CN111427319A - 一种玻璃厂智能mcc集控系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种玻璃厂智能MCC集控系统及其控制方法，所述系统包括若干工段、顺序编号的第一交换机至第四交换机，各工段均包括若干传感器、IO‑Link主设备、带Modbus端口的配电电气元件、配电一体机、带工业总线端口的变频器以及第五交换机；各工段的若干传感器与IO‑Link主设备通讯连接，带Modbus端口的配电电气元件与配电一体机连接，带工业总线端口的变频器与第五交换机连接，IO‑Link主设备接入第一交换机，配电一体机接入第二交换机，第五交换机接入第三交换机，第一交换机、第二交换机以及第三交换机均与第四交换机连接；本发明的优点在于：实现玻璃厂各工段底层生产数据的采集。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃机械领域，更具体涉及一种玻璃厂智能MCC集控系统及其控制方法。
背景技术
传统的玻璃厂MCC(电动机控制中心)主要是对玻璃厂各工段的配电、现场仪器仪表、风机水泵等进行独立的控制，各工段各MCC控制室各成单独系统，彼此互不联系，信息孤岛现象严重。同时仅有少量的信号通过模拟量传递到玻璃厂中央控制室。玻璃厂的上层管理系统如MES系统、智能指挥中心、ERP系统、云系统等等很难采集到生产设备底层的数据和信息。 MCC作为玻璃厂现场一级的底层控制中心，如果不能实现各工段MCC的智能化集中控制及其生产数据的采集与上传，玻璃厂车间生产一级的自动化、智能化控制就无法实现，更无法实现玻璃厂向数字化工厂、智能工厂、智慧工厂的转型。
玻璃厂MCC控制系统传统的控制方式是：普通传感器检测现场生产环境后产生一个单过程值模拟量检测信号，模拟量信号被转换成数字量信号，然后通过传感器进行信号处理。这个信号必须再转化回模拟量信号，然后才能传输到控制系统中。模拟量信号被转换回数字信号才能供过程控制器处理。在传输线路中，还要通过屏蔽电缆来防止外部干扰。多次的信号转换导致测量精度降低(达到1％)。很多外部的因素比如EMC对模拟信号的影响甚至无法检测到。
中国专利申请公开号CN110083137A，公开了玻璃厂多信号大屏幕综合控制系统及其控制方法，所述系统包括：多屏信号处理器、解码传输器、通讯信号采集转换处理器、网络交换机、上位机总控电脑以及大屏幕拼接墙，上位机总控电脑包括视屏信号大屏综合控制单元；多屏信号处理器的输入端分别与熔窑工段、锡槽工段、退火窑工段、冷端工段、后工程工段以及公用工程工段连接，解码传输器有若干个，每个工段对应一个解码传输器，解码传输器的输入端与多屏信号处理器的输出端连接；通讯信号采集转换处理器的输入端分别与熔窑工段、锡槽工段、退火窑工段、冷端工段、后工程工段以及公用工程工段连接；该发明的优点在于：统一综合监视厂区所有工段的生产状态。但是其并不涉及底层生产数据的采集。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何实现玻璃厂各工段底层生产数据的采集。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种玻璃厂智能 MCC集控系统，包括若干工段、顺序编号的第一交换机至第四交换机，各工段均包括若干传感器、IO-Link主设备、带Modbus端口的配电电气元件、配电一体机、带工业总线端口的变频器以及第五交换机；各工段的若干传感器与IO-Link主设备通讯连接，带Modbus端口的配电电气元件与配电一体机连接，带工业总线端口的变频器与第五交换机连接，IO-Link主设备接入第一交换机，配电一体机接入第二交换机，第五交换机接入第三交换机，第一交换机、第二交换机以及第三交换机均与第四交换机连接。
本发明能够采集各类传感器信息、配电信息以及变频器信息，完整地采集玻璃厂各工段底层生产数据，解决现有技术不能采集玻璃厂各工段底层生产数据或者采集信息不完整的问题，同时IO-Link通讯技术通过传输数字化信号来实现玻璃厂MCC控制中心可靠的过程控制，传感器仅仅通过普通电缆就可以实现传输数字化信号，采集数据方便快捷。
优选的，所述玻璃厂智能MCC集控系统还包括PLC控制器以及上位机，所述PLC控制器输入端通过Profinet网线与第四交换机连接，PLC控制器输出端通过工业总线以OPC方式与上位机通讯连接。
优选的，所述PLC控制器为西门子SIMATICS7-1500系列PLC。
优选的，所述上位机加载软件控制平台，所述软件控制平台为西门子SIMATICWINCCOpenArchitecture。
优选的，所述各工段的若干传感器与IO-Link主设备通过IO-Link协议通讯连接。
优选的，所述带Modbus端口的配电电气元件通过Modbus工业总线与配电一体机连接。
优选的，所述带工业总线端口的变频器为ACS880系列变频器。
优选的，所述IO-Link主设备通过Profinet网线接入第一交换机，配电一体机通过Profinet网线接入第二交换机，第五交换机通过Profinet网线接入第三交换机，第一交换机、第二交换机以及第三交换机均通过Profinet 网线与第四交换机连接。
优选的，所述若干工段为熔化工段、锡槽工段、退火工段、循环水工段、氮氢站工段以及公用工程工段中的一种或多种。
本发明还提供一种玻璃厂智能MCC集控系统的控制方法，所述方法包括：各工段通过若干传感器采集包含温度、液位、流量、压力以及阀位的传感器信息并将传感器信息传送给IO-Link主设备，IO-Link主设备将传感器信息传送给第一交换机；带Modbus端口的配电电气元件将包含万能断路器、塑壳开关、电力仪表、双电源开关的配电信息传送给配电一体机连接，配电一体机再将配电信息传送给第二交换机；带工业总线端口的变频器将变频器信息传送给第五交换机，第五交换机将变频器信息传送给第三交换机，第一交换机接收的传感器信息、第二交换机接收的配电信息以及第三交换机接收的变频器信息均上传给第四交换机。
本发明的优点在于：
(1)本发明能够采集各类传感器信息、配电信息以及变频器信息，完整地采集玻璃厂各工段底层生产数据，解决现有技术不能采集玻璃厂各工段底层生产数据或者采集信息不完整的问题，同时IO-Link通讯技术通过传输数字化信号来实现玻璃厂MCC控制中心可靠的过程控制，传感器仅仅通过普通电缆就可以实现传输数字化信号，采集数据方便快捷。
(2)通过IO-Link通讯技术采集传感器信号，去除了多次A/D转换以确保没有精度损失，且因为数字信号传输可以抵抗EMC干扰，无须使用屏蔽电缆，数字信号可携带更多的数据，可以实现更多的功能，如传感器自诊断信息上传和远程参数设定等等。
(3)本发明通过底层数据的完整采集以及显示，实现玻璃厂生产管控一体化，实现生产过程实时监控，管理可视化、透明化，实现生产过程无人值守，减员增效。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的一种玻璃厂智能MCC集控系统的框架图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
玻璃厂想要实现智能制造的本质是通过信息化技术将工厂的智能化设备有机的结合在一起，实现生产过程的自动化，并能够通过各类感知技术收集生产过程中的各种数据，再加上软件平台的应用，实现生产的全智能化。在整个过程中，设备的智慧连接是一切的基础。而IO-Link作为基于传感器/执行器与接口模块之间的点对点连接技术，已经成为构建智能工厂最后一环的重要组成部分。它如同日常使用的USB接口，通过IO-Link技术可连接不同的设备，通过所连接设备再与其他不同的系统进行连接，包括 OT或IT层面，如本发明所采用的工业总线。IO-Link并非另外一种现场总线，而是作为现场总线、传感器5和执行器之间通信的桥梁。
因此，本发明运用了最新的IO-LINK通信技术，在生产现场一级选用了多种带有IO-LINK端口的用以监测现场温度、流量、液位、压力、阀位的传感器5，用以收集和反馈设备最底层的监测与生产数据。可进行IO-Link 通信的传感器5可以测量一个以上的过程值，连同传感器5本身的所有信息(型号、制造商、功能、报警信息等等)以数字方式而非传统的模拟量方式，将它们进行传送。传感器5会通过标准三线电缆，以数字方式准确地传送流量、压力和介质温度值给IO-Link主设备6。
以下详细介绍本发明的方案，如图1所示，一种玻璃厂智能MCC集控系统，包括若干工段、顺序编号的第一交换机1至第四交换机4，各工段均包括若干传感器5、IO-Link主设备6、带Modbus端口的配电电气元件7、配电一体机8、带工业总线端口的变频器9、第五交换机10、PLC控制器 11以及上位机12。所述若干工段为熔化工段、锡槽工段、退火工段、循环水工段、氮氢站工段以及公用工程工段中的一种或多种。
各工段的若干传感器5与IO-Link主设备6通讯连接，IO-Link主设备 6接入第一交换机1。传感器5监测信号参数通过IO-Link传送到IO-Link 主设备6，IO-Link主设备6采用AL1402系列。每个IO-Link主设备6可接收12个传感器5的数据。通讯线缆是使用M12四芯或五芯线缆将传感器 5分别与易福门公司的AL1402型号的IO-Link主设备6连接，6个IO-Link主设备6通过Profinet网线接入第一交换机1，第一交换机1与第四交换机 4连接，第四交换机4再通过Profinet网线接入PLC控制器11。使用易福门的LRDEVICE软件将系统中的6个IO-Link主设备6的默认ip地址改为192.168.0.2～192.168.0.7。然后在西门子博途软件中将PLC控制器11的地址设置为192.168.0.1。在西门子博途软件中安装PLC控制器11的GSD 文件，然后将6个IO-Link主设备6AL1402组态，使AL1402成为PLC控制器11的6个从站，这样IO-Link主设备6就可以与PLC控制器11进行通讯。
带Modbus端口的配电电气元件7为玻璃厂智能MCC集控系统在现场MCC房的第一类电气控制元件，包括万能断路器、塑壳开关、电力仪表、双电源开关等配电电气元件7，带Modbus端口的配电电气元件7全部通过 Modbus工业总线与配电一体机8连接，作为底层的数据采集器。在本发明中，配电一体机8选用常熟开关厂的CEPA3现场智能一体机，其集监控主机、监控软件、数据采集器和工业总线网关为一体，在实现现场控制和现场简单监控的同时，通过Modbus工业总线同步接收配电元件的所有信息与数据，配电一体机8接入第二交换机2，然后把配电电气元件7以及它们控制的电气设备的状态和参数、测量数据、整定数据、事件记录、历史数据等再通过工业总线Profinet传递给第二交换机2，第二交换机2与第四交换机4连接，各工段MCC房带Modbus端口的万能断路器、塑壳开关、电力仪表、双电源开关等配电电气元件7全部通过Modbus工业总线接入配电一体机8，将各工段的配电一体机8通过一体机的操作面板将ip地址设置为 192.168.0.10～192.168.0.15。各工段的配电一体机8再通过工业总线Profinet 传递给第二交换机2，第二交换机2通过工业总线Profinet传递给第四交换机4，第四交换机4再通过工业总线Profinet传递给PLC控制器11。PLC 控制器11再将所有信息和数据实时传送给上位机12。
带工业总线端口的变频器9为玻璃厂智能MCC集控系统在现场MCC 房的第二类电气控制元件。本发明选用ABB公司的ACS880系列变频器9，该系列的变频器9适用于各种工业过程，几乎能控制所有交流电机，提供丰富的输入/输出接口，支持本发明所使用的Profinet工业总线，带工业总线端口的变频器9与第五交换机10连接，第五交换机10接入第三交换机3，第三交换机3与第四交换机4连接，传输变频器9实时运行状态，包括可用性、环境、可靠性、负荷等指标，可以传输所控制风机或水泵电机的转速、电流、转矩、功率、温度等特定运行参数，可以传输每日参数备份及故障历史信息、实时预警提醒等等。还能传输诸如能源优化和能效信息之类的数据，为上层管理系统提供监控和节省工业能耗的手段。
使用Profinet工业总线将各工段带工业总线端口的变频器9分别接入 12口的工业以太网交换机即第五交换机10，这里特别重要的是，ACS880 变频器9需要安装FENA-11现场总线适配器模块才能实现Profinet通讯。熔化工段MCC房的变频器9ip地址设置为192.168.0.20～192.168.0.29，锡槽工段MCC房的变频器9ip地址设置为192.168.0.30～192.168.0.39，退火工段MCC房的变频器9ip地址设置为192.168.0.40～192.168.0.49，循环水工段MCC房的变频器9ip地址设置为192.168.0.50～192.168.0.59，氮氢站工段MCC房的变频器9ip地址设置为192.168.0.60～192.168.0.69，其它公用工程工段MCC房的变频器9ip地址设置为192.168.0.70～192.168.0.79。6 个12口的第五交换机10全部接入一个9口的第三交换机3，第三交换机3 均与第四交换机4连接，再由第四交换机4通过Profinet工业总线接入PLC 控制器11。在西门子博途软件中安装变频器9的GSD文件，然后将所有变频器9组态，使它们成为PLC控制器11的从站。这样就可以进行工业总线通讯。
PLC控制器11输出端通过工业总线以OPC方式与上位机12通讯连接。 PLC控制器11使用普通以太网线，通过OPC(OLEforProcessControl,用于过程控制的OLE，是一个工业标准)方式与安装了西门子SIMATICWINCC OpenArchitecture(简称WINCCOA)软件平台的服务器进行通讯，本发明的MCC集控软件是基于WINCCOA这个平台进行开发的。首先在在西门子博途软件中将PLC控制器11设置一个OPC客户端。用WINCCOA通过 OPC链接这个客户端，来进行实时通讯。所述PLC控制器11为西门子 SIMATICS7-1500系列PLC。MCC集控系统采用的软件控制平台，通过工业以太网Ethernet/IP的方式使用普通以太网线将所有采集到的数据、生产参数、信息传递给上层的管理系统如MES系统、智能大屏幕指挥中心、ERP 系统、云系统等。
本发明的工作过程为：各工段通过若干传感器5采集包含温度、液位、流量、压力以及阀位的传感器5信息并将传感器5信息传送给IO-Link主设备6，IO-Link主设备6将传感器5信息传送给第一交换机1；带Modbus 端口的配电电气元件7将包含万能断路器、塑壳开关、电力仪表、双电源开关的配电信息传送给配电一体机8连接，配电一体机8再将配电信息传送给第二交换机2；带工业总线端口的变频器9将变频器9信息传送给第五交换机10，第五交换机10将变频器9信息传送给第三交换机3，第一交换机1接收的传感器5信息、第二交换机2接收的配电信息以及第三交换机3 接收的变频器9信息均上传给第四交换机4。
通过以上技术方案，本发明提供的一种玻璃厂智能MCC集控系统及其控制方法，能够采集各类传感器5信息、配电信息以及变频器9信息，完整地采集玻璃厂各工段底层生产数据，解决现有技术不能采集玻璃厂各工段底层生产数据或者采集信息不完整的问题，同时IO-Link通讯技术通过传输数字化信号来实现玻璃厂MCC控制中心可靠的过程控制，传感器5仅仅通过普通电缆就可以实现传输数字化信号，采集数据方便快捷。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，包括若干工段、顺序编号的第一交换机至第四交换机，各工段均包括若干传感器、IO-Link主设备、带Modbus端口的配电电气元件、配电一体机、带工业总线端口的变频器以及第五交换机；各工段的若干传感器与IO-Link主设备通讯连接，带Modbus端口的配电电气元件与配电一体机连接，带工业总线端口的变频器与第五交换机连接，IO-Link主设备接入第一交换机，配电一体机接入第二交换机，第五交换机接入第三交换机，第一交换机、第二交换机以及第三交换机均与第四交换机连接。
2.根据权利要求1所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，还包括PLC控制器以及上位机，所述PLC控制器输入端通过Profinet网线与第四交换机连接，PLC控制器输出端通过工业总线以OPC方式与上位机通讯连接。
3.根据权利要求2所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，所述PLC控制器为西门子SIMATIC S7-1500系列PLC。
4.根据权利要求2所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，所述上位机加载软件控制平台，所述软件控制平台为西门子SIMATIC WINCC OpenArchitecture。
5.根据权利要求1所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，所述各工段的若干传感器与IO-Link主设备通过IO-Link协议通讯连接。
6.根据权利要求1所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，所述带Modbus端口的配电电气元件通过Modbus工业总线与配电一体机连接。
7.根据权利要求1所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，所述带工业总线端口的变频器为ACS880系列变频器。
8.根据权利要求1所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，所述IO-Link主设备通过Profinet网线接入第一交换机，配电一体机通过Profinet网线接入第二交换机，第五交换机通过Profinet网线接入第三交换机，第一交换机、第二交换机以及第三交换机均通过Profinet网线与第四交换机连接。
9.根据权利要求1所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统，其特征在于，所述若干工段为熔化工段、锡槽工段、退火工段、循环水工段、氮氢站工段以及公用工程工段中的一种或多种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种玻璃厂智能MCC集控系统的控制方法，其特征在于，所述方法包括：各工段通过若干传感器采集包含温度、液位、流量、压力以及阀位的传感器信息并将传感器信息传送给IO-Link主设备，IO-Link主设备将传感器信息传送给第一交换机；带Modbus端口的配电电气元件将包含万能断路器、塑壳开关、电力仪表、双电源开关的配电信息传送给配电一体机连接，配电一体机再将配电信息传送给第二交换机；带工业总线端口的变频器将变频器信息传送给第五交换机，第五交换机将变频器信息传送给第三交换机，第一交换机接收的传感器信息、第二交换机接收的配电信息以及第三交换机接收的变频器信息均上传给第四交换机。
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