专利名称：一种铝电解可视化生产信息系统的制作方法
一种铝电解可视化生产信息系统
本发明涉及铝电解自控系统，尤其涉及一种铝电解可视化生产信 息系统。
熔盐电解法是目前世界上生产金属铝的主要方法。由于国民经济 快速发展，铝电解产能和产量也迅速增加，在这样的产量需求下，生 产效率便成为铝电解企业密切关注的问题，生产效率直接关系企业的 核心竟争力。为此，铝电解企业有必要建立完整的制造执行信息化平 台，以信息化带动工业生产，快速提高生产力。目前铝电解企业经过 近二十几年的发展，各生产线上的生产流程控制已经基本实现了自动
化，即传统的PLC加上位计算机模式的过程控制系统。
虽然铝电解企业生产自动化程度有所提高，^f旦是站在企业管理者 的角度来看，这些独立的现场控制系统应该是一个整体，需要快速获 得这些现场系统的生产原料、设备与人员情况，以便更优化的组织生 产。目前这些生产现场的信息对管理决策层不透明，信息交换基本通 过电话、书面等方式，信息传达时间滞后，影响企业生产效率。
而且，目前对铝电解企业的生产线过程控制系统而言，还没有完 全实现自动化，大多采用手工出铝。手工出铝的弊端为其一，出铝 计划、出铝记录、出铝量等均需书面传递，受人为因素影响，容易出 错；其二，出铝量由人工控制，实际出铝量与计划出铝量误差大，出 铝精度差，影响电解槽稳定性；其三，出铝流量无法控制，出铝时电 解槽经常产生"效应，，报警，损伤电解槽。手工出铝直接影响企业生 产效率。
5[发明内容〗
本发明要解决的技术问题是提供一种管理信息化、可视化、上层 管理人员与现场生产人员沟通方便，生产效率高、生产成本低的铝电 解可视化生产信息系统。
本发明进一步要解决的技术问题是提供一种自动化程度较高的铝 电解可视化生产信息系统。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是， 一种铝电解 可视化生产信息系统，包括现场控制子层、数据通讯子层和管理子层， 现场控制子层包括现场生产控制系统及音视频监控系统，数据通讯子 层包括数据通讯服务系统，所述的管理子层通过数据通讯子层与现场 控制子层进行通信。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的现场生产控制系 统包括智能出铝控制系统、电解槽测控系统、供电监控系统、氧化铝 输送监控系统、阳极生产监控系统、铸造生产监控系统、烟气排放环 保控制系统。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的数据通讯服务系
统包括星型数字电台网络、嵌入式通讯服务器、LAN交换机；星型数字 电台采用主从工作方式，由嵌入式通信服务器统一调度；智能出铝控 制系统、电解槽测控系统、供电监控系统tt据采用串口 M0DBUS协议通 过数字电台传输到嵌入式通信服务器，数字电台只做数据中转；嵌入 式通信服务器内运4亍协议转换程序，将接收到的现场串口 M0DBUS协议 数据转换成M0DBUS TCP/IP协议数据通过以太网传输；嵌入式通信服 务器还负责与之相连的智能出铝控制系统、电解槽测控系统和供电监 控系统的数据的緩存和传输队列控制。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的氧化铝输送监控系统、阳极生产监控系统、铸造生产监控系统、烟气排放环保控制系 统的数据、各现场音视频监控数据直接通过以太网传输。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的智能出铝系统包
括嵌入式控制计算机、RFID槽位识别仪、操作手柄、LED显示屏、真 空流量调节阀和称重仪，所述嵌入式控制计算机接收来自管理子层的 出铝计划量并实时向上传送出铝现场数据，并与电解槽测控系统通讯， 执行真空出铝流量控制及出铝重量控制；所述RFID槽位识别仪包括读 卡器和识别卡两部分，用于精确定位电解槽；所述操作手柄包括数码 显示表、指示灯、出铝开关、查询按键，所述数码显示表用于显示当 前槽位号、出铝计划量及未出量、实时重量，通过RS485^接口、 M0DBUS 通讯协议从嵌入式控制计算机获得数据；指示灯用于指示出铝状态； 出铝开关用于启动及手动停止出铝；查询4安键用于查询其它槽出铝计 划量及未出量。所述的LED显示屏、真空流量调节阀、称重仪均采用 RS485接口 、 M0DBUS协议与嵌入式控制计算机通讯；所述LED显示屏 用于显示出铝铝包排序相关信息；所述真空流量调节阀接收智能出铝 控制系统嵌入式计算机发出的可控电磁阀开度信号，实时调整开度； 所述称重仪实时获取铝包重量，传送到所述嵌入式控制计算机。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的电解槽测控系统 包括第二嵌入式计算机和RS232/485接口转换器，第二嵌入式计算机 的1个串口通过RS232/485接口转换器与电解槽控制系统的控制器连 接，采用MODBUS协议与其通讯，采集槽况信息，统计计算单槽物料、 电能用量信息，判断是否适宜出铝；第二嵌入式计算^L的另一个串口 连接数字电台，将采集到的数据传送到管理子层，并通过数字电台与 所述智能出铝控制系统横向交换数据，向其提供出铝信号，并在智能 出铝系统出铝时接收出铝量、出铝流量等信息，补偿出铝对电解槽的影响，稳定槽况。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的供电监控系统包 括通讯才几，所述的通讯机向下连接智能电力继电〗呆护设备，向上连接 数字电台，将电能供应及用量、设备及故障信息亦通过数字电台向向 嵌入式通讯服务器传送。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的氧化铝输送监控 系统、阳极生产监控系统、铸造生产监控系统、烟气排放环保控制系 统，通过各自的上位计算机和无线网桥接入通讯服务系统，每一个上
位计算机使用一对无线网桥接入数据通讯服务系统的LAN交换机。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的音视频监控系统 包括现场摄像机、现场音频输入输出设备和多路音^L频服务器，现场 的视频和音频监控信号分别通过摄像机及音频输入设备输入多路音视 频服务器；多路音视频服务器将接收到的音视频数据通过数据通讯子 层LAN交换机传输到管理子层；管理子层发出的摄像机控制信息、与 现场交流的音频指令信息通过多路音视频服务器到达摄像机和音频输 出设备。
以上所述的铝电解可视化生产信息系统，所述的管理子层包括数 据库PC、可视化监控PC和数据处理与管理PC,凄t据库PC安装SQL SERVER服务软件，建立数据库结构；可纟见化监控PC运4于组态软件，通 过以太网从数据通讯服务系统采集数据，包括M0DBUS TCP/IP数据、 0PC数据、音视频数据，将各现场数据重新组态，信息集中的流程画面 系统，其中音视频数据使用多路音视频服务器提供的活动控件获得， 嵌入到集中可视化画面系统中；数据处理与管理PC上安装组态软件、 ERP接口软件、报表软件。组态软件采集现场数据，集中分析、筛选、 整理，并将具有管理意义的数据存入数据库；ERP^I妄口软件利用数据库底层接口，访问ERP系统数据库及管理子层数据库，使管理人员可以 同时获得ERP系统数据与生产现场数据；报表软件从数据库PC、 ERP 接口系统获得数据，为管理人员提供查询、统计及才艮表输出服务。
本发明铝电解可^见化生产信息系统的管理子层通过数据通讯子层 与现场控制子层进行通信，实现了生产管理的信息化、可视化、上层 管理人员与现场生产人员沟通方便，可以降低生产成本，提高生产效 率和企业的竟争力。 [附图i兌明]
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明铝电解可视化生产信息系统实施例的系统框图。 图2是本发明铝电解可视化生产信息系统实施例智能出铝系统的 系统框图。
图3是本发明铝电解可视化生产信息系统实施例上位计算机通过 网桥接入网络的框图。
图4是本发明铝电解可视化生产信息系统实施例音视频监控系统 的系统框图。
图5是本发明铝电解可视化生产信息系统实施例数据通讯服务系
统系统框图。 [具体实施方式
]
本发明铝电解可视化生产信息系统的实施例是一种铝电解生产信 息系统。该系统是以嵌入式控制、数据库、计算机、现代工业通讯和 现代控制技术为基础，根据系统软硬件结构可以分为现场控制子层、 数据通讯子层和管理子层。现场控制子层包括各现场生产控制系统及 音视频监控系统；数据通讯子层包括一系列通讯服务软件和硬件；管 理子层包括ERP接口系统、数据库与集中数据处理系统、集中信息管理系统、集中可一见化画面系统。其系统结构如图l所示。
ERP接口系统为开发的接口软件，使用数据库底层技术使企业ERP 系统数据库数据与管理子层数据库数据实现共享，其中需要ERP系统 开放数据接口。
集中信息管理系统提取ERP系统数据库与管理子层数据库中数 据，生成包括生产计划与完成情况信息、物料信息、设备信息等供管 理人员查询和输出报表。
数据库与集中数据处理系统整合各现场系统数据库的内容，包括 与ERP接口相关数据表，现场数据的处理由组态软件完成，与ERP接 口相关数据处理由ERP接口软件完成，主要功能是分析、篩选、整理 数据，并将有效数据存入数据库。
集中可视化画面系统将现场控制子层各系统的画面与其他系统的 画面整合到一起集中显示。
智能出铝系统包括嵌入式控制计算机、RFID槽位识别仪、操作手 柄、LED显示屏、真空流量调节阀、称重仪。系统结构如图2所示。
嵌入式控制计算机是智能出铝系统的心脏，接收来自管理子层的 出铝计划量并实时向上传送出铝现场数据，并与电解槽测控系统通讯； 接收各RS485通讯口数据，执行真空出铝流量控制及出铝重量控制， 控制出铝。
RFID槽位识别仪包括读卡器和识别卡两部分，用于精确定位电解 槽。卡片储存有槽位号，读卡器读到槽位数据后通过RS485接口 、M0DBUS 通讯协议传入嵌入式计算机，定位电解槽。
操作手柄包括数码显示表、指示灯、出铝开关、查询按键。进一 步的，数码显示表用于显示当前槽位号、出铝计划量及未出量、实时 重量，通过RS485接口、 M0DBUS通讯协议从嵌入式控制计算机获得数据；指示灯用于指示出铝状态；出铝开关用于启动及手动停止出铝； 查询按键用于查询其它槽出铝计划量及未出量。
LED显示屏、真空流量调节阀、称重4义均采用RS485接口、 M0DBUS 协议与嵌入式控制计算机通讯。LED显示屏用于显示出铝铝包排序相关 信息；真空流量调节阀接收控制器发出的可控电磁阀开度信号，实时 调整开度；称重仪实时获取铝包重量，传送到嵌入式控制计算机。
出铝控制方法如下现场操作员按下操作手柄上启动出铝开关， 控制系统读取管理层传送下来的并已经保存在本地的出铝计划量，同 时启动出铝虹吸开关；系统根据称重仪实时重量计算出铝量并计算出 铝流量，输出流量控制信号到真空流量控制阀，阀门根据此信号调整 开度，调节出铝流量；系统实时比较出铝量与计划量的差值，计算关 闭虹吸开关的时机，当达到一定的精度范围内关闭开关；等待出铝惯 性结束后再次监测出铝量与计划量的差值，如果多出或者满足少出的 精度要求即结束出铝，如果少出铝量比较大，再次打开虹吸开关补偿 吸铝。
电解槽测控系统由嵌入式计算机、RS232/485接口转换器组成。 嵌入使计算机有多个串口，其中一个串口通过RS232/485接口转换器 与原电解槽控制系统的控制器连接，采用MODBUS协议与其通讯，采集 槽况信息，统计计算单槽物料、电能用量等信息，才艮据所采集的当前 槽况信息判断当前是否适宜出铝。另一个串口与连接数字电台，将采 集到的数据传送到管理子层，并通过数字电台与智能出铝控制系统横 向交换数据，向其提供是否适宜出铝信号，并在智能出铝系统出铝时 接收出铝量、出铝流量等信息，补偿出铝对电解槽的影响，稳定槽况。
供电监控系统在现有技术电解厂供配电网络中增加通讯机，通讯 机为标准工业设备，支持MODBUS协议硬件，通讯机向下连接智能电力继电保护设备，向上连接数字电台，将电能供应及用量、设备及故障 信息亦通过数字电台向上传送。
其它现场系统，包括原氧化铝输送监控系统、阳极生产监控系统、 铸造生产监控系统、烟气排放环保控制系统，将这些系统上位计算机
连入数据通讯服务系统LAN交换机，再在上位计算^/L组态软件开放0PC 服务，管理子层软件可以通过0PC客户端获得这些系统上位计算机数 据。具体连接方法为每一个上位计算机使用 一对无线网桥"l妄入系统LAN 交换机，结构如图3所示。
音视频监控系统在原来存在的控制系统与新增加控制系统的生产 现场均增加音视频监控，包括CCD可控摄像机、音频输入(麦克风) 输出(音箱)设备、多路音视频服务器。多路音视频服务器可以接入 各个控制现场的音视频信号，并将信号通过以太网络传输。
监控现场视频信号和音频信号分别通过摄像才几及现场音频输入设 备输入多路音视频服务器，管理子层软件可以通过多路音视频服务器 获得音视频数据并输出；同样，管理子层发出的摄^^几旋转控制信息、 变焦变倍控制信息、与现场交流的音频输入信息也可以通过多路音视 频服务器到现场摄像机和音频输出设备。其结构如图4所示。
数据通讯服务系统提供现场控制子层与管理子层的数据通路，包 括星型数字电台网络、嵌入式通讯服务器、LAN交换^/L,软件上包括运 行于嵌入式通信服务器内的协议转换程序。星型数字电台采用主从工 作方式，由嵌入式通信服务器统一调度。整个系统通讯结构如图5所 示。现场控制子层中的智能出铝控制系统、电解槽测控系统、供电监 控系统数据采用串口 MODBUS协议通过数字电台传输到嵌入式通信服务 器，数字电台只做数据中转。嵌入式通信服务器内运行协议转换程序， 将接收到的现场串口数据转换成M0DBUS TCP/IP协议通过以太网传输。
12嵌入式通信服务器还负责与之相连的三个现场控制系统数据的緩存和传输队列控制。其它现场控制系统，包括氧化铝输送监控系统、阳极生产监控系统、铸造生产监控系统、烟气排放环保控制系统数据、各现场音视频监控数据直接通过以太网传输。
管理子层包括数据库PC、可视化监控PC和数据处理与管理PC。数据库PC安装SQL SERVER服务软件，根据管理需求建立数据库结构。
可视化监控PC运行组态软件，通过以太网从数据通讯服务系统采集数据，包括M0DBUS TCP/IP数据、0PC数据、音视频数据，将各现场数据重新组态，信息集中的流程画面系统，其中音视频数据使用多路音视频服务器提供的活动控件获得，嵌入到集中可视化画面系统中，即工艺流程、现场实景可祯/f匕。
数据处理与管理PC上安装组态软件、ERP接口软件、报表软件。组态软件采集现场数据，集中分析、筛选、整理，并将具有管理意义的数据存入数据库。ERP接口软件利用数据库底层接口，访问ERP系统数据库及管理子层数据库，使管理人员可以同时获得ERP系统数据与生产现场数据。报表软件从数据库PC、 ERP接口系统获得数据，为管理人员提供查询、统计及l^输出服务。
权利要求
1.一种铝电解可视化生产信息系统，包括现场控制子层和管理子层，其特征在于，包括数据通讯子层，现场控制子层包括现场生产控制系统及音视频监控系统，数据通讯子层包括数据通讯服务系统，所述的管理子层通过数据通讯子层与现场控制子层进行通信。
2. 根据权利要求i所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的现场生产控制系统包括智能出铝控制系统、电解槽测控系 统、供电监控系统、氧化铝输送监控系统、阳极生产监控系统、铸 造生产监控系统、烟气排放环保控制系统。
3. 根据权利要求2所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的数据通讯服务系统包括星型数字电台网络、嵌入式通讯服务 器、LAN交换机；星型数字电台采用主从工作方式，由嵌入式通信 服务器统一调度；智能出铝控制系统、电解槽测控系统、供电监控 系统数据采用串口 M0DBUS协议通过数字电台传输到嵌入式通信服 务器，数字电台只做数据中转；嵌入式通信服务器内运行协议转换 程序，将接收到的现场串口 M0DBUS协议数据转换成M0DBUS TCP/IP 协议数据通过以太网传输；嵌入式通信服务器还负责与之相连的智 能出铝控制系统、电解槽测控系统和供电监控系统的数据的緩存和 传输队列控制。
4. 根据权利要求3所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的氧化铝输送监控系统、阳极生产监控系统、铸造生产监控系 统、烟气排放环保控制系统的数据、各现场音视频监控数据直接通 过以太网传输。
5. 根据权利要求3所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的智能出铝系统包括嵌入式控制计算机、RFID槽位识别仪、搡 作手柄、LED显示屏、真空流量调节阀和称重^f义，所述嵌入式控制计算机接收来自管理子层的出铝计划量并实时向上传送出铝现场 数据，并与电解槽测控系统通讯，执行真空出铝流量控制及出铝重量控制；所述RFID槽位识别仪包括读卡器和识别卡两部分，用于 精^位嘴^tr^^:操作手柄包括数^^#、 IT^T、顿开 关、查询按^t，所述数码显示表用于显示当前槽位号、出铝计划量 及未出量、实时重量，通过RS485接口、 M0DBUS通讯协议从嵌入式 控制计算机获得数据；指示灯用于指示出铝状态；出铝开关用于启 动及手动停止出铝；查询按键用于查询其它槽出铝计划量及未出 量。所述的LED显示屏、真空流量调节阀、称重仪均采用RS485接 口、 M0DBUS协议与嵌入式控制计算机通讯；所述LED显示屏用于显 示出铝铝包排序相关信息；所述真空流量调节阀接收智能出铝控制 系统嵌入式计算机发出的可控电磁阀开度信号；所述称重仪实时获 取铝包重量，传送到所述嵌入式控制计算机。
6. 根据权利要求3所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的电解槽测控系统包括第二嵌入式计算机和RS232/485接口转 换器，第二嵌入式计算机的1个串口通过RS232/485接口转换器与 电解槽控制系统的控制器连接，采用M0DBUS协i义与其通讯，采集 槽况信息，统计计算单槽物料、电能用量信息，判断是否适宜出铝； 第二嵌入式计算机的另 一个串口连接数字电台，将采集到的数据传 送到管理子层，并通过数字电台与所述智能出铝控制系统横向交换 数据，向其提供出铝信号，并在智能出铝系统出铝时接收出铝量、 出铝流量等信息，补偿出铝对电解槽的影响，稳定槽况。
7. 根据权利要求3所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的供电监控系统包括通讯机，所述的通讯机向下连接智能电力 继电保护设备，向上连接数字电台，将电能供应及用量、设备及故 障信息亦通过数字电台向嵌入式通讯服务器传送。
8. 根据权利要求3所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于，所述的氧化铝输送监控系统、阳极生产监控系统、铸造生产监控系 统、烟气排放环保控制系统，通过各自的上位计算机和无线网桥接 入数据通讯服务系统，每一个上位计算机通过使用 一对无线网桥接入tt通^m务^ifet亇-tAif交^^l。
9. 根据权利要求3所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的音视频监控系统包括现场摄像机、现场音频输入输出设备和 多路音视频服务器，现场的视频和音频监控信号分别通过摄像机及 音频输入设备输入多路音视频服务器；多路音视频服务器将接收到 的音视频数据通过数据通讯子层LAN交换机传输到管理子层；管理 子层发出的摄像机控制信息、与现场交流的音频指令信息通过多路 音视频服务器到达摄像机和音频输出设备。
10. 根据权利要求3所述的铝电解可视化生产信息系统，其特征在于， 所述的管理子层包括数据库PC、可视化l控PC和数据处理与管理 PC，数据库PC安装SQL SERVER服务软件，建立数据库结构；可视 化监控PC运行组态软件，通过以太网从数据通讯服务系统采集数 据，包括M0DBUS TCP/IP数据、0PC数据、音视频数据，将各现场 数据重新组态，信息集中的流程画面系统，其中音视频数据使用多 路音视频服务器提供的活动控件获得，嵌入到集中可视化画面系统 中；数据处理与管理PC上安装组态软件、ERP接口软件、报表软件。 组态软件采集现场数据，集中分析、筛选、整理，并将具有管理意 义的数据存入数据库；ERP接口软件利用数据库底层接口 ，访问ERP 系统数据库及管理子层数据库，使管理人员可以同时获得ERP系统 数据与生产现场数据；报表软件从数据库PC、 ERP接口系统获得数 据，为管理人员提供查询、统计及报表输出服务。
全文摘要
本发明公开了一种铝电解可视化生产信息系统，包括现场控制子层、数据通讯子层和管理子层，现场控制子层包括现场生产控制系统及音视频监控系统，数据通讯子层包括数据通讯服务系统，所述的管理子层通过数据通讯子层与现场控制子层进行通信。本发明实现了生产管理的信息化、可视化、上层管理人员与现场生产人员沟通方便，可以降低生产成本，提高生产效率和企业的竞争力。
文档编号C25D3/20GK101624713SQ20091010916
公开日2010年1月13日 申请日期2009年7月31日 优先权日2009年7月31日
发明者李瑞常, 罗自永 申请人:深圳市库马克新技术股份有限公司