自动化染色生产线监控管理系统设计

2016-12-23杨万然

制造业自动化 2016年7期

关键词：管理软件生产线染色

石华，杨万然

（机械科学研究总院先进制造技术研究中心先进成形技术与装备国家重点实验室，北京 100083）

自动化染色生产线监控管理系统设计

石华，杨万然

（机械科学研究总院先进制造技术研究中心先进成形技术与装备国家重点实验室，北京 100083）

自动化染色生产线中包含着多台套设备和物流运转系统，存在工艺参数多、控制复杂的特点。染色全过程自动化的实现需要对生产信息进行任务管理，并对生产全过程执行状态、关键信息进行实时监控。利用VC和wincc软件，开发出适用的自动化染色生产线监控管理系统，多台套设备在高温高湿的生产环境下连线运行可靠，功能设计合理，并取得了良好效果。

自动化染色；任务管理；监控系统

0　引言

传统染色车间存在着高温高湿、作业劳动强度大等问题，对工人的身体健康造成了极大的危害，自动化、数字化等现代技术改造传统产业已成为行业发展的必然趋势。染色生产过程自动化，逐步解决环境差、用工荒、人员成本高等问题，染色全过程自动化的实现需要对生产信息进行任务管理，并对生产全过程执行状态、关键信息进行实时监控。

本文针对以上问题，提出筒子纱自动化染色生产线任务管理和设备监控系统设计研究，利用VC和wincc进行二次开发，实现生产、工艺、设备信息管理，染色生产线参数设定、调用、运行过程的在线监控、实时反馈、历史跟踪记录，对提高运行过程可靠性和染色质量起到了重要作用。

1　系统结构

在进行传统染色生产时，工艺信息是通过工艺流程卡手工记录的，在不同操作人员手中传递，每个工艺执行完后由操作人员和检验人员签字确认。传统手工记录的方式随意性大、工作量大、出错率高、出错后不易修改、单据涂改痕迹严重影响查看和统计。此外，生产线生产节奏快且衔接紧凑，工序环节出现的差错容易迅速扩大，造成生产线秩序混乱，甚至引发事故，中断生产，威胁操作工人的安全，导致经济损失，因此自动化生产线的任务管理系统和实时监控研发是很有必要的。管理部门若能实时掌握生产线上各类设备、产品等信息，这对处理问题、提高产品质量起至关重要的作用。本文将针对任务管理和设备监控两部分进行研究，图1为任务管理和设备监控系统结构。

图1　自动化染色生产线监控管理系统

任务管理系统通过MPI实现和中控PLC的通讯，实现工艺信息、排产信息调度控制与查询。通讯软件周期循环扫描数据库，当数据库中有新的任务时，整合新任务的相关信息，发送至中控PLC；同时周期循环访问中控PLC，读取和存储任务阶段和设备状态信息，并即时更新工位状态信息。

监控系统实时监测原料纱回潮率、染色机流量、液位、温度、压力、工作时间等，并对染机工作状态、染料/助剂加注量，离心脱水的转速、脱水量，微波烘干机的速度、微波工作状态等主要参数进行在线检测，并将检测的结果反馈给中控PLC，实现了对生产任务的准确发送、调度、存储；对生产线参数、状态的在线检测和反馈；通过中央控制系统对相关参数进行自动补偿，减少筒子纱染色过程中的回染，提高染纱的生产效率和生产质量。

2　任务管理系统设计

生产任务管理软件采用了三层C/S结构，客户端运行生产任务管理软件，实现与PLC和数据库关于任务信息和设备信息等数据的交换；服务器端装有数据库管理软件，存储并定期备份、维护数据库。上位机访问数据库采用ADO方式，访问PLC采用MPI通讯模块，通过西门子CP5611通讯卡和下位机进行MPI通讯。软件架构如图2所示。

图2　软件架构

生产任务管理软件实现任务信息的发送和管理、物流设备和工艺设备的智能调度。控制系统主要由三部分构成：运行生产管理软件的工控机作为上位机，西门子S7-400PLC作为下位机，服务器作为信息存储设备。上位机通过和下位机不断的信息交互以及丰富的界面供操作人员进行任务信息管理、生产调度，下位机直接和生产线各设备相连进行控制。上位机将生产信息分类写入数据库，以便查询和其他程序调用。

生产线的关键数据可概括为：任务信息、染缸信息、盐类称量信息和纱重量信息。管理软件循环不断地更新生产线关键数据，既从下位机和数据库获取数据，也向下位机和数据库写入数据。当管理软件从数据库中扫描到新任务时，获取任务中的关键信息，发送给下位机。下位机根据这些信息，控制设备工作。对于正在进行中的任务，管理软件实时从下位机中读取任务状态、工艺阶段信息和工位状态信息，更新任务状态、进度和数据库中的任务信息表。与此同时，管理软件也在循环获取染缸信息，发送给下位机，并从下位机读取盐类配送信息传回给数据库。如此循环往复，便形成了循环扫描机制。

图3　系统数据交互

图4　任务管理系统界面设计

3　监控系统设计

监控系统由西门子WinCC开发，监控系统采用wincc作用上位机的开发软件设备监控系统实现以下四个功能：工艺设备的监测、物流设备的监测、报警信息的控制和归档信息的控制。通过采集设备的实时信息来进行对设备及工艺流程的控制，将数据检测和自动化控制结合起来，实现生产线运行的可视化查询，将工艺设备参数返回到任务管理系统，作为下一次任务管理系统下达任务数据的依据，实现对设备的实时控制。同时可以及时得到报警数据，对设备进行干预，预防故障的发生。

整个监控系统主要包括系统总体界面、染色机、微波烘干机、离心脱水机、移载车和机械手等设备界面和报警信息以及报表查询。系统框图如图5所示，共用到1152个外部变量和966个内部变量，设计界面20余张。总况界面可以在线查看生产线状态、物流信息，每一批次的纱线都可进行流程跟踪，如图6所示；各单机设备的实时状态、参数信息以及报警信息都可在主界面中点击相关设备进行详细查询。

图5　监控系统框图

图6　生产线整体运行界面

通过合理运用WinCC的指令，设置按钮，实现各画面的快速切换。用PLC的数据来触发监控系统的动画，画面中阀门的开关状态、传感器状态、设备运行状态、液位等实现动态显示。同时针对某个单机设备显示信息过多设置了画中画，点击相应按钮弹出详细的信息，不需要时可隐藏详细信息界面。

全自动生产线发生故障时，要求生产线在第一时间以多种方式通知操作人员，除了利用图形画面报告异常事件外，还通过计算机的多媒体功能发出语音报警。操作者点击报警信息就能进入组态的报警画面（如图7所示），能查阅和打印当前和历史的报警信息列表，以帮助和尽早发现问题，尽量避免停机事件。归档信息（如图8所示）控制对生产线的关键、重要生产过程数据进行归档、存储，并能打印输出，以供将来浏览、分析用，为设备远程诊断提供依据。