CN201359698Y - 大型钢管生产车间的自动化控制系统 - Google Patents

大型钢管生产车间的自动化控制系统 Download PDF

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Abstract

本实用新型公开了一种大型钢管生产车间的自动化控制系统包括：生产管理级、过程控制级和现场控制级；现场控制级包括现场上位机、可编程控制器、远程I/O模块和控制单元；过程控制级包括服务器、主可编程控制器和以太网交换机；生产管理级采用server服务器架构包括生产管理计算机和以太网交换机。该系统由于是分布式设计，终端，服务器中控软件，数据统计各自独立成一个软件，有利于提高系统稳定性，终端各负其责，提高数据安全，同时提高软件可操作性，操作员更易上手，适于在钢管生产行业广泛推广。

Description

大型钢管生产车间的自动化控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种钢管生产过程控制系统，尤其涉及一种进行级别划分、产品和物料跟踪的大型钢管生产车间的自动化控制系统。
背景技术
目前，大型的钢管自动化控制系统没有划分几级的网络系统，生产的产品和物料跟踪系统，它具有以下缺点和不足：
1、生产钢管没有跟踪，产品出问题不能及时查找，对于成品管分类入库管理需要花费大量的人力和时间。
2、自动化程度低，生产信息不能及时地反馈到车间管理部门。
3、现场查找故障比较困难，生产效率低。
4、产品的成材率低。
发明内容
本实用新型针对以上问题的提出，而研制一种对钢管生成的信息进行自动跟踪，同时进行数据分析的大型钢管生产车间的自动化控制系统。本实用新型采用的技术手段如下：
一种大型钢管生产车间的自动化控制系统，其特征在于包括：生产管理级、过程控制级和现场控制级；
所述现场控制级包括现场上位机、可编程控制器、远程I/O模块和控制单元，所述上位机用于对现场工作情况进行时时监控，所述可编程控制器通过远程I/O模块向控制单元发送控制指令，同时现场传感器将采集到的传感信号通过远程I/O模块传递给到可编程控制器中进行处理后，再通过Profibus总线传送到现场上位机上进行显示和过程控制级的主可编程控制器中进行处理；
所述过程控制级包括服务器、主可编程控制器和以太网交换机，所述主PLC通过以太网交换机连接到工业以太网上，服务器和主可编程控制器进行连接，以存储现场控制级传送给主可编程控制器的现场采集信号，所述主可编程控制器还向现场控制级的可编程控制器发送生产控制指令；
所述生产管理级采用server服务器架构包括生产管理计算机和以太网交换机，所述生产管理计算机通过以太网交换机连接到过程控制级的工业以太网上，并和服务器进行连接，以调用服务器中的各种数据。
所述远程I/O模块为ET200M模块；所述控制单元包括变频器和直流调速器。
本实用新型所提供的大型钢管生产车间的自动化控制系统采集原料的原始信息，系统适时跟踪精整线上的每一根管材的运动轨迹，为数据采集提供基础，系统根据跟踪状态采集精整生产过程中的管材信息，系统对采集到的管材信息进行整理，并进行数据分析，给出作业率、产品合格率等信息。
在管材运行过程中，本系统通过上料侧自动读卡确认管号，适时跟踪精整线上每件管材的位置和运行轨迹，发送给各个加工设备。另外，多种数据接口，便于外接其他设备简化软件使用，降低对软件使用者要求；直观的表现形式，在获取数据和查询系统计数据时，提高数据可理解性；出方式采用及时查询、电子文档、打印等多种方式。由于是分布式设计，终端，服务器中控软件，数据统计各自独立成一个软件，有利于提高系统稳定性，终端各负其责，提高数据安全，同时提高软件可操作性，操作员更易上手。
附图说明
本实用新型包含两幅附图：
图1为本实用新型的结构框图；
图2为本实用新型的工作流程图。
具体实施方式
如图1所示，该系统分成三级网络结构：生产管理级、过程控制级和现场控制级；
第一级现场控制级
控制采用可靠性能高的可编程控制器(即：PLC)，基于现场总线和分布式控制技术，对变频器、直流调速器等进行控制，并通过远程I/O模块完成对现场设备的控制；主要任务是对生产线各环节装备和部件进行实时控制，通过上位机对现场工作情况进行时时监控和故障报警。
该级内部的通讯就是作为非标设备现场控制级主站的PLC和上位机与远程I/O间(作为非标设备现场控制级从站)的通讯和与各控制单元(变频器、直流调速器等)(作为非标设备现场控制级从站)的通讯。选择ET200M模块作为远程I/O控制模块，这样根据信号的实际布局，在精整线上不同的分区设备若干个远程ET200M从站。上位机与ET200M远程I/O模块之间、上位机与各控制单元之间(变频器、直流调速器等)均通过现场总线进行通讯。每个主站的PLC机不受其它主站PLC机的制约，均可以单独运行，提高了精整线的可靠性，使控制风险分散。其中PLC完成现场自动化控制用的自动运行所需的检测信号(钢管检测、钢管输送停止、允许翻料、定位检测、输送起动、满料检测、有料信号、原点信号、计数信号等)还有一些加工参数是通过上位机的组态画面连接到PLC传送过去(例如：生产规格、生产速度、故障信息、检测信号是否正常)以太网传递加工参数。PLC采集现场工作信息，只是每个区域的PLC只采集这个区域的传感信号；本实施例的整个精整区以划分四个区域为例，每个区域都包括一台电源柜、一台PLC柜、20几台变频柜、2台横速柜。这些控制单元(包括变频器、软起动器、远程EM200M、编码器、传感器)都是通过4条Profibus网络进行通讯，PLC可通过上位机HMI进行监控。四个区域的PLC由第二级的一台主PLC通过以太网进行连接，连接完成后，4个区域的信号把采集需要的信号通过以太网传递到主PLC上，在由主PLC把需要的信号传递到需要的区域中。
第二级过程控制级
包括主可编程控制器(即：主PLC)、服务器、以太网交换机、以太网交换器、光纤电缆；功能描述如下：主PLC通过以太网交换机连接到工业以太网上，服务器和主PLC进行连接，并存储现场各区域采集的信号，还负责发送生产指令数据。服务器部分主要实现系统软件与下层终端的通信连接，数据交换等功能。服务器与工作站之间采用工业以太网通讯，下层终端与服务器通过光纤连接在同一个交换机上。根据扫描的管号顺序，自动接收加工设备传递的数据，在数据库中生成钢管信息。服务器端及配套设备由一台3KVA的UPS提供稳定电源，在线备份时间1小时。下层每台终端都配备一台15分钟左右延时的后备UPS各个区域的现场级的PLC通过光纤电缆连接到工业以太网交换机上，进行时时地数据传输。
第三级生产管理级
可以采用先进的B/S级(Browser浏览器/server服务器)架构，有效实现企业内部数据共享，可与企业信息网连接，实现远程浏览。
具体设备包括服务器、生产管理计算机、以太网交换机、以太网转换器、光纤电缆等。生产管理计算机和服务器通过以太网交换机连接到过程监控级的工业以太网中，在生产管理的计算机中用WINCC做组态画面并建立SQL数据库，使得生产管理者可以时时监控生产情况和流程，还可以查询每年、每月、每日、每班的生产数量、成品数量和库存情况。ERW660生产线数据管理系统(以下简称管理系统)面向的使用者为生产人员、检测人员及管理人员，将焊管线数据以数据库的形式建档，并在飞锯切割后将喷在钢管表面的生产流水号与所建档案以“集合(批)”的形式和“一一对应”的形式存在数据管理系统的数据库中，记录精整线各步骤数据，以便查询。
系统采集原料的原始信息，系统适时跟踪精整线上的每一根管材的运动轨迹，为数据采集提供基础，系统根据跟踪状态采集精整生产过程中的管材信息，系统对采集到的管材信息进行整理，并进行数据分析，给出作业率、产品合格率等信息。根据要求，管理系统只是管理各种数据，对数据进行分析，最终为管理者提供各类对产品质量有指导意义的数据不允许也不能参与系统的控制，是与控制系统截然分开的两套并行系统。
主要设备关键参数、基础数据以及钢管质量检测记录可由三种方式获得，分别为，手工录入，读码器的设备读入，电子文档导入。在管材运行过程中，本系统通过上料侧自动读卡确认管号，适时跟踪精整线上每件管材的位置和运行轨迹，发送给各个加工设备。
生产过程中发生的数据保存在数据库中备查，并以卷号(管号)、时间、班组等多种组合条件为索引条件，形成统计报表，详细见功能分析。
每一步操作形成历史文档保存，大到原料的“一批”，小到“一根钢管”，所经历的每一步处理记录在案。
多种数据接口，便于外接其他设备简化软件使用，降低对软件使用者要求。
直观的表现形式，在获取数据和查询系统计数据时，提高数据可理解性。
输出方式采用及时查询、电子文档、打印等多种方式。
单机设备是控制信号是通过Profibus连接到现场级的PLC上，数据管理是通过工业以太网连接到过程监控级的交换机上。
参与完成物料跟踪既包括现场控制级的设备也包括过程监控级的设备，现场控制级主要是完成管理的位置跟踪，过程监控级主要完成加工完成后的数据传递并存储。
如图2所示，物料跟踪主要就是把钢板的信息加上钢管生产时和加工时的信息汇总，自动生成一个编号，全部记录下来整个加工信息，使得生产出来的产品能够准确的查出钢管的全部信息，记录着钢管的从钢板轧成钢管的信息，包括钢板的生产日期、生产班组、钢级、材质、炉号、钢板的规格、钢板探伤、机组速度、成型后的变形量、钢管的焊接温度、焊接电流、中频退火温度、钢管的切割长度，倒角的大小、水压的试压情况、管体和焊缝探伤信息等。
1)  上料点输入原料原始数据
2)  板探点  记录板探情况
3)  焊接点  记录高频产生数据
4)  中频退火点  记录热处理产生数据
5)  焊缝超探点  记录焊缝探伤数据
6)  飞锯喷码点  汇总主线信息，记录喷码数据
7)  压扁试验点  记录焊缝焊接检测情况
8)  水压试验点  记录水压试验情况
9)  焊缝超探点  记录焊缝探伤情况
10) 管体超探点  记录管体探伤情况
11) 管端探伤点  记录管端探伤情况
12) 测长称重点  记录钢管长度、重量参数
上述资料数据产生后，下面描述一下如何运用这些数据进行物流跟踪。在上料点输入原料原始数据后，其他点通过自动采集或生成的信息，通过过程监控级设置的工业以太网进行传递，每个操作台上的工作站都设有数据库表格，最后由过程监控级的主工作站把所有的数据收集以后，进行存储，可以进行查阅，还可以上传给车间管理级。所有数据传递都是通过现场的传感器等控制信号完成的自动传递。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (2)

1、一种大型钢管生产车间的自动化控制系统，其特征在于包括：生产管理级、过程控制级和现场控制级；
所述现场控制级包括现场上位机、可编程控制器、远程I/O模块和控制单元，所述上位机用于对现场工作情况进行时时监控，所述可编程控制器通过远程I/O模块向控制单元发送控制指令，同时现场传感器将采集到的传感信号通过远程I/O模块传递给到可编程控制器中进行处理后，再通过Profibus总线传送到现场上位机上进行显示和过程控制级的主可编程控制器中进行处理；
所述过程控制级包括服务器、主可编程控制器和以太网交换机，所述主PLC通过以太网交换机连接到工业以太网上，服务器和主可编程控制器进行连接，以存储现场控制级传送给主可编程控制器的现场采集信号，所述主可编程控制器还向现场控制级的可编程控制器发送生产控制指令；
所述生产管理级采用server服务器架构包括生产管理计算机和以太网交换机，所述生产管理计算机通过以太网交换机连接到过程控制级的工业以太网上，并和服务器进行连接，以调用服务器中的各种数据。
2、根据权利要求1所述的大型钢管生产车间的自动化控制系统，其特征在于所述远程I/O模块为ET200M模块；所述控制单元包括变频器和直流调速器。
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