CN112650161A - 纺织印染生产设备的集成管理系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种纺织印染生产设备的集成管理系统，包括企业资源计划系统、生产执行系统以及过程控制系统；所述企业资源计划系统产生需求订单，并分配给生产执行系统；所述过程控制系统包括纺织印染生产设备和设备控制单元，所述设备控制单元依据生产执行系统的控制命令，控制纺织印染生产设备执行生成工作，并上传生产数据至生产执行系统；所述生产执行系统依据需求订单控制并管理纺织印染生产设备生产工作，收集生产数据并存储，反馈需求订单完成情况至企业资源计划系统。以实现多个厂商的印染设备的集成管理。
Description
技术领域
本发明属于纺织印染技术领域，具体涉及一种纺织印染生产设备的集成管理系统。
背景技术
染整是对布料的染色整理，是高附加值服装面料、家用纺织品和产业用纺织品等产业的重要技术支撑，由于国内与国际环境的变化，染整企业经营成本大幅上升，因此提升我国染整企业国际竞争力刻不容缓，实现染整的高品质和综合成本降低迫在眉睫。采用先进适用智能化技术，提高纺织染整装备自动化、智能化水平，可以提升染整装备效能、解决企业生产效率不高、劳动强度大及招工困难等问题；同时实现信息双向可追溯、控制质量波动、提高产品品质和附加值，实现绿色智能生产。因此，加强染整装备的智能化，可推动染整生产方式向柔性、智能、精细化方式转变。
申请公布号为CN109885011A的专利申请公开了一种纺织印染厂物联网管理系统，该管理系统中是整个一个纺织印染厂的管理，便于印染厂家能够实时监控每次进购的丝线材料，防止因丝线的质量问题而造成的资源的浪费，进而减小印染厂生产成本。但是并不能实现多个印染厂的集成管理。
申请公布号为CN204044874U的专利申请公开了一种印染厂物联网管理系统。该印染厂物联网管理系统同样是针对单个印染厂的集成管理，可以让管理部门及时知道印染车间和仓库的及时情况，以方便管理部门及时对工厂进行相关情况管理。同样也不能实现多个印染厂的集成管理。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供了一种纺织印染生产设备的集成管理系统，以实现多个厂商的印染设备的集成管理。
本发明的技术方案为：
一种纺织印染生产设备的集成管理系统，包括企业资源计划系统(EnterpriseResource Planning，ERP)、生产执行系统(Manufacturing Execution System，MES)以及过程控制系统(program control system，PCS)；
所述企业资源计划系统产生需求订单，并分配给生产执行系统；
所述过程控制系统包括纺织印染生产设备和设备控制单元，所述设备控制单元依据生产执行系统的控制命令，控制纺织印染生产设备执行生成工作，并上传生产数据至生产执行系统；
所述生产执行系统依据需求订单控制并管理纺织印染生产设备生产工作，收集生产数据并存储，反馈需求订单完成情况至企业资源计划系统。
优选地，所述生产执行系统与过程控制系统通过OPC UA技术进行通信管理，所述生产执行系统作为OPC UA的客户端，所述过程控制系统作为OPC UA的服务器。
优选地，当所述纺织印染生产设备作为染整智能设备，其设备控制单元符合OPCUA规范时，直接将纺织印染生产设备通过OPC UA规范与生产执行系统连接，受所述生产执行系统控制。
优选地，当所述纺织印染生产设备作为染整智能设备，其设备控制单元不符合OPCUA规范时，为纺织印染生产设备配置一个符合OPC UA规范的网关，通过网关，将将纺织印染生产设备通过OPC UA规范与生产执行系统连接，受所述生产执行系统控制。
优选地，所述生产执行系统中配置有纺织印染生产设备的信息模型，所述信息模型包括若干个监控单元、设备属性和监控单元属性，其中，设备属性包含设备公有属性和设备私有属性，监控单元属性包含监控单元公有属性和监控单元私有属性，每种纺织印染生产设备共享设备公有属性和监控单元公有属性。
优选地，所述设备公有属性和监控单元公有属性继承OPC UA标准中的基本对象类型。
优选地，所述生产执行系统具有可视化界面，能够对用户需求订单，生成数据进行可视化管理。
优选地，所述过程控制系统具有生产数据采集和处理功能，同时对纺织印染生产设备的生成状态以可视化显示形式进行监控。
其中，所述纺织印染生产设备包括丝光机、退煮漂机、染色机、印花机和定形机。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：
本发明提供的纺织印染生产设备的集成管理系统，通过ERP、PCS以及MES的协同与集成，并结合OPC UA技术和构建的信息模型，实现了多系统的互联和多用户数据的共享，全流程的自动化、智能化的生产。
本发明提供的纺织印染生产设备的集成管理系统，以新型间歇式染整的生产设备及工序为基础，通过底层PCS的数据采集，中层MES的生产管控，顶层ERP的资源管理的模式实现覆盖间歇式染整的产品生命周期过程信息管理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例提供的纺织印染生产设备的集成管理系统的结构示意图；
图2和图3是本发明实施例提供的生产执行系统与过程控制系统的互联示意图；
图4是本发明实施例提供的纺织印染生产设备的信息模型示意图；
图5是本发明实施例提供的设备公有属性结构图；
图6是本发明实施例提供的设备公有属性共享关系图；
图7是本发明实施例提供的监控单元公有属性共享关系图；
图8是本发明实施例提供的网关物理结构图；
图9是本发明实施例提供的网关软件系统结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
图1是本发明实施例提供的纺织印染生产设备的集成管理系统的结构示意图。如图1所示，集成管理系统包括ERP、MES以及PCS；其中，ERP产生需求订单，并分配给MES；PCS包括纺织印染生产设备和设备控制单元，设备控制单元依据生产执行系统的控制命令，控制纺织印染生产设备执行生成工作，并上传生产数据至MES；MES依据需求订单控制并管理纺织印染生产设备生产工作，收集生产数据并存储，反馈需求订单完成情况至ERP。
针对MES系统代表车间的监控中心，在互联互通网络中，其主要功能是收集设备数据，显示设备的运行状态，并通过向设备发送控制命令，控制各设备工作。主要承担设备状态管理，生产管理及运行数据采集和分析等网络管理核心功能。监控管理终端提供GUI管理界面，用于整个网络的配置/管理/运行操作。
在本标准中MES系统被视为OPC UA的客户端，结构包括OPC UA客户端应用程序、OPC UA通信栈、OPC UA客户端API。
客户端应用程序使用API调用服务器提供的服务，通信栈将客户端的API调用转换成消息，并通过底层发送给服务器。客户与服务的交互有两种方式：一种是客户端的服务请求，服务请求经底层通信实体发送给OPC UA通信栈，通过OPC UA服务器接口调用请求/响应服务，请求的任务将在服务器的地址空间中执行，执行完成后返回一个响应消息。另外一种为发送发布请求，请求服务器发布数据或通知消息，发布请求经过底层通信实体发送给OPCUA通信栈，通过OPC UA服务器接口发送给预定端，当预定指定的监测项探测到数据变化或者事件/报警发生时监视项生成一个通知发送给预定并由预定发送给客户。
针对设备端，开发符合OPC UA接口的仿真设备，开发相关设备，按照标准草案规定的各机型所规定的功能，开发一套模拟设备，能产生所需的设备状态数据，并能接受车间中心系统的控制命令，并能再现所接受的数据值。
设备端代表智能染整设备，由网关、设备控制器和设备三部分组成。在本系列标准中，设备指五类典型染整设备：丝光机、退煮漂机、印花机、染色机和定形机。
网关用于设备节点与系统之间互联所需要的协议转换装置，通常具有数据转换功能、安全功能、数据定义、网关管理维护功能。
在该图中设备控制器，代表设备的控制和数据采集执行机构，如PLC、SCADA等设备自身的控制板。设备为系统执行结构，在实际生产环境中，设备控制器和设备在物理上往往是一体的。
在本系列标准中，有两类设备控制器，一类为新型设备的，符合OPC UA规范的设备控制器，从消息服务机制上讲，这里每个设备控制器都是OPC UA服务器，采用OPC UA服务器机制向MES等车间系统提供各设备的状态数据、历史数据，报警和事件信息，并接受MES等系统控制命令，完成设备的相应功能。
根据本系列标准制定的总体思想：兼容性和先进性，在本系统结构图中也考虑了一些还不具备OPC UA的接口的设备控制器，对于该类设备通过特定的网关设备，完成从原设备的通讯协议向OPC UA标准的转换，对外提供标准的OPC UA服务。
在一些现有设备中有时会具备1个以上的独立设备控制器，如在一些退煮漂机中，温度和压力等是独立的控制器，针对载布的动力机构则是采用独立的PLC控制机构。因此在图2中，需要考虑对一个设备多个控制器的综合，然后通过网关进行协议转换，对外提供OPCUA标准服务。
针对网络协议体系，OPC UA通过通信栈来传输消息，通信栈中的传输协议采用TCP/IP方式，传输协议与平台是独立的，并且能跨越防火墙。OPC UA使用面向服务的体系结构(SOA)，实现了跨Internet的数据交换系统。在本标准中根据OPC UA的技术体系规范，在系统和设备间的车间级网络体系，采用TCP/IP网络通讯。
网关和原设备控制器间的通讯为现场设备级网络，可采用现场总线、工业以太网。针对现场总线，IEC61784标准中定义的现场总线可在现场设备级网络中应用，RS485等。针对工业以太网，IEC 61784标准中定义的工业以太网可在现场设备级网络中应用。
针对网关，网关是体现本标准技术的先进性和广泛的兼容性重要组成部分，它使得本标准既允许系统兼容不同厂家的新、老设备，既适用于新厂建设，也适用于老厂改造。网关用于设备节点与系统之间互联协议转换装置，通常具有数据转换功能、安全功能、数据定义等功能。
在本方案设计时考虑在现场验证环境中还在大量使用的不具备OPC UA的接口的设备控制器。对于该类设备控制器必须通过特定的网关设备，完成从原设备的通讯协议向OPC UA标准的转换，对外提供标准的OPC UA服务，其他通讯规范的单元控制器经过网关转换后与MES系统相连。
网关和原单元控制器间的通讯为现场设备级网络可采用现场总线、工业以太网。针对现场总线，IEC61784标准中定义的现场总线可在现场设备级网络中应用，如Modbus、RS485等。针对工业以太网，IEC 61784标准中定义的工业以太网可在现场设备级网络中应用，如Modbus/TCP、PROFINET、EtherCAT、Ethernet等。
网关是一个包含硬件和软件系统的一个嵌入式系统。现在分别给予说明。如图8所示，网关作为一个嵌入式系统，网关的硬件系统包含：CPU、数据存储区、代码存储区、通讯接口、外设和显示等。其中，CPU为中心处理单元，负责完成网关代码执行，完成相关逻辑功能，控制其它外围模块；数据存储区主要用于存储系统执行过程中所需要的各类数据；代码区主要用于存储系统执行过程中所需要的各类数据；通讯接口主要完成和各类控制单元通讯，包括RS485、RS232和网络接口等；显示接口主要负责和显现屏的通讯，用于完成系统状态以及各类数据的显示；外设接口主要负责和键盘、读卡器等一些外设的通讯，以获得各类外部信息和命令。
如图9所示，网关软件系统是指网关的系统软件和应用软件部分，系统软件包括操作系统和各类驱动软件，应用软件主要包括逻辑处理、通讯和接口等部分。网关可以采用了德国Unified Automation公司的OPC UA协议栈，并开发了RS485、RS232、TCP/IP通讯驱动系统，完成了协议转换的功能。
本实施例中建立了国内染整设备领域首个基于OPC UA技术规范的互联互通的标准，通过验证，该标准还可以推广到纺织机械其它设备领域。在三家印染企业建立生产现场验证平台，对尚不符合要求的验证设备进行改造，包括升级数控系统、改造通讯接口等，使之符合标准验证的要求。配备开源MES系统，构建设备的OPC UA信息模型，搭建网络环境，在生产过程中接入实际设备和MES，监测系统运行的情况，用于评估本标准。在实际生产中的实用性，验证系统的兼容性、数据转换的正确性和数据传输的一致性。
在数据结构上，将丝光机、退煮漂机、染色机、印花机和定形机等设备的指令和数据格式统一规范标识，为建立全面染整工业互联网提供技术保障。
图2和图3是本发明实施例提供的生产执行系统与过程控制系统的互联示意图。如图2和3所示，过程控制系统中的染整智能设备与生产执行系统MES间信息互联互通的网络体系应采用符合OPC UA技术规范的客户端/服务器(Client/Server)模式。MES作为OPC UA的客户端，染整智能设备作为OPC UA的服务器。
实施例中，还为MES配置有染整智能设备的信息模型。如图4所示，信息模型由若干监控单元和属性组成。属性分为设备公有属性和设备私有属性。监控单元也包含监控单元公有属性和监控单元私有属性。染整智能设备所共同具有的属性集合定义为设备公有属性，应继承OPC UA标准中的基本对象类型(BaseObjectType)。设备公有属性结构如图5所示。本实施例中，每种染整智能设备共享设备公有属性，其共享关系如图6所示。本实施例中，各监控单元独自拥有的属性定义为监控单元私有属性，同时每种染整智能设备共享监控单元公有属性，其共享关系如图7所示。
实施例中，以OPC UA技术规范为基础，规范各染整设备的网络通信数据接口和协议，解决了不同类型染整设备满足纺织企业的联网，打通现役设备接入工业互联网的最后通道。采用OPC UA技术规范，建立异构系统间的通讯模式。允许保留现有的标准，兼容不同厂家的设备以及新老设备的通信接口和协议，通过中间转换接口，将现有的各种协议标准转换到符合本标准的要求上来，使设备制造厂的私有标准符合公有标准，整体通讯。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，包括企业资源计划系统、生产执行系统以及过程控制系统；
所述企业资源计划系统产生需求订单，并分配给生产执行系统；
所述过程控制系统包括纺织印染生产设备和设备控制单元，所述设备控制单元依据生产执行系统的控制命令，控制纺织印染生产设备执行生成工作，并上传生产数据至生产执行系统；
所述生产执行系统依据需求订单控制并管理纺织印染生产设备生产工作，收集生产数据并存储，反馈需求订单完成情况至企业资源计划系统。
2.如权利要求1所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，所述生产执行系统与过程控制系统通过OPC UA技术进行通信管理，所述生产执行系统作为OPC UA的客户端，所述过程控制系统作为OPC UA的服务器。
3.如权利要求2所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，当所述纺织印染生产设备作为染整智能设备，其设备控制单元符合OPC UA规范时，直接将纺织印染生产设备通过OPC UA规范与生产执行系统连接，受所述生产执行系统控制。
4.如权利要求2所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，当所述纺织印染生产设备作为染整智能设备，其设备控制单元不符合OPC UA规范时，为纺织印染生产设备配置一个符合OPC UA规范的网关，通过网关，将纺织印染生产设备通过OPC UA规范与生产执行系统连接，受所述生产执行系统控制。
5.如权利要求2所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，所述生产执行系统中配置有纺织印染生产设备的信息模型，所述信息模型包括若干个监控单元、设备属性和监控单元属性，其中，设备属性包含设备公有属性和设备私有属性，监控单元属性包含监控单元公有属性和监控单元私有属性，每种纺织印染生产设备共享设备公有属性和监控单元公有属性。
6.如权利要求5所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，所述设备公有属性和监控单元公有属性继承OPC UA标准中的基本对象类型。
7.如权利要求1所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，所述生产执行系统具有可视化界面，能够对用户需求订单，生成数据进行可视化管理。
8.如权利要求1所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，所述过程控制系统具有生产数据采集和处理功能，同时对纺织印染生产设备的生产状态以可视化显示形式进行监控。
9.如权利要求1所述的纺织印染生产设备的集成管理系统，其特征在于，所述纺织印染生产设备包括丝光机、退煮漂机、染色机、印花机和定形机。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210413 |