基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱處理智能監(jiān)控系統(tǒng)

馮職文

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州 510000)

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱處理智能監(jiān)控系統(tǒng)

馮職文

(廣東寰球廣業(yè)工程有限公司，廣東 廣州 510000)

隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在工業(yè)應用中的越來越深入，將熱處理生產(chǎn)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱處理智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠極大的促進我國熱處理行業(yè)的信息化和自動化發(fā)展。在當今以節(jié)能減排為主流的社會環(huán)境下，提升熱處理行業(yè)的整體自動化水平，加快粗放型生產(chǎn)向精細化生產(chǎn)的轉(zhuǎn)變，是未來不可避免的趨勢。

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；智能監(jiān)控系統(tǒng)；RFID標識；生產(chǎn)調(diào)度

熱處理是現(xiàn)代裝備制造業(yè)的重要組成部分，通過熱處理對金屬材料的改變，充分挖掘金屬材料的潛能，保證產(chǎn)品的使用性能。目前,我國的熱處理行業(yè)相對落后，不管在車間生產(chǎn)還是生產(chǎn)管理上，都存在諸多問題。主要表現(xiàn)在工藝制訂時隨意性大,大多數(shù)是根據(jù)生產(chǎn)人員的經(jīng)驗積累；工藝管理混亂,沒有形成統(tǒng)一的管理標準；重復性工作多,缺乏最新的資料作指導；生產(chǎn)設備落后，特別是控溫技術(shù),精度不高，經(jīng)常出現(xiàn)跑溫現(xiàn)象；在生產(chǎn)管理方面，文件的命名、管理和記錄不夠科學,導致產(chǎn)品質(zhì)量的可追溯性差；設備維護維修缺少記錄,設備不能保證一直在良好的工作狀態(tài)下運行,沒能對有可能出現(xiàn)問題的零部件進行及時檢修或者更換，再加上整個熱處理行業(yè)自動化、信息化水平低，嚴重影響了我國熱處理行業(yè)的發(fā)展。

本文研究的熱處理智能監(jiān)控系統(tǒng)，是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，整個智能系統(tǒng)由三個子系統(tǒng)模塊組成：(1)以KingView6.55組態(tài)軟件為平臺設計的實時測控子系統(tǒng)，主要對生產(chǎn)過程的設備、工藝參數(shù)、工藝執(zhí)行過程進行實時監(jiān)控，并把重要的工藝參數(shù)通過數(shù)據(jù)庫和管理子系統(tǒng)的執(zhí)行層進行數(shù)據(jù)交換，實現(xiàn)各系統(tǒng)間的信息共享。(2)生產(chǎn)管理子系統(tǒng)以SQL2005數(shù)據(jù)庫為平臺，以PHP.NET為編程語言實現(xiàn)系統(tǒng)功能。主要功能是實現(xiàn)工廠生產(chǎn)過程自動化、信息化和規(guī)范化管理。通過應用RFID標識技術(shù)，對熱處理加工件進行在線生產(chǎn)與庫存跟蹤，實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行單元的各個層次得到合理的協(xié)同，能夠有效解決熱處理工件生產(chǎn)、管理和物流精益化的問題。(3)數(shù)字視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，對重要生產(chǎn)場所、設備和工件以及操作過程進行實時監(jiān)控和錄像，以便現(xiàn)場管理和責任追溯。整個智能監(jiān)控系統(tǒng)是以物聯(lián)網(wǎng)模式對三個子系統(tǒng)進行網(wǎng)絡互聯(lián)和數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。

1 實時測控子系統(tǒng)設計

實時監(jiān)控子系統(tǒng)是整個智能監(jiān)控系統(tǒng)的最重要組成部分，擔負著數(shù)據(jù)的獲取，數(shù)據(jù)的處理以及控制輸出的執(zhí)行，其按照三級結(jié)構(gòu)設計：分為現(xiàn)場級，中央級和遠程級。結(jié)構(gòu)圖如圖1所示：

測控子系統(tǒng)主要是對熱處理生產(chǎn)車間的生產(chǎn)設備進行數(shù)據(jù)采集和控制。如需要采集和控制的參數(shù)主要有溫度、液體流量、壓力、碳勢、氣體流量和真空度等。

現(xiàn)場級主要是實時采集各生產(chǎn)爐的工藝參數(shù)，通過網(wǎng)絡將工藝參數(shù)傳輸?shù)竭h程控制端；采用集散控制系統(tǒng)，把多個車間的生產(chǎn)爐通過網(wǎng)絡聯(lián)接在一起，實現(xiàn)各生產(chǎn)爐參數(shù)的集中測控管理；

中央級主要是在中央控制室，對現(xiàn)場采集傳輸進來的數(shù)據(jù)進行處理，然后再通過網(wǎng)絡通訊反饋到現(xiàn)場生產(chǎn)設備，實現(xiàn)生產(chǎn)設備的遠程控制，并且能夠把監(jiān)控系統(tǒng)和生產(chǎn)管理系統(tǒng)實現(xiàn)互聯(lián)，數(shù)據(jù)相互共享。在控制室的主控PC機上，設計友好人機界面，人機界面集成了熱處理爐的模擬量采集模塊系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)和現(xiàn)場智能儀表的數(shù)據(jù)顯示、報警信息于一體，各個熱處理爐之間的實時工況可以通過切換畫面進行實時監(jiān)控。同時組態(tài)王畫面還與智能車間系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫連接在一起，在系統(tǒng)畫面中便可以快捷查詢相關(guān)產(chǎn)品的信息，如產(chǎn)品的名稱、批號、加工過程參數(shù)以及加工工藝表等信息。

圖1 實時監(jiān)控系統(tǒng)三級結(jié)構(gòu)示意圖

遠程級主要是通過網(wǎng)絡發(fā)布的形式，把實時監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息和組態(tài)畫面發(fā)布到網(wǎng)絡上，客戶可以通過IE客戶端瀏覽，并且根據(jù)客戶擁有的相應權(quán)限實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

2 生產(chǎn)管理子系統(tǒng)設計

生產(chǎn)管理系統(tǒng)能讓管理人員在電腦前就可以了解企業(yè)各個環(huán)節(jié)的實時情況。每件(批)加工件對應一個RFID標簽，每個標簽都對應一個唯一的批次號，從客戶來料到產(chǎn)品生產(chǎn)完成出庫的每一個生產(chǎn)環(huán)節(jié)都對其寫入相關(guān)數(shù)據(jù)信息。通過產(chǎn)品對應的標簽號，可以追溯其入庫、來料自檢、生產(chǎn)記錄、檢驗、出庫等全程信息。

生產(chǎn)管理子系統(tǒng)由三部分組成：收發(fā)管理、加工管理、經(jīng)營管理。整個生產(chǎn)管理系統(tǒng)原理圖如圖2：

圖2 生產(chǎn)管理原理圖

2.1 收發(fā)管理

收發(fā)管理就是在產(chǎn)品到廠時對產(chǎn)品進行信息登記，形成產(chǎn)品標識卡，標識卡跟隨產(chǎn)品貫穿整個熱處理生產(chǎn)過程，主要是對產(chǎn)品進行生產(chǎn)追蹤。系統(tǒng)應用RFID技術(shù)，給每批產(chǎn)品配備一張ID卡，ID卡里填寫了每批產(chǎn)品的信息，如廠家、材料、產(chǎn)品批號、生產(chǎn)日期、工藝要求等信息。經(jīng)過RFID卡與貨物的綁定后，通過刷卡來查看貨物的具體狀態(tài)和進行生產(chǎn)流程的操作。

2.2 加工管理

加工管理主要針對產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中的信息管理，如來料自檢及自檢不及格的處理，工藝編制，外協(xié)加工的流程化處理、按設備加工能力、工件的工藝要求等因素進行拼爐或分爐排產(chǎn)，設備點檢、生產(chǎn)記錄、交接班記錄、首末巡檢、送檢、檢驗報告、不合格品處理、車間生產(chǎn)調(diào)度等，這些工作都均通過軟件完成，取代工廠以前的紙質(zhì)管理模式。

在加工管理的環(huán)節(jié)中，車間生產(chǎn)調(diào)度問題是實現(xiàn)作業(yè)生產(chǎn)高效率、高柔性、快速響應市場的關(guān)鍵。良好的車間作業(yè)生產(chǎn)調(diào)度可以根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的目標和環(huán)境的狀態(tài)，在盡可能滿足約束條件的前提下，按照工藝規(guī)程和計劃，通過下達生產(chǎn)計劃及調(diào)度指令對系統(tǒng)內(nèi)的可用資源進行實時調(diào)配，以達到縮短產(chǎn)品的制造周期、減少在制品、降低庫存、以達到提高生產(chǎn)資源的利用率和提高制造系統(tǒng)生產(chǎn)率的目的。

本系統(tǒng)是基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱處理智能監(jiān)控系統(tǒng)，因此，車間調(diào)度系統(tǒng)將結(jié)合現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境的實時反饋，形成一個半封閉的調(diào)度系統(tǒng)。整個生產(chǎn)調(diào)度過程中，既滿足最小加工成本，最短期交貨，設備最大負荷等多生產(chǎn)調(diào)度指標，而且還考慮工件工序間的約束、設備共享帶來的沖突、車間作業(yè)現(xiàn)場反饋的作業(yè)實況動態(tài)調(diào)整作業(yè)計劃等實際生產(chǎn)情況。

2.3 經(jīng)營管理

實時了解企業(yè)的經(jīng)營情況。包括資產(chǎn)、人員、產(chǎn)值、廢品率、能耗、客戶等信息數(shù)據(jù)的自動匯總、報表生成等。特別是生產(chǎn)統(tǒng)計，系統(tǒng)能夠根據(jù)各個生產(chǎn)部門統(tǒng)計的信息，經(jīng)過分析，數(shù)據(jù)處理，最終形成生產(chǎn)統(tǒng)計圖表，給管理人員最直觀的操作。圖3是為經(jīng)營管理設計的產(chǎn)品標示卡。

圖3 熱處理產(chǎn)品標識卡界面圖

3 視頻監(jiān)控子系統(tǒng)

視頻監(jiān)控子系統(tǒng)主要是對工廠生產(chǎn)現(xiàn)場和主要部門進行監(jiān)控，通過視頻可以代替專門人員的巡查，特別是在晚間作業(yè)時間，能夠很好的實現(xiàn)生產(chǎn)監(jiān)控，如圖4所示。整個子系統(tǒng)主要功能包括：視頻瀏覽、視頻錄像、圖像抓拍、錄像查詢、錄像回放、云鏡控制等。

圖4 視頻監(jiān)控圖

通過錄像回放的方式，可以對平時出現(xiàn)的一些問題可以進行原因追溯，這對公司來說是一個很好的管理方式。

4 三大子系統(tǒng)的功能融合

熱處理智能管理系統(tǒng)包括現(xiàn)場實時監(jiān)控子系統(tǒng)、后臺生產(chǎn)管理子系統(tǒng)和視頻監(jiān)控子系統(tǒng)，三個子系統(tǒng)通過網(wǎng)絡相互關(guān)聯(lián)實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。實時監(jiān)控子系統(tǒng)能夠?qū)崟r獲取工藝參數(shù)，在組態(tài)軟件通過SQL編程語言與后臺數(shù)據(jù)庫相連，能把現(xiàn)場采集到的工藝參數(shù)存儲在數(shù)據(jù)庫中，便于保存和記錄。同時現(xiàn)場的工藝控制參數(shù)也可以通過SQL語言從生產(chǎn)管理子系統(tǒng)獲取，并通過網(wǎng)絡下載到現(xiàn)場儀表，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。整個系統(tǒng)可以實現(xiàn)網(wǎng)絡發(fā)布功能，客戶可以通過IE瀏覽器遠程登錄進行監(jiān)控。

5 結(jié)束語

基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱處理智能監(jiān)控系統(tǒng)，由于能實現(xiàn)熱處理裝備、工藝、生產(chǎn)過程的精益化管理，實現(xiàn)熱處理生產(chǎn)執(zhí)行層的可控性達到精密控制，以及實現(xiàn)生產(chǎn)執(zhí)行單元的各個層次的合理的協(xié)同，能夠極大的提升工廠熱處理生產(chǎn)水平，實現(xiàn)熱處理生產(chǎn)的信息化、自動化和智能化管理，從而提升企業(yè)生產(chǎn)效益。

[1] 朱萬山.熱處理工藝系統(tǒng)研發(fā)[D].電子科技大學, 2012.

[2] 閻承沛. 計算機技術(shù)在我國熱處理工業(yè)領域的應用和發(fā)展[J].金屬熱處理, 2000,25(10):26-29.

[3] 王桂棠，劉文豪. 基于B/S結(jié)構(gòu)體系的熱處理企業(yè)信息管理系統(tǒng)[J]. 熱加工工藝，2005(1)：64-65.

[4] 胡 錚.物聯(lián)網(wǎng)[M].北京：科學出版社，2010.

[5] 張偉民,陳乃錄,胡明娟,等.熱處理智能技術(shù)[J].熱處理, 2004, 19(1):1-5.

[6] 徐俊剛，戴國忠，王宏安.生產(chǎn)調(diào)度理論和方法研究綜述[J].計算機研究與發(fā)展，2004,41(2)：257-267.

[7] 劉桂雄. 基于IEEE1451的智能傳感器技術(shù)與應用[M].北京： 清華大學出版社， 2012.

(本文文獻格式：馮職文.基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的熱處理智能監(jiān)控系統(tǒng) [J].山東化工，2016，45(14)：95-97，99.)

Heat Treatment Intelligent Monitoring System based on the Internet of Things

FengZhiwen

(Guangdong Huanqiu-guangye Contracting&Engineering Co.,Ltd., Guangzhou 510000,China)

The Internet of Things technology is more and more deeply used in the industrial application. With combination of heat treatment production and the Internet of Things, the Heat Treatment Intelligent Monitoring System based on the Internet of Things technology can be developed, which would advance the development of heat treatment industry with informatization and automation in our country. Nowadays, under energy conservation and emission reduction as mainstream environment, it is an inevitable trend to enhance the overall automation level and speed up the transformation from extensive production to fine production in the future.

the Internet of things technology, the intelligent monitoring system, RFID label, production scheduling

2016-05-11

馮職文(1986—)，廣東清遠人，助理工程師，主要從事石油化工儀表自控設計。

TG155.92; TP399

A

1008-021X(2016)14-0095-03