自動化染色生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計

石 華，楊萬然

（機械科學(xué)研究總院先進制造技術(shù)研究中心 先進成形技術(shù)與裝備國家重點實驗室，北京 100083）

自動化染色生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)設(shè)計

石 華，楊萬然

（機械科學(xué)研究總院先進制造技術(shù)研究中心 先進成形技術(shù)與裝備國家重點實驗室，北京 100083）

自動化染色生產(chǎn)線中包含著多臺套設(shè)備和物流運轉(zhuǎn)系統(tǒng)，存在工藝參數(shù)多、控制復(fù)雜的特點。染色全過程自動化的實現(xiàn)需要對生產(chǎn)信息進行任務(wù)管理，并對生產(chǎn)全過程執(zhí)行狀態(tài)、關(guān)鍵信息進行實時監(jiān)控。利用VC和wincc軟件，開發(fā)出適用的自動化染色生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)，多臺套設(shè)備在高溫高濕的生產(chǎn)環(huán)境下連線運行可靠，功能設(shè)計合理，并取得了良好效果。

自動化染色；任務(wù)管理；監(jiān)控系統(tǒng)

0　引言

傳統(tǒng)染色車間存在著高溫高濕、作業(yè)勞動強度大等問題，對工人的身體健康造成了極大的危害，自動化、數(shù)字化等現(xiàn)代技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)已成為行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。染色生產(chǎn)過程自動化，逐步解決環(huán)境差、用工荒、人員成本高等問題，染色全過程自動化的實現(xiàn)需要對生產(chǎn)信息進行任務(wù)管理，并對生產(chǎn)全過程執(zhí)行狀態(tài)、關(guān)鍵信息進行實時監(jiān)控。

本文針對以上問題，提出筒子紗自動化染色生產(chǎn)線任務(wù)管理和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計研究，利用VC和wincc進行二次開發(fā)，實現(xiàn)生產(chǎn)、工藝、設(shè)備信息管理，染色生產(chǎn)線參數(shù)設(shè)定、調(diào)用、運行過程的在線監(jiān)控、實時反饋、歷史跟蹤記錄，對提高運行過程可靠性和染色質(zhì)量起到了重要作用。

1　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在進行傳統(tǒng)染色生產(chǎn)時，工藝信息是通過工藝流程卡手工記錄的，在不同操作人員手中傳遞，每個工藝執(zhí)行完后由操作人員和檢驗人員簽字確認。傳統(tǒng)手工記錄的方式隨意性大、工作量大、出錯率高、出錯后不易修改、單據(jù)涂改痕跡嚴重影響查看和統(tǒng)計。此外，生產(chǎn)線生產(chǎn)節(jié)奏快且銜接緊湊，工序環(huán)節(jié)出現(xiàn)的差錯容易迅速擴大，造成生產(chǎn)線秩序混亂，甚至引發(fā)事故，中斷生產(chǎn)，威脅操作工人的安全，導(dǎo)致經(jīng)濟損失，因此自動化生產(chǎn)線的任務(wù)管理系統(tǒng)和實時監(jiān)控研發(fā)是很有必要的。管理部門若能實時掌握生產(chǎn)線上各類設(shè)備、產(chǎn)品等信息，這對處理問題、提高產(chǎn)品質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。本文將針對任務(wù)管理和設(shè)備監(jiān)控兩部分進行研究，圖1為任務(wù)管理和設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

圖1　自動化染色生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)

任務(wù)管理系統(tǒng)通過MPI實現(xiàn)和中控PLC的通訊，實現(xiàn)工藝信息、排產(chǎn)信息調(diào)度控制與查詢。通訊軟件周期循環(huán)掃描數(shù)據(jù)庫，當(dāng)數(shù)據(jù)庫中有新的任務(wù)時，整合新任務(wù)的相關(guān)信息，發(fā)送至中控PLC；同時周期循環(huán)訪問中控PLC，讀取和存儲任務(wù)階段和設(shè)備狀態(tài)信息，并即時更新工位狀態(tài)信息。

監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測原料紗回潮率、染色機流量、液位、溫度、壓力、工作時間等，并對染機工作狀態(tài)、染料/助劑加注量，離心脫水的轉(zhuǎn)速、脫水量，微波烘干機的速度、微波工作狀態(tài)等主要參數(shù)進行在線檢測，并將檢測的結(jié)果反饋給中控PLC，實現(xiàn)了對生產(chǎn)任務(wù)的準確發(fā)送、調(diào)度、存儲；對生產(chǎn)線參數(shù)、狀態(tài)的在線檢測和反饋；通過中央控制系統(tǒng)對相關(guān)參數(shù)進行自動補償，減少筒子紗染色過程中的回染，提高染紗的生產(chǎn)效率和生產(chǎn)質(zhì)量。

2　任務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計

生產(chǎn)任務(wù)管理軟件采用了三層C/S結(jié)構(gòu)，客戶端運行生產(chǎn)任務(wù)管理軟件，實現(xiàn)與PLC和數(shù)據(jù)庫關(guān)于任務(wù)信息和設(shè)備信息等數(shù)據(jù)的交換；服務(wù)器端裝有數(shù)據(jù)庫管理軟件，存儲并定期備份、維護數(shù)據(jù)庫。上位機訪問數(shù)據(jù)庫采用ADO方式，訪問PLC采用MPI通訊模塊，通過西門子CP5611通訊卡和下位機進行MPI通訊。軟件架構(gòu)如圖2所示。

圖2　軟件架構(gòu)

生產(chǎn)任務(wù)管理軟件實現(xiàn)任務(wù)信息的發(fā)送和管理、物流設(shè)備和工藝設(shè)備的智能調(diào)度。控制系統(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：運行生產(chǎn)管理軟件的工控機作為上位機，西門子S7-400PLC作為下位機，服務(wù)器作為信息存儲設(shè)備。上位機通過和下位機不斷的信息交互以及豐富的界面供操作人員進行任務(wù)信息管理、生產(chǎn)調(diào)度，下位機直接和生產(chǎn)線各設(shè)備相連進行控制。上位機將生產(chǎn)信息分類寫入數(shù)據(jù)庫，以便查詢和其他程序調(diào)用。

生產(chǎn)線的關(guān)鍵數(shù)據(jù)可概括為：任務(wù)信息、染缸信息、鹽類稱量信息和紗重量信息。管理軟件循環(huán)不斷地更新生產(chǎn)線關(guān)鍵數(shù)據(jù)，既從下位機和數(shù)據(jù)庫獲取數(shù)據(jù)，也向下位機和數(shù)據(jù)庫寫入數(shù)據(jù)。當(dāng)管理軟件從數(shù)據(jù)庫中掃描到新任務(wù)時，獲取任務(wù)中的關(guān)鍵信息，發(fā)送給下位機。下位機根據(jù)這些信息，控制設(shè)備工作。對于正在進行中的任務(wù)，管理軟件實時從下位機中讀取任務(wù)狀態(tài)、工藝階段信息和工位狀態(tài)信息，更新任務(wù)狀態(tài)、進度和數(shù)據(jù)庫中的任務(wù)信息表。與此同時，管理軟件也在循環(huán)獲取染缸信息，發(fā)送給下位機，并從下位機讀取鹽類配送信息傳回給數(shù)據(jù)庫。如此循環(huán)往復(fù)，便形成了循環(huán)掃描機制。

圖3　系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互

圖4　任務(wù)管理系統(tǒng)界面設(shè)計

3　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計

監(jiān)控系統(tǒng)由西門子WinCC開發(fā)，監(jiān)控系統(tǒng)采用wincc作用上位機的開發(fā)軟件設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)以下四個功能：工藝設(shè)備的監(jiān)測、物流設(shè)備的監(jiān)測、報警信息的控制和歸檔信息的控制。通過采集設(shè)備的實時信息來進行對設(shè)備及工藝流程的控制，將數(shù)據(jù)檢測和自動化控制結(jié)合起來，實現(xiàn)生產(chǎn)線運行的可視化查詢，將工藝設(shè)備參數(shù)返回到任務(wù)管理系統(tǒng)，作為下一次任務(wù)管理系統(tǒng)下達任務(wù)數(shù)據(jù)的依據(jù)，實現(xiàn)對設(shè)備的實時控制。同時可以及時得到報警數(shù)據(jù)，對設(shè)備進行干預(yù)，預(yù)防故障的發(fā)生。

整個監(jiān)控系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)總體界面、染色機、微波烘干機、離心脫水機、移載車和機械手等設(shè)備界面和報警信息以及報表查詢。系統(tǒng)框圖如圖5所示，共用到1152個外部變量和966個內(nèi)部變量，設(shè)計界面20余張。總況界面可以在線查看生產(chǎn)線狀態(tài)、物流信息，每一批次的紗線都可進行流程跟蹤，如圖6所示；各單機設(shè)備的實時狀態(tài)、參數(shù)信息以及報警信息都可在主界面中點擊相關(guān)設(shè)備進行詳細查詢。

圖5　監(jiān)控系統(tǒng)框圖

圖6　生產(chǎn)線整體運行界面

通過合理運用WinCC的指令，設(shè)置按鈕，實現(xiàn)各畫面的快速切換。用PLC的數(shù)據(jù)來觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的動畫，畫面中閥門的開關(guān)狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、設(shè)備運行狀態(tài)、液位等實現(xiàn)動態(tài)顯示。同時針對某個單機設(shè)備顯示信息過多設(shè)置了畫中畫，點擊相應(yīng)按鈕彈出詳細的信息，不需要時可隱藏詳細信息界面。

全自動生產(chǎn)線發(fā)生故障時，要求生產(chǎn)線在第一時間以多種方式通知操作人員，除了利用圖形畫面報告異常事件外，還通過計算機的多媒體功能發(fā)出語音報警。操作者點擊報警信息就能進入組態(tài)的報警畫面（如圖7所示），能查閱和打印當(dāng)前和歷史的報警信息列表，以幫助和盡早發(fā)現(xiàn)問題，盡量避免停機事件。歸檔信息（如圖8所示）控制對生產(chǎn)線的關(guān)鍵、重要生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)進行歸檔、存儲，并能打印輸出，以供將來瀏覽、分析用，為設(shè)備遠程診斷提供依據(jù)。

圖7　報警信息

【】【】

圖8　歸檔信息

圖9　中央控制室

4　系統(tǒng)應(yīng)用

該監(jiān)控管理系統(tǒng)實現(xiàn)了對5臺工藝設(shè)備和4臺物流設(shè)備的監(jiān)控和管理，目前該染色自動化生產(chǎn)線已在國內(nèi)兩家知名紡織企業(yè)進行示范應(yīng)用，運行效果良好，操作員在中央控制室完成生產(chǎn)線任務(wù)管理、在線監(jiān)測及故障診斷及信息處理。

5　結(jié)論

本文通過對自動化染色生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究，實現(xiàn)了有效的任務(wù)管理和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計及實現(xiàn)，并將該系統(tǒng)在自動化染色生產(chǎn)線中予以應(yīng)用，提供友好的人機界面來實現(xiàn)筒子紗染色任務(wù)信息的顯示、設(shè)備狀態(tài)的修改和設(shè)備執(zhí)行信息的監(jiān)視，完成設(shè)備執(zhí)行信息的分析、處理和數(shù)據(jù)存儲。

[1] 黃創(chuàng),夏緒輝,等.鋼鐵企業(yè)自動化生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)的研究及其應(yīng)用[J].現(xiàn)代制造工程,2012,12,111-114.

[2] 王宏文,蔣君杰,等.wincc監(jiān)控系統(tǒng)在燒結(jié)過程中的應(yīng)用[J].河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報,2011,40(2).

[3] 西門子（中國）有限公司自動化與驅(qū)動集團深入淺出.西門子WinCC V6[M].2版.2004,5.

[4] WinCC組態(tài)手冊[z].西門子(中國)有限公司,2002.

Design of monitoring and management system in automatic dyeing product line

SHI Hua, YANG Wan-ran

TP29

A

1009-0134(2016)07-0126-04

2016-06-13

石華（1984 -），女，河南人，工程師，本科，研究方向為電氣控制。