一种中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统和方法
【专利摘要】本发明公开了一种中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统和方法。该系统由基础自动化系统、实时监控系统、通讯系统三部分组成，其特点是，（1）基础自动化系统为生产线的顺序控制提供了可行性保证；（2）实时监控系统的建立实现了设备状态的可视化以及操作人员与设备的可交互性；（3）基于TCP/IP、PROFIBUS-DP的通讯系统能实现各个设备之间数据的顺畅衔接，同时实现各子系统间数据的准确传递。本发明通过三部分系统的整合，实现了钢板自动化热处理生产，提高了控制精度，保证产品的质量，减少了人工操作，保证了操作人员的人身安全。
【专利说明】一种中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及热处理过程自动控制领域，特别是涉及一种中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统。
【背景技术】
[0002]自动控制(automatic control)是指在没有人直接参与的情况下,利用外加的设备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。自动控制技术的研究有利于将人类从复杂、危险、繁琐的劳动环境中解放出来并大大提高控制效率。
[0003]顺序控制是中厚板热处理线必须具备的基本功能之一。是指在中厚板原有标准化操作的前提下，由中厚板自动化系统自动按照规定的操作顺序执行相关的操作任务，从而自动地完成多个控制步骤的操作。一套好的顺控系统对中厚板生产的节奏、质量、设备利用率以及人力物力都有极大地改善。
[0004]现有的控制系统操作复杂，需要人工确认或测量等操作，控制系统缺少互动性，控制效率低。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种中厚板的可视化和交互性的顺序控制系统，实现中厚板生产计划快速准确执行，加快中厚板生产的节奏，生产过程安全自动控制，降低设备损耗，提高产品热处理质量。
[0006]上述目的是通过下述方案实现的:
一种中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，其特征在于，所述控制系统包括基础自动化系统、实时监控系统、通讯系统；所述基础自动化系统用于负责生产线区域辊道的自动启停、速度控制、中厚板宽度自动测量和对中，设备运行联锁控制，各设备的顺序控制、检测信号的采集、设备的故障收集及报警；所述通讯系统用于实现基础自动化系统、实时监控系统、热处理炉模型、跟踪数据库以及被控设备之间的通信；所述实时监控系统设有与快速以太网连接的人机接口，配置工程师站和操作站；所述人机接口用于对现行设定值进行校正和再设定，显示生产过程的设定值和实际值，显示和控制各传动装置，显示辅助设施的运行状态，对设备控制系统进行在线诊断和应急报警监视、数据归档。
[0007]根据上述的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，其特征在于，控制区域为上料区域至冷床下料。
[0008]根据上述的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，其特征在于，控制区域的热处理炉内辊道使用单独的变频器控制，且每7根炉辊配备一个备用变频器。
[0009]根据上述的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，其特征在于，所述实时监控系统的工程师站和操作站采用C/S结构。
[0010]根据上述的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，其特征在于，基础自动化系统将步序控制和安全连锁相结合，组成生产线自检系统，自检系统包括入炉自检、出炉自检、炉内中厚板间隙自检、炉内中厚板位置自检、设备故障自检。
[0011]根据上述的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，其特征在于，所述通讯系统通过共享内存和消息事件的方式实现过程控制系统与实时监控系统和基础自动化系统间通讯；顺控系统与厂级MES或计划管理系统通讯采用数据库读取方式，与上下游设备过程控制系统通讯采用基于TCP/IP协议的套接字接口，通讯处理程序整合到顺控系统中；所述基础自动化系统与实时监控系统通讯基于TCP/IP协议，所述基础自动化系统的CPU与远程站间通讯采用PR0FIBUS-DP标准。
[0012]根据上述的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，其特征在于，所述实时监控系统能够对现行的执行计划进行修改、删除操作。
[0013]一种使用上述的控制系统的控制方法，其特征在于，当所述基础自动化系统通过通讯系统读取到当前中厚板信息，并接收到生产命令时，将控制上料辊道上的中厚板进行对中操作并运送到入口炉门处，此时会进行该块中厚板的测量数据与读取数据的比较，若满足误差要求则检查是否满足入炉条件，满足则进行入炉操作，否则等待直到满足入炉条件；如果不满足误差要求，则需人工判断是否入炉或修改数据；同时，所述实时监控系统针对中厚板的不同状态进行不同的提示，帮助操作人员进行相关的操作；并且，如果中厚板的厚度较大则入炉时基础自动化系统会自动进行步进式操作，否则进行连续式操作。
[0014]根据上述的控制方法，其特征在于，入炉后所述基础自动化系统会对中厚板的位置进行微跟踪，并对中厚板的位置进行修正；当跟踪到中厚板出炉后，将出炉信号通过通讯系统传递至淬火机PLC，当基础自动化系统接收到淬火机PLC返回的准备好信号后，进行自动出炉操作。
[0015]根据上述的控制方法，其特征在于，所述基础自动化系统首先会在中厚板进入矫直机、剪切机和冷床前进行是否满足条件判断，并通过通讯系统对矫直机、剪切机和冷床设备发出信号，当接收到设备返回的准备好信号后，基础自动化系统会进行自动的操作。
[0016]根据上述的控制方法，其特征在于，所述实时监控系统监控中厚板生产过程中状态、位置、设定值和实际值；所述实时监控系统显示设备的运行状态，如果变频器发生故障，通过所述实时监控系统进行备用变频器的切换；所述实时监控系统对设备控制系统进行在线诊断和应急报警监视、数据归档。
[0017]本发明的有益效果:本发明的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统和方法不仅实现了系统功能顺序执行，而且还提供一个友好的生产实时监控画面。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的控制区域的示意图；
图3和图4是本发明的显不界面不意图。
【具体实施方式】
[0019]参见图1，本发明的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统包括基础自动化系统3、实时监控系统1、通讯系统2。基础自动化系统3用于负责生产线区域辊道的自动启停、速度控制、中厚板宽度自动测量和对中，设备运行联锁控制，热处理线上各设备的顺序控制(控制区域为上料区域至冷床下料)、检测信号的采集、设备的故障收集及报警。通讯系统2用于实现基础自动化系统3、实时监控系统2、热处理炉模型5、跟踪数据库4以及被控设备之间的通信。实时监控系统I设有与快速以太网连接的人机接口(HMI)，配置工程师站和操作站。人机接口用于对现行设定值进行校正和再设定，显示生产过程的设定值和实际值，显示和控制各传动装置，显示辅助设施的运行状态，对设备控制系统进行在线诊断和应急报警监视、数据归档。
[0020]为适应高温固溶炉的特点，确保钢板的正常生产，控制区域的每个热处理炉内辊道使用单独的变频器控制，且每7根炉辊配备一个备用变频器，用于变频器发生故障时，能够保证炉辊不会停转。
[0021]实时监控系统的工程师站和操作站采用C/S结构，即客户机和服务器结构。实时监控系统能够对现行的执行计划进行修改、删除操作。
[0022]基础自动化系统1、通讯系统2将步序控制和安全连锁相结合，组成生产线自检系统，自检系统包括入炉自检、出炉自检、炉内中厚板间隙自检、炉内中厚板位置自检、设备故障自检。
[0023]通讯系统2通过共享内存和消息事件的方式实现过程控制系统与实时监控系统和基础自动化系统间通讯。顺序控制系统与厂级MES或计划管理系统通讯采用数据库读取方式，与上下游设备过程控制系统通讯采用基于TCP/IP协议的套接字接口，通讯处理程序整合到顺控系统中。基础自动化系统与实时监控系统通讯基于TCP/IP协议，基础自动化系统的CPU与远程站间通讯采用PR0FIBUS-DP标准。
[0024]参见图2该顺序控制系统的控制方法如下:
当基础自动化系统通过通讯系统读取到当前中厚板信息，并接收到生产命令时，将控制上料辊道上的中厚板进行对中操作并运送到入口炉门处，此时会进行该块中厚板的测量数据与读取数据的比较，若满足误差要求则检查是否满足入炉条件，满足则进行入炉操作，否则等待直到满足入炉条件；如果不满足误差要求，则需人工判断是否入炉或修改数据；同时，实时监控系统针对中厚板的不同状态进行不同的提示，帮助操作人员进行相关的操作(参见图3和图4)。并且，如果中厚板的厚度较大则入炉时基础自动化系统会自动进行步进式操作，否则进行连续式操作。
[0025]进入热处理炉后基础自动化系统会对中厚板的位置进行微跟踪(CMD1作用为中厚板在炉前装料辊道进行后退动作时防止中厚板冲出炉前装料辊道而做的紧急制动检测信号，即当CMDl检测到中厚板时，则会通知顺控系统停止炉前装料辊道的运行。CMD2检测到中厚板时，就会进入图3所示的Step8的操作，CMD3为配合CMD2的测量工作以及对中厚板的位置进行校正，如图3中3St印9所示。当中厚板运行到CMD4出则会进行如图3中St印1-St印12的操作)，并根据图2所示检测器HMDf HMDll (HMD表示热金属检测器)的位置对中厚板的位置进行修正。当中厚板到达HMDlO的位置时，顺控系统会进行Step2的检查，如图4，此为出炉条件判断，满足则将出炉信号通过通讯系统传递至淬火机PLC，当基础自动化系统接收到淬火机PLC返回的准备好信号后，进行自动出炉操作。JQl和JQ2分别为热金属检测器和冷金属检测器，当中厚板出炉时，即JQl检测到中厚板则会通过通讯系统通知淬火机中厚板的位置方便淬火机进行相应的操作，当中厚板离开淬火机，即JQ2检测到中厚板时，则会通知顺控系统准备下一工序的操作。
[0026]矫直机、剪切机和冷床实现方式相同，基础自动化系统首先会在中厚板进入矫直机、剪切机和冷床前进行是否满足条件判断(CMD5-CMD17冷金属检测器的作用均是为了判断当上一工序完成后是否可进行下一工序而进行条件判断的用途)，并通过通讯系统对矫直机、剪切机和冷床设备发出信号，当接收到设备返回的准备好信号后，基础自动化系统会进行自动的操作。
[0027]实时监控系统监控中厚板生产过程中状态、位置、设定值和实际值；显示设备的运行状态，如果变频器发生故障，可通过实时监控系统进行备用变频器的切换；对设备控制系统进行在线诊断和应急报警监视、数据归档。
[0028]综上所述，本发明的中厚板热处理线可视化和交互性的顺序控制系统，不仅实现了系统功能顺序执行，而且还提供一个友好的生产实时监控画面。
【权利要求】
1.一种中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统，其特征在于，所述控制系统包括基础自动化系统、实时监控系统、通讯系统；所述基础自动化系统用于负责生产线区域辊道的自动启停、速度控制、中厚板宽度自动测量和对中，设备运行联锁控制，各设备的顺序控制、检测信号的采集、设备的故障收集及报警；所述通讯系统用于实现基础自动化系统、实时监控系统、热处理炉模型、跟踪数据库以及被控设备之间的通信；所述实时监控系统设有与快速以太网连接的人机接口，配置工程师站和操作站；所述人机接口用于对现行设定值进行校正和再设定，显示生产过程的设定值和实际值，显示和控制各传动装置，显示辅助设施的运行状态，对设备控制系统进行在线诊断和应急报警监视、数据归档。
2.根据权利要求1所述的中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统，其特征在于，控制区域为上料区域至冷床下料。
3.根据权利要求1所述的中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统，其特征在于，控制区域的每个热处理炉内辊道使用单独的变频器控制，且每7根炉辊配备一个备用变频器。
4.根据权利要求1所述的中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统，其特征在于，所述实时监控系统的工程师站和操作站采用C/S结构。
5.根据权利要求1所述的中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统，其特征在于，基础自动化系统将步序控制和安全连锁相结合，组成生产线自检系统，自检系统包括入炉自检、出炉自检、炉内中厚板间隙自检、炉内中厚板位置自检、设备故障自检。
6.根据权利要求1所述的中厚板热处理线可视化和交互性顺序控制系统，其特征在于，所述通讯系统通过共享内存和消息事件的方式实现过程控制系统与实时监控系统和基础自动化系统间通讯；顺 控系统与厂级MES或计划管理系统通讯采用数据库读取方式，与上下游设备过程控制系统通讯采用基于TCP/IP协议的套接字接口，通讯处理程序整合到顺控系统中；所述基础自动化系统与实时监控系统通讯基于TCP/IP协议，所述基础自动化系统的CPU与远程站间通讯采用PROFIBUS-DP标准。
7.根据权利要求1所述的中厚板生产线可视化和交互性顺序控制系统，其特征在于，所述实时监控系统能够对现行的执行计划进行修改、删除操作。
8.一种使用权利要求1-7之一所述的控制系统的控制方法，其特征在于，当所述基础自动化系统通过通讯系统读取到当前中厚板信息，并接收到生产命令时，将控制上料辊道上的中厚板进行对中操作并运送到入口炉门处，此时会进行该块中厚板的测量数据与读取数据的比较，若满足误差要求则检查是否满足入炉条件，满足则进行入炉操作，否则等待直到满足入炉条件；如果不满足误差要求，则需人工判断是否入炉或修改数据；同时，所述实时监控系统针对中厚板的不同状态进行不同的提示，帮助操作人员进行相关的操作；并且，如果中厚板的厚度较大则入炉时基础自动化系统会自动进行步进式操作，否则进行连续式操作。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，入炉后所述基础自动化系统会对中厚板的位置进行微跟踪，并对中厚板的位置进行修正；当跟踪到中厚板出炉后，将出炉信号通过通讯系统传递至淬火机PLC，当基础自动化系统接收到淬火机PLC返回的准备好信号后，进行自动出炉操作。
10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述基础自动化系统首先会在中厚板进入矫直机、剪切机和冷床前进行是否满足条件判断，并通过通讯系统对矫直机、剪切机和冷床设备发出信号，当接收到设备返回的准备好信号后，基础自动化系统会进行自动的操作。
11.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，所述实时监控系统监控中厚板生产过程中状态、位置、设定值和实际值；所述实时监控系统显示设备的运行状态，如果变频器发生故障，通过所述实时监控系统进行备用变频器的切换；所述实时监控系统对设备控制系统进行在线诊断 和应急报警监视、数据归档。
【文档编号】C21D9/52GK104164555SQ201410347877
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】刘宇佳, 李勇, 李家栋, 王昭东, 王国栋, 付天亮 申请人:东北大学