效工作时间、停机时间、维保时间、产量与能耗、维护管理、异常汇总等统计与分析。产品质量分析包括：订单与工艺比对、工艺配方与检验数据比对、不良品等统计与分析。

铝箔热处理工艺控制数学模型可减少人工编写工艺时需要根据经验或查找历史数据的低效率、准确性差的问题；在新品种铝卷进行退火测试生产时快速匹配近似工艺、减少测试时间和成本；为改进工艺提供数据支撑；形成企业生产工艺库，防止人员变动或资料缺失造成工艺传承断档；用于培训员工，提高员工技能。

采集、统计和分析各种数据可以为构建铝箔热处理工艺控制数学模型提供数据支撑，有利于数据分析的全面性和普遍性，从中找出数据间的逻辑或数学关系，提高工艺控制的准确性，从面提高生产效率和产品品质、降低劳动负荷、生产能耗和财务成本。

设备管理系统，用以接收生产管理系统下发的控制指令，依据控制指令控制外置加热式炉的各个功能部件进行铝箔热处理加工操作。

设备管理系统包括：人工指令接收模块，用于接收人工向设备管理系统下达的控制指令，以控制外置加热式炉体的各个功能部件进行铝箔热处理加工操作。设备管理系统接收生产管理系统的控制指令，如有需要也可以由人工向设备管理系统下达控制指令，以控制外置加热式炉本体上方的加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀进行铝箔热处理加工操作。以控制外置加热式炉体的各个功能部件实现铝箔热处理加工。

其中，铝箔热处理加工操作包括：炉门开关、加热炉气、炉气循环、负压除油、吹洗降温、炉气和料卷温度监测、安全防护操作。

外置加热式炉，用于在设备管理系统的控制下进行炉门开关、加热炉气、炉气循环、负压除油、吹洗降温、炉气和料卷温度监测、安全防护等功能操作，以实现智能化铝箔热处理加工。

外置加热式炉包括：加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀。加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀设置在所述外置加热式炉主体的上方，而非炉膛内部，并通过多组管路循环系统实现炉气反复加热和循环。

生产管理系统包括：订单管理模块、工艺库管理模块、生产效能管理模块、数据采集模块及控制指令模块。

订单管理模块，用于对每一个需要热处理的铝箔卷各项热处理前、后的物料特性信息进行采集和整理，形成铝箔卷物料信息库，作为工艺库管理模块数据基础。物料特性信息包括：订单号、卷号、合金牌号、厚度、宽度、卷径、重量、退火状态、拉伸率、抗拉强度、洁净度等级。

工艺库管理模块，用于依据铝箔卷物料信息库中的物料特性信息结合热处理前性能控制目标和热处理后检测试验数据按照内置的所述铝箔热处理工艺控制数学模型进行比对，生成热处理工艺和过程控制参数，也即工艺配方，对于需要热处理的铝箔，系统会结合铝箔物料特性信息自动引用工艺库里保存的与其相同或近似工况条件下的工艺配方，由操作人员根据专家经验进行调整或确认后执行，执行的热处理工艺和过程控制参数自动生成工艺配方编号并导入到相应的订单信息中。热处理工艺和过程控制参数，即工艺配方，包括：控温时段、加热时间、炉气目标温度、循环风机频率、负压风机频率、吹洗阀开度。

生产效能管理模块，用于对热处理工艺和过程控制参数的数据进行统计和分析，并输出包含有热处理生产线效能管理数据的表单。生产效能管理模块主要对工艺和过程控制的数据进行统计和分析，如订单热处理过程记录、铝箔检验记录、设备运行状态记录、异常报警记录、设备维护和检修记录、订单执行效率、设备运行效率、过程异常分析、起杠扒料重量、拉伸率偏差率、抗拉强度偏差率等，并生成生产过程记录、工艺执行记录、设备运行效能、产品质量分析等多种生产效能分析报表，可以向企业管理系统提供热处理生产线效能管理数据，也可以各种表单的形式单独输出。

数据采集模块，用于采集铝箔热处理订单、热处理工艺、过程控制参数的关键数据，所述关键数据包括：订单编号或编码、铝箔初始料温、实时炉气温度、实时风机状态数据、实时炉膛压力值、实时铝箔料温、实时炉体安全防护状态，并在相应采集点设置了传感器。

控制指令模块，用于依据所述订单管理模块、工艺库管理模块、生产效能管理模块及数据采集模块的统计分析结果构建铝箔热处理工艺控制数学模型，形成铝箔热处理工艺和过程控制参数，依据所述铝箔热处理工艺和过程控制参数生成控制指令，并将所述控制指令下达给所述设备管理系统。

如图2所示，生产管理系统对于需要热处理的铝箔的匹配工艺参数的过程如下：

101：读取物料特性信息。

102：判断铝箔卷物料信息库中是否具有相对应的物料特性信息，若是具有相对应的物料特性信息，则进行步骤103，否则进行步骤106。

103：判断物料特性信息是否存在，若是存在，则进行步骤104，否则进行步骤105。

104：在铝箔卷物料信息库中匹配对应的热处理工艺和过程控制参数，然后进行步骤107。

105：手动补全物料特性信息，然后返回步骤103。

106：判断铝箔卷物料信息库中是否具有相似的物料特性信息，若是，则进行步骤104，否则进行步骤105。

107：设备管理系统根据匹配对应的热处理工艺和过程控制参数进行加热。

如图3所示，设备管理系统匹配退火炉的流程，包括：

201：判断退火炉是否闲置，若是闲置进行步骤202，否则进行步骤203。

202：判断温度是否接近加工当前铝箔的加工温度，若是接近则进行步骤204，否则进行步骤203。

203：寻找下一个退火炉，然后返回步骤201。

204：判断是否需要高温，若是则进行步骤205，否则进行步骤206。

205：寻找位置接近的高温炉。

206：寻找位置接近的低温炉。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (9)

1.一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，包括：生产管理系统、设备管理系统及外置加热式炉；

所述生产管理系统，用于获取上层管理系统或人工输入的生产任务指令，采集、统计和分析所有需要热处理铝箔的物料特性信息和工艺参数、外置加热式炉运行数据、生产效能数据，构建铝箔热处理工艺控制数学模型，形成铝箔热处理工艺和过程控制参数，依据所述铝箔热处理工艺和过程控制参数生成控制指令，并将所述控制指令下达给所述设备管理系统；

所述设备管理系统，用以接收所述生产管理系统下发的控制指令，依据所述控制指令控制外置加热式炉的各个功能部件进行铝箔热处理加工操作。

2.根据权利要求1所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，还包括：数据通讯系统，用于所述生产管理系统、所述设备管理系统、所述外置加热式炉、上层管理系统及辅助设备之间的数据通讯和连接；

所述数据通讯系统包括：联接所述生产管理系统、所述设备管理系统及所述外置加热式炉之间的数据通讯的硬件和数据接口，所述生产管理系统与所述上层管理系统之间数据通讯的硬件和数据接口，所述生产管理系统与所述辅助设备之间数据通讯的硬件和数据接口。

3.根据权利要求2所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，所述辅助设备包括：自动化装卸料车、备料平台、数字化仓库、监控视频、电子看板；所述上层管理系统包括：企业ERP系统、MES系统。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，所述设备管理系统包括：人工指令接收模块，用于接收人工向设备管理系统下达的控制指令，以控制所述外置加热式炉的各个功能部件进行铝箔热处理加工操作。

5.根据权利要求4所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，所述外置加热式炉包括：加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀，所述加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀设置在所述外置加热式炉主体的上方。

6.根据权利要求5所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，所述设备管理系统接收所述生产管理系统或人工下发的控制指令，控制所述外置加热式炉本体上方的加热器、循环风机、负压除油系统及吹洗阀进行铝箔热处理加工操作；所述铝箔热处理加工操作包括：炉门开关、加热炉气、炉气循环、负压除油、吹洗降温、炉气和料卷温度监测、安全防护操作。

7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，所述生产管理系统包括：

订单管理模块，用于对每一个需要热处理的铝箔卷各项热处理前、后的物料特性信息进行采集和整理，形成铝箔卷物料信息库；

工艺库管理模块，用于依据所述铝箔卷物料信息库中的物料特性信息结合热处理前性能控制目标和热处理后检测试验数据按照内置的所述铝箔热处理工艺控制数学模型进行比对，生成热处理工艺和过程控制参数，执行的热处理工艺和过程控制参数自动生成工艺配方编号并导入到相应的订单信息中；

生产效能管理模块，用于对热处理工艺和过程控制参数的数据进行统计和分析，并输出包含有热处理生产线效能管理数据的表单；

数据采集模块，用于采集铝箔热处理订单、热处理工艺、过程控制参数的关键数据，所述关键数据包括：订单编号或编码、铝箔初始料温、实时炉气温度、实时风机状态数据、实时炉膛压力值、实时铝箔料温、实时炉体安全防护状态；

控制指令模块，用于依据所述订单管理模块、工艺库管理模块、生产效能管理模块及数据采集模块的统计分析结果构建铝箔热处理工艺控制数学模型，形成铝箔热处理工艺和过程控制参数，依据所述铝箔热处理工艺和过程控制参数生成控制指令，并将所述控制指令下达给所述设备管理系统。

8.根据权利要求7所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，所述物料特性信息包括：订单号、卷号、合金牌号、厚度、宽度、卷径、重量、退火状态、拉伸率、抗拉强度、洁净度等级。

9.根据权利要求8所述的一种智能型铝箔热处理系统，其特征在于，所述热处理工艺和过程控制参数包括：控温时段、加热时间、炉气目标温度、循环风机频率、负压风机频率、吹洗阀开度。

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