石 華，楊萬(wàn)然

（機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心 先進(jìn)成形技術(shù)與裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

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

石 華，楊萬(wàn)然

（機(jī)械科學(xué)研究總院先進(jìn)制造技術(shù)研究中心 先進(jìn)成形技術(shù)與裝備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083）

自動(dòng)化染色生產(chǎn)線中包含著多臺(tái)套設(shè)備和物流運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)，存在工藝參數(shù)多、控制復(fù)雜的特點(diǎn)。染色全過(guò)程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行任務(wù)管理，并對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程執(zhí)行狀態(tài)、關(guān)鍵信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。利用VC和wincc軟件，開(kāi)發(fā)出適用的自動(dòng)化染色生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)，多臺(tái)套設(shè)備在高溫高濕的生產(chǎn)環(huán)境下連線運(yùn)行可靠，功能設(shè)計(jì)合理，并取得了良好效果。

自動(dòng)化染色；任務(wù)管理；監(jiān)控系統(tǒng)

0　引言

傳統(tǒng)染色車(chē)間存在著高溫高濕、作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，對(duì)工人的身體健康造成了極大的危害，自動(dòng)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(shì)。染色生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，逐步解決環(huán)境差、用工荒、人員成本高等問(wèn)題，染色全過(guò)程自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)需要對(duì)生產(chǎn)信息進(jìn)行任務(wù)管理，并對(duì)生產(chǎn)全過(guò)程執(zhí)行狀態(tài)、關(guān)鍵信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

本文針對(duì)以上問(wèn)題，提出筒子紗自動(dòng)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(jì)研究，利用VC和wincc進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，實(shí)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(yùn)行過(guò)程的在線監(jiān)控、實(shí)時(shí)反饋、歷史跟蹤記錄，對(duì)提高運(yùn)行過(guò)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(jìn)行傳統(tǒng)染色生產(chǎn)時(shí)，工藝信息是通過(guò)工藝流程卡手工記錄的，在不同操作人員手中傳遞，每個(gè)工藝執(zhí)行完后由操作人員和檢驗(yàn)人員簽字確認(rèn)。傳統(tǒng)手工記錄的方式隨意性大、工作量大、出錯(cuò)率高、出錯(cuò)后不易修改、單據(jù)涂改痕跡嚴(yán)重影響查看和統(tǒng)計(jì)。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(cuò)容易迅速擴(kuò)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(jì)損失，因此自動(dòng)化生產(chǎn)線的任務(wù)管理系統(tǒng)和實(shí)時(shí)監(jiān)控研發(fā)是很有必要的。管理部門(mén)若能實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)線上各類(lèi)設(shè)備、產(chǎn)品等信息，這對(duì)處理問(wèn)題、提高產(chǎn)品質(zhì)量起至關(guān)重要的作用。本文將針對(duì)任務(wù)管理和設(shè)備監(jiān)控兩部分進(jìn)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(dòng)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(guò)MPI實(shí)現(xiàn)和中控PLC的通訊，實(shí)現(xiàn)工藝信息、排產(chǎn)信息調(diào)度控制與查詢(xún)。通訊軟件周期循環(huán)掃描數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)數(shù)據(jù)庫(kù)中有新的任務(wù)時(shí)，整合新任務(wù)的相關(guān)信息，發(fā)送至中控PLC；同時(shí)周期循環(huán)訪問(wèn)中控PLC，讀取和存儲(chǔ)任務(wù)階段和設(shè)備狀態(tài)信息，并即時(shí)更新工位狀態(tài)信息。

監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原料紗回潮率、染色機(jī)流量、液位、溫度、壓力、工作時(shí)間等，并對(duì)染機(jī)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(jī)的速度、微波工作狀態(tài)等主要參數(shù)進(jìn)行在線檢測(cè)，并將檢測(cè)的結(jié)果反饋給中控PLC，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)任務(wù)的準(zhǔn)確發(fā)送、調(diào)度、存儲(chǔ)；對(duì)生產(chǎn)線參數(shù)、狀態(tài)的在線檢測(cè)和反饋；通過(guò)中央控制系統(tǒng)對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，減少筒子紗染色過(guò)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(jì)

生產(chǎn)任務(wù)管理軟件采用了三層C/S結(jié)構(gòu)，客戶(hù)端運(yùn)行生產(chǎn)任務(wù)管理軟件，實(shí)現(xiàn)與PLC和數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)管理軟件，存儲(chǔ)并定期備份、維護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)。上位機(jī)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)采用ADO方式，訪問(wèn)PLC采用MPI通訊模塊，通過(guò)西門(mén)子CP5611通訊卡和下位機(jī)進(jìn)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(shí)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?？刂葡到y(tǒng)主要由三部分構(gòu)成：運(yùn)行生產(chǎn)管理軟件的工控機(jī)作為上位機(jī)，西門(mén)子S7-400PLC作為下位機(jī)，服務(wù)器作為信息存儲(chǔ)設(shè)備。上位機(jī)通過(guò)和下位機(jī)不斷的信息交互以及豐富的界面供操作人員進(jìn)行任務(wù)信息管理、生產(chǎn)調(diào)度，下位機(jī)直接和生產(chǎn)線各設(shè)備相連進(jìn)行控制。上位機(jī)將生產(chǎn)信息分類(lèi)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)，以便查詢(xún)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(lèi)稱(chēng)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(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)獲取數(shù)據(jù)，也向下位機(jī)和數(shù)據(jù)庫(kù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)。當(dāng)管理軟件從數(shù)據(jù)庫(kù)中掃描到新任務(wù)時(shí)，獲取任務(wù)中的關(guān)鍵信息，發(fā)送給下位機(jī)。下位機(jī)根據(jù)這些信息，控制設(shè)備工作。對(duì)于正在進(jìn)行中的任務(wù)，管理軟件實(shí)時(shí)從下位機(jī)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(jìn)度和數(shù)據(jù)庫(kù)中的任務(wù)信息表。與此同時(shí)，管理軟件也在循環(huán)獲取染缸信息，發(fā)送給下位機(jī)，并從下位機(jī)讀取鹽類(lèi)配送信息傳回給數(shù)據(jù)庫(kù)。如此循環(huán)往復(fù)，便形成了循環(huán)掃描機(jī)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(jì)

3　監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

監(jiān)控系統(tǒng)由西門(mén)子WinCC開(kāi)發(fā)，監(jiān)控系統(tǒng)采用wincc作用上位機(jī)的開(kāi)發(fā)軟件設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)以下四個(gè)功能：工藝設(shè)備的監(jiān)測(cè)、物流設(shè)備的監(jiān)測(cè)、報(bào)警信息的控制和歸檔信息的控制。通過(guò)采集設(shè)備的實(shí)時(shí)信息來(lái)進(jìn)行對(duì)設(shè)備及工藝流程的控制，將數(shù)據(jù)檢測(cè)和自動(dòng)化控制結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線運(yùn)行的可視化查詢(xún)，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(dá)任務(wù)數(shù)據(jù)的依據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的實(shí)時(shí)控制。同時(shí)可以及時(shí)得到報(bào)警數(shù)據(jù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行干預(yù)，預(yù)防故障的發(fā)生。

整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)主要包括系統(tǒng)總體界面、染色機(jī)、微波烘干機(jī)、離心脫水機(jī)、移載車(chē)和機(jī)械手等設(shè)備界面和報(bào)警信息以及報(bào)表查詢(xún)。系統(tǒng)框圖如圖5所示，共用到1152個(gè)外部變量和966個(gè)內(nèi)部變量，設(shè)計(jì)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(jìn)行流程跟蹤，如圖6所示；各單機(jī)設(shè)備的實(shí)時(shí)狀態(tài)、參數(shù)信息以及報(bào)警信息都可在主界面中點(diǎn)擊相關(guān)設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)查詢(xún)。

圖5　監(jiān)控系統(tǒng)框圖

圖6　生產(chǎn)線整體運(yùn)行界面

通過(guò)合理運(yùn)用WinCC的指令，設(shè)置按鈕，實(shí)現(xiàn)各畫(huà)面的快速切換。用PLC的數(shù)據(jù)來(lái)觸發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)的動(dòng)畫(huà)，畫(huà)面中閥門(mén)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)、液位等實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。同時(shí)針對(duì)某個(gè)單機(jī)設(shè)備顯示信息過(guò)多設(shè)置了畫(huà)中畫(huà)，點(diǎn)擊相應(yīng)按鈕彈出詳細(xì)的信息，不需要時(shí)可隱藏詳細(xì)信息界面。

全自動(dòng)生產(chǎn)線發(fā)生故障時(shí)，要求生產(chǎn)線在第一時(shí)間以多種方式通知操作人員，除了利用圖形畫(huà)面報(bào)告異常事件外，還通過(guò)計(jì)算機(jī)的多媒體功能發(fā)出語(yǔ)音報(bào)警。操作者點(diǎn)擊報(bào)警信息就能進(jìn)入組態(tài)的報(bào)警畫(huà)面（如圖7所示），能查閱和打印當(dāng)前和歷史的報(bào)警信息列表，以幫助和盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，盡量避免停機(jī)事件。歸檔信息（如圖8所示）控制對(duì)生產(chǎn)線的關(guān)鍵、重要生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔、存儲(chǔ)，并能打印輸出，以供將來(lái)瀏覽、分析用，為設(shè)備遠(yuǎn)程診斷提供依據(jù)。

圖7　報(bào)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(shí)現(xiàn)了對(duì)5臺(tái)工藝設(shè)備和4臺(tái)物流設(shè)備的監(jiān)控和管理，目前該染色自動(dòng)化生產(chǎn)線已在國(guó)內(nèi)兩家知名紡織企業(yè)進(jìn)行示范應(yīng)用，運(yùn)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(cè)及故障診斷及信息處理。

5　結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)自動(dòng)化染色生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究，實(shí)現(xiàn)了有效的任務(wù)管理和監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)，并將該系統(tǒng)在自動(dòng)化染色生產(chǎn)線中予以應(yīng)用，提供友好的人機(jī)界面來(lái)實(shí)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(chǔ)。

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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?yàn)殡姎饪刂啤?/p>