铝合金热处理设备集散控制系统及方法

技术领域

本发明涉及车间热处理技术领域，尤其涉及一种铝合金热处理设备集散控制系统及方法。

背景技术

常见的热处理车间，各台设备运作模式为独立周期性运作，设有独立的温度控制系统用于控制热处理温度，配备独立的记录仪用于记录设备的工作温度。这种运作模式可勉强满足军工、航空等制造领域对热处理生产记录实时性和不可更改性的要求，但是缺乏对设备的统一调度能力，不利于分析工艺过程，简化完善工艺流程对历史生产记录的检索需要手工完成，效率低下，能源的综合利用能力较低。采用纸质记录的方式，不能实现生产信息的数字化共享和数据分析，对数据的后期处理水平得不到提高，所以利用计算机强大的运算能力，建成计算机控制的多过程集成控制系统，实现生产自动化，完善信息管理，是热处理车间必然发展方向。

发明内容

本发明的目的在于，为了满足热处理设备集中控制及生产信息化管理的需要，提供一种铝合金热处理设备集散控制系统及方法，将热处理车间所有工业炉实行计算机集成控制，通过MES系统对工控计算机实行任务下发和分配，实现各种热处理工艺规程及参数的查询编辑，工艺过程温度、参数的实时控制和采集、实时历史数据查询、报表导出打印等等功能，并能实行基于车间内网面向授权客户端的远程监控功能。

具体通过以下技术方案实现上述目的：

一种铝合金热处理设备集散控制系统，包括温度采控单元、视频监控单元、运维操作单元和集散控制单元；所述温度采控单元布设于设备现场，并与集散控制单元通信连接，用于实时记录设备运行的温度数据；所述视频监控单元布设于设备现场，并与集散控制单元通信连接，用于实时监控设备运行状况及记录零件加工过程；所述运维操作单元设置于工作室内，并与集散控制单元通信连接，用于支持若干岗位对设备工况信息的调用以及生产项目的申报和跟踪；所述集散控制单元设置于工作室内，用于监视和控制所有设备的运行情况。

优选的，所述集散控制单元包括第一工控机、第二工控机和第一交换机；第一工控机与第二工控机双冗余设置，并分别与第一交换机通讯连接；第一交换机上连接有用于与所述运维操作单元通信的第一路由器。

优选的，所述集散控制单元还包括录像硬盘和数据服务器，且录像硬盘和数据服务器分别与第一交换机通信连接。

优选的，所述视频监控单元若干高清网络摄像头，且所有高清网络摄像头通过第二交换机与所述第一交换机通信连接。

优选的，所述温度采控单元包括包括温度记录仪、温控报警表和PLC模块、串口服务器和工业交换机；温度记录仪和温控报警表分别连接PLC模块，PLC模块依次通过串口服务器和工业交换机与所述第一交换机通信连接。

优选的，所述运维操作单元包括第三交换机、第二路由器以及分别与第三交换机通信连接的若干操作终端；第三交换机通过第二路由器与所述第一路由器通信连接。

基于上述一种铝合金热处理设备集散控制系统，本技术方案提出一种铝合金热处理设备集散控制方法，包括：

建立工艺数据库：包括根据产品热处理要求在集散控制单元的数据服务器中建立热处理工艺数据库；

工艺匹配与调用：包括通过集散控制单元中的工控机输入待热处理产品信息，工控机根据待热处理产品信息匹配并调用热处理工艺数据库中的相关产品热处理工艺数据；

设备现场监控启动：包括利用集散控制单元中的工控机通过第一交换机将产品热处理工艺数据发送至温度采控单元，同时启动视频监控单元；

设备现场视频采集：利用视频监控单元中的高清网络摄像头实时采集设备现场的视频信息，并将视频信息上传至集散控制单元中的录像硬盘进行储存；

设备现场工况采集：PLC模块接收到产品热处理工艺数据后，启动温度记录仪和温控温控报警表；利用温度记录仪实时采集并记录相应的温度信息，利用温控温控报警表根据产品热处理工艺数据对设备温度实施控制和异常报警，利用PLC实时向集散控制单元上传温度信息和报警数据；

生产运维：利用集散控制单元将PLC模块上传的信息数据作为实时生产数据存储至本地数据库；利用运维操作单元将生产项目向集散控制单元进行申报，并通过从本地数据库中调用工况信息的方式，进行项目跟踪和设备维护。

优选的，所述工艺匹配与调用中，是通过扫描二维码的方式输入待热处理产品信息。

本技术方案的有益效果：

1）基于本技术方案可在整个铝合金热处理领域中得到十分广泛的应用，满足充分发挥材料潜能，节约能源和人类社会可持续发展以及热处理技术的拓展需要，对工件生产工艺的严格管理和把控具有重要意义。在产品生产的过程中，通过实时监控，可极大程度上确保设备可靠运行。可见，基于本技术方案实现精密控制的成套工程系统，是确保精确生产、实现无废次品生产、控制质量分散度为零的前提保证。

2）基于本技术方案，产品从计划分配，到生产装炉，再到保温及出炉，都可以进行相关的数据采集，基于必要的数据采集实现全周期的数据记录及管控，并配备有控制过程报警功能，对设备故障、温度异常情况，有可靠的报警提示。另外，基于本技术方案的网络交换结构，可拓展对多台热处理设备进行同时监控，通过集散控制单元中的工控机排序显示多台热处理设备的实时状态。

附图说明

图1为本技术方案的系统连接结构原理图；

图2为基于本技术方案的软件设计框架图。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明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。

因此，以下对在附图中提供的本发明的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付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。

实施例1

本实施例公开一种铝合金热处理设备集散控制系统，作为本技术方案一种基本的实施方案，如图1所示包括温度采控单元、视频监控单元、运维操作单元和集散控制单元。其中，温度采控单元布设于设备现场，并与集散控制单元通信连接，用于实时记录设备运行的温度数据；视频监控单元布设于设备现场，并与集散控制单元通信连接，用于实时监控设备运行状况及记录零件加工过程；运维操作单元设置于工作室内，并与集散控制单元通信连接，用于支持若干岗位对设备工况信息的调用以及生产项目的申报和跟踪；集散控制单元设置于工作室内，用于监视和控制所有设备的运行情况。

实施例2

本实施例公开一种铝合金热处理设备集散控制系统，作为本技术方案一种优选的实施方案，如图1所示包括温度采控单元、视频监控单元、运维操作单元和集散控制单元。温度采控单元布设于设备现场，并与集散控制单元通信连接，用于实时记录设备运行的温度数据；视频监控单元布设于设备现场，并与集散控制单元通信连接，用于实时监控设备运行状况及记录零件加工过程；运维操作单元设置于工作室内，并与集散控制单元通信连接，用于支持若干岗位对设备工况信息的调用以及生产项目的申报和跟踪；集散控制单元设置于工作室内，用于监视和控制所有设备的运行情况。

进一步的，集散控制单元包括第一工控机、第二工控机和第一交换机；第一工控机与第二工控机双冗余设置，并分别与第一交换机通讯连接；第一交换机上连接有用于与所述运维操作单元通信的第一路由器。其中第一工控机和第二工控机主要是系统操作，第一交换机用于数据转换，第一路由器用于提供网络通信。

进一步的，所述集散控制单元还包括录像硬盘和数据服务器，且录像硬盘和数据服务器分别与第一交换机通信连接。其中，数据服务器用于数据存储和备份，录像硬盘用于存储视频信息。

进一步的，所述视频监控单元若干高清网络摄像头，且所有高清网络摄像头通过第二交换机与所述第一交换机通信连接。其中，高清网络摄像头主要布设于各热处理设备的附近，通过网线与第二交换机连接主要用于采集设备运行动态和零件加工过程的视频，防止操作人员违反操作要求和误操作。

进一步的，所述温度采控单元包括包括温度记录仪、温控报警表和PLC模块、串口服务器和工业交换机；温度记录仪和温控报警表分别连接PLC模块，PLC模块依次通过串口服务器和工业交换机与所述第一交换机通信连接。

进一步的，所述运维操作单元包括第三交换机、第二路由器以及分别与第三交换机通信连接的若干操作终端；第三交换机通过第二路由器与所述第一路由器通信连接。

基于上述结构，本技术方案采用整体采用采用以太网或RS485/232的通信方式。

实施例3

本实施例公开一种铝合金热处理设备集散控制方法，作为本技术方案一种优选的实施方案，采用了本技术方案的一种铝合金热处理设备集散控制系统，包括：

建立工艺数据库：包括根据产品热处理要求在集散控制单元的数据服务器中建立热处理工艺数据库；其中，具体可通过通过扫描二维码的方式输入待热处理产品信息。其中，产品信息包括项目、编号、名称、材料等。在热处理工艺数据库，以单个产品为单位建立技术文件，技术文件中包含了产品对应的项目、编号、名称、材料、热处理温度、保温时间等工艺参数。

工艺匹配与调用：包括通过集散控制单元中的工控机输入待热处理产品信息，工控机根据待热处理产品信息匹配并调用热处理工艺数据库中的相关产品热处理工艺数据。

设备现场监控启动：包括利用集散控制单元中的工控机通过第一交换机将产品热处理工艺数据发送至温度采控单元，同时启动视频监控单元。

设备现场视频采集：利用视频监控单元中的高清网络摄像头实时采集设备现场的视频信息，并将视频信息上传至集散控制单元中的录像硬盘进行储存。

设备现场工况采集：PLC模块接收到产品热处理工艺数据后，启动温度记录仪和温控温控报警表；利用温度记录仪实时采集并记录相应的温度信息，利用温控温控报警表根据产品热处理工艺数据对设备温度实施控制和异常报警，利用PLC实时向集散控制单元上传温度信息和报警数据；

生产运维：利用集散控制单元将PLC模块上传的信息数据作为实时生产数据存储至本地数据库；利用运维操作单元将生产项目向集散控制单元进行申报，并通过从本地数据库中调用工况信息的方式，进行项目跟踪和设备维护。

综上所述，产品从计划分配（生产项目申报以及产品信息输入），到生产装炉（现场视频采集），再到保温（现场工况采集）及出炉（现场视频采集），都可以进行相关的数据采集，基于必要的数据采集实现全周期的数据记录及管控，并配备有控制过程报警功能，对设备故障、温度异常情况（如设备风机运转异常、炉门无法正常开启、温度超出温控报警仪表设定温度等），有可靠的报警提示。另外，基于本技术方案的网络交换结构，可拓展对多台热处理设备进行同时监控，通过集散控制单元中的工控机排序显示多台热处理设备的实时状态。

实施例4

本实施例将本技术方案的一种铝合金热处理设备集散控制系统及方法运用到实际当中，作为本技术方案一种优选的实施方案，通过温度采控单元和视频监控单元采集实时生产数据，集散控制单元通过OPC数据转换软件编辑生成标准模板的生产报表，能够实现需求最大自主化，即根据具体需求，选择输出任一时间段内完工的工件情况，报表中包含生产设备编号、工件名、生产编号、零件材料状态、数量、设备编号、工艺参数、进炉时间和出炉时间、工艺编号、装炉编号等重要零件生产信息及生产过程设备信息。

基于该集散控制系统，通过集散控制单元编辑软件功能，软件功能设计内容包含系统报警功能、历史报警记录功能、仪表参数设定功能、上位机紧急关断功能、安全停炉功能、工艺管理与控制功能、报警提示功能、计算机控制与现场人工控制模式的切换功能、数据分析功能、数据打印与刻录功能、视频监控功能等。对此，本技术方案本技术方案的集散控制系统设计的一种软件系统（控制系统）如图2所示，包括实时状态、工艺管理、生产管理、参数设置、驱动程序、系统加密、B/S系统和退出系统等。其中：

一，实时状态中包括：

1）采用分炉显示的方式对所有热处理设备进行总览。针对单台热处理设备，存在以下操作：a、工艺下达（生产开始）：利用集散控制单元的工控机根据产品信息从热处理工艺数据库调取加工工艺参数，基于加工工艺参数发送至温度采控单元的PLC模块，以实现任务下达。b、实时温度：集散控制单元中的工控机实时获取并显示热处理设备中的温度。c、设定温度：工艺跳步即跳过调取的加工工艺参数，直接编辑即直接在热处理设备的相关控制仪表上进行工艺参数的设置。d、实时曲线：正负偏差包络线，如温度范围485℃±10℃，设备的实际温度必须控制在这个范围内，不得超出这个范围，一旦超出就会出现报警；开炉门温度拐点记录，即产品到达保温时间时，热处理设备将开启炉门，产品从炉内移出，这时炉内的温度会下降，下降的这个点就是温度拐点，基于该拐点可以准确记录工件在炉内的保温时间。e、实时场景显示，其显示场景由视频监控单元获得。

2）所有场景显示。将视频监控单元中所有高清网络摄像头采集的画面由集散控制单元中的工控机分窗口显示。

3）报警状态显示。

4）报警提示音开关。热处理设备出现异常时，其自带的声光报警器进行声光报警提示。报警提示音开关为通过工控机操控的软开关，操作者可以通过报警提示音开关远程及时关闭报警提示音。

5）所有设备复位。指通过集散控制单元中的工控机将热处理设备的各项操作指示通过复位功能恢复到出厂设定状态。

6）所有设备锁定：指通过集散控制单元中的工控机将热处理设备各项操作功能进行锁定，不允许进行指令操作。

7）所有设备解锁。对应设备锁定，指通过集散控制单元中的工控机将已锁定的热处理设备解锁恢复。

二，工艺管理包括工艺编辑。其中，程序段工艺（走工艺曲线）即是通过对工艺方法的编辑，进行预先设定多个工艺按加工顺序自动执行。定制工艺（恒温）是指系统直接给定一个恒定的参数，是设备处于恒温状态。

三，生产管理包括：

1）历史数据。历史温度详情，内容包括时间、设备、工件信息、当时的温度等参数，将温度和时间成坐标的形式展现，也可生产数据报表。历史温度曲线，基于历史详情生成的温度曲线报表，对该曲线报表进行报表预览、报表导出、以及报表打印。历史报警事件，将每一次报警事件进行储存以作为历史报警事件，以便于设备维护以及数据参考，即保留历史报警事件用于分析设备的使用状况，用于后续通过数据进行分析，预防故障发生。具体信息包含时间、故障原因、维修周期等。

2）产品回溯。其中，工件名称、生产号、材质和装炉编号等信息在最初的时候可以通过扫码获取，也可以通过人工输入。最终通过这些数据搜集形成产品数据库，可以在产品数据库中追溯过往生产的产品信息和过程参数。按产品汇总是按产品信息将相同产品进行分类汇总，统计产品信息和过程参数。按操作人员汇总是指可以根据操作者进行分类汇总，能够统计出该操作人员具体操作的所有产品信息和过程参数。

四，参数设置

1）驱动类型设置：驱动类型可分为PLC驱动、控制继电器驱动等。可以多种驱动并行也可只使用一种驱动方式。其作用是控制设备实现加工工艺。

2）驱动参数设置：可通过可编程控制器、控制仪表、人机界面等进行参数设定。可多种方式并行，主要是温度、时间等参数，在不同的工艺所需的工艺参数均不相同，均需要进行重新设定。

3）驱动替换：当一种驱动方式不能实现功能的时候，有及时补充替换的功能，保证设备能正常运行。

五，驱动程序

1）设备实时数据采集：采集设备在使用过程中的所有数据，包括设备运行情况、温度、时间、电流、电压、能耗、功率等。用于监控设备在加工工件的过程中，运行是否正常，参数是否符合相关的工艺要求。

2）实时数据上传：即将采集到的实时数据上传至数据服务器，以便于后序数据调用以及设备状态的实时监控。

3）设定参数下发：设定参数的下发与工艺一起，当确定好工件加工工艺的同时，将工艺参数下发至设备对应控制仪表。

4）驱动冗余，即驱动备份，可用于数据丢失后的找回。

六，系统加密。是为了区分不同工作性质人的操作权限。比如工艺人员、操作人员、检验人员等。在其它客户终端，各自权限的人可以通过输入自己的密码进入各自的操作界面进行工作编辑。不同操作权限进入的界面不同，可操作的功能也不同。

七，B/S系统

1）web后台程序。工艺编辑：由工艺人员根据相关文件规范要求和产品信息进行预先的工艺编辑后直接存储至热处理工艺数据库。生产任务下达：处于工艺下达之前，先发出项目任务，再根据项目任务确定工艺。炉子实时运行情况/曲线即炉子实时温度情况/曲线。历史温度数据/曲线：顾名思义指设备已经加工完成的工件的历史数据，包括设备信息、温度、时间等，可以以曲线的方式绘制成图片，也可以制成报表，用于生产产品的追溯。

其中， B/S系统高于生产管理。生产管理仅出现于生产现场对产品的管控，B/S系统不仅可以对现场进行管控，还可以监控整个现场的运行情况。