石油管水壓機監(jiān)控管理系統(tǒng)的研究

何斌 賈渭娟

摘 要： 根據(jù)水壓機生產(chǎn)要求及業(yè)務需求，將傳統(tǒng)PLC-組態(tài)軟件模式的現(xiàn)場監(jiān)控系統(tǒng)[1-2]升級為PLC-服務器-客戶端模式，增加了工藝參數(shù)保存及維護功能。經(jīng)過驗證，本系統(tǒng)可實現(xiàn)全公司范圍內(nèi)的實時監(jiān)控、鋼管的歷史數(shù)據(jù)查詢打印等功能，改變了傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)只能在WinCC等組態(tài)軟件中實現(xiàn)、界面不夠友好、不能全公司實時監(jiān)控的缺點，為生產(chǎn)相同規(guī)格的鋼管選擇最優(yōu)的工藝參數(shù)提供依據(jù)。

關鍵詞： 水壓機； 監(jiān)控系統(tǒng)； 組態(tài)軟件

中圖分類號： TP 273 文獻標志碼： A 文章編號： 1671-2153（2018）05-0101-04

0 引 言

石油管生產(chǎn)線中的水壓機是質量控制的核心工序，其性能的好壞直接影響對鋼管性能的判斷，甚至影響整條生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。本文列舉了水壓機監(jiān)控系統(tǒng)的主流方式，即基于WINCC的組態(tài)畫面，但其操作數(shù)據(jù)庫、工藝參數(shù)保存優(yōu)化等功能都不太穩(wěn)定，系統(tǒng)的運行速度也相對較慢[3-4]；運用RS-232與單片機進行數(shù)據(jù)交互，但其只能在現(xiàn)場范圍內(nèi)使用，而對于其他工序和跨網(wǎng)段的客戶端，其監(jiān)控是做不到的[5]。本研究在MES系統(tǒng)的基礎上，采用新的數(shù)據(jù)采集模式的C#開發(fā)界面，將系統(tǒng)的在線數(shù)據(jù)監(jiān)測、工藝數(shù)據(jù)保存與優(yōu)化、曲線記錄、曲線調(diào)取與打印、工藝參數(shù)下發(fā)、水壓機設備控制等功能一并集成到MES系統(tǒng)中，這樣全公司范圍內(nèi)都可以實現(xiàn)監(jiān)控和曲線調(diào)取和打印等功能。為更好的質量分析和鋼管數(shù)據(jù)監(jiān)控實現(xiàn)了便利，提高了工作效率。

1 監(jiān)控管理系統(tǒng)的組成

本系統(tǒng)主要由接收MES系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)計劃及物料信息模塊、在線數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、工藝數(shù)據(jù)保存模塊、曲線記錄模塊、曲線記錄與調(diào)取模塊、工藝參數(shù)下發(fā)模塊、水壓機設備控制模塊等組成。

系統(tǒng)編程軟件為C#語言；數(shù)據(jù)庫為企業(yè)級關系型數(shù)據(jù)庫Oracle 11G 25用戶；框架為寶信軟件研發(fā)的iPlat4C 5.1；操作系統(tǒng)軟件為Windows 2012 中文簡體標準版；服務器為企業(yè)版中低版本的。

監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流如圖1所示。圖1中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)接收MES系統(tǒng)下發(fā)生產(chǎn)計劃和鋼管的物料信息（如壁厚、材質、規(guī)格、打壓時間、最小打壓壓力和最大打壓壓力等信息）。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將采集到設備的信息處理后反饋給MES系統(tǒng)，以方便管理和工藝人員查看、質量判定、質量疑義處理等工作。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將水壓最大值、最小值、保壓時間等工藝參數(shù)下發(fā)到水壓機，水壓機根據(jù)下發(fā)的工藝參數(shù)進行打壓工作，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實時監(jiān)控水壓機工作狀態(tài)和保存MES系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采樣頻率根據(jù)系統(tǒng)需要在250～1000 ms。

2 監(jiān)控系統(tǒng)主要功能設計

2.1 監(jiān)控主畫面

水壓機監(jiān)控系統(tǒng)主畫面如圖2所示。根據(jù)MES系統(tǒng)下發(fā)的物流信息，自動獲取管號、管徑等信息，在開始打壓時，彈出打壓曲線，保壓按鈕變?yōu)榧t色，實時繪制打壓曲線，并采集設備實時的壓力值和打壓時間等信息。等打壓時間和MES下發(fā)的時間相等時，打壓結束。核對管號與實物管號是否一致，不一致可以修改。主界面參數(shù)設置、液壓界面、報告查詢、已壓管查詢等均為跳轉功能頁面的按鈕。

2.2 水壓機參數(shù)設置

水壓機的參數(shù)分為工藝參數(shù)和設備參數(shù)。工藝參數(shù)為根據(jù)打壓的鋼管的物料信息相應設置的參數(shù)，而設備參數(shù)是水壓機設備在正常運行過程中需要設置的參數(shù)，與具體的鋼管信息無關。工藝參數(shù)主要在主畫面中設置，如表1所示。表1中，參數(shù)是MES系統(tǒng)直接發(fā)給監(jiān)控系統(tǒng)的，不需要修改，大大節(jié)省了工人的工作時間，節(jié)省了每次生產(chǎn)不同規(guī)格鋼管時手動輸入信息的時間，也降低了工人忘記修改參數(shù)或是改錯參數(shù)生產(chǎn)的風險。

2.3 查詢實驗報告

打壓的數(shù)據(jù)根據(jù)需要的格式保存到數(shù)據(jù)庫服務器中，點擊報告查詢，輸入管號信息，查詢出管號的打壓壓力等信息，并可以導出曲線信息，以備打印。

將每一根管子的打壓信息進行實時的保存，這樣就可以在全公司范圍內(nèi)使用，根據(jù)不同的人開不同的權限，分別擁有導出曲線和查詢等權限，如圖3所示。

3 采集程序后臺設計

3.1 主程序流程

根據(jù)用戶需要的采集頻率等因素，在采集服務器中處理這些數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)庫服務器。如圖4所示，程序在開始時先初始化觸發(fā)標記，然后等待觸發(fā)中斷，如果有幾個觸發(fā)標記同時觸發(fā)，則根據(jù)程序接受的觸發(fā)標志的先后保存這些中斷，將其排成隊列，掃描中斷信號的頻率要遠高于采集頻率，并在獨立的線程中實現(xiàn)。根據(jù)觸發(fā)點判斷需要處理的事件類型，水壓機在開始打壓時有打壓開始信號為上升沿，這個時候的數(shù)據(jù)才需要實時的采集到數(shù)據(jù)庫中，而在泄壓時觸發(fā)信號下降沿信號觸發(fā)，則不再將水壓機實時的數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)庫。

3.2 后臺采集系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)后臺采集系統(tǒng)模塊如圖5所示。圖5中，后臺采集模塊將水壓機的設備數(shù)據(jù)實時采集，并及時響應操作人員的操作指令。數(shù)據(jù)模塊主要是將采集到到的信息存儲到數(shù)據(jù)模塊中，為每一個數(shù)據(jù)點建立一個實例，包括數(shù)據(jù)名、中文名、數(shù)據(jù)值、數(shù)據(jù)狀態(tài)、數(shù)據(jù)類型、采集類型等信息，為系統(tǒng)的其他模塊提供數(shù)據(jù)。業(yè)務模塊為根據(jù)業(yè)務需要將采集數(shù)據(jù)分類處理，主要有數(shù)據(jù)保存和工藝、設備數(shù)據(jù)下發(fā)等功能，在數(shù)據(jù)保存中運用平均濾波等方法將硬件采集到的數(shù)據(jù)尖峰等干擾過濾掉，確保數(shù)據(jù)能反應真實的水壓機情況。采集模塊主要功能是實時采集數(shù)據(jù)和下發(fā)數(shù)據(jù)，并根據(jù)通訊狀況作出相應的處理，通知數(shù)據(jù)模塊采集狀態(tài)是否正常。采集模塊的一個重要的功能是確保服務器和現(xiàn)場數(shù)據(jù)終端網(wǎng)絡故障時，能讓現(xiàn)場的操作人員實時的發(fā)現(xiàn)并保修。監(jiān)控中斷模塊為告訴業(yè)務模塊有觸發(fā)事件，需要業(yè)務模塊根據(jù)相應的觸發(fā)點來進行業(yè)務邏輯的實時處理。數(shù)據(jù)庫操作模塊主要的功能是把業(yè)務模塊的操作，連接到數(shù)據(jù)庫中，方便業(yè)務模塊進行處理。

4 結 論

本系統(tǒng)采用新的架構模式，實現(xiàn)了水壓機的在線監(jiān)控和實時數(shù)據(jù)采集，改變了傳統(tǒng)的采集系統(tǒng)只能在wincc等組態(tài)軟件中實現(xiàn)、界面不夠友好、不能全公司實時監(jiān)控的缺點。系統(tǒng)界面根據(jù)風格、根據(jù)用戶建議、現(xiàn)場工人需求等因素，盡量做到簡潔、方便，使操作人員方便操作。系統(tǒng)在上線的1年中運行穩(wěn)定，采集數(shù)據(jù)準確，控制水壓機實現(xiàn)正常的操作功能。該系統(tǒng)運行良好，得到了客戶的好評，為客戶和設備監(jiān)理的質量管理、質量追溯提供了依據(jù)和便捷。

參考文獻：

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[5] 常青. 石油管加工生產(chǎn)線監(jiān)控管理系統(tǒng)軟件設計[D].太原理工大學，2006.

Abstract： According to the production requirements and business requirements of hydraulic press， this article monitoring system of traditional PLC- configuration software is upgraded to PLC- server-client mode， which increases the preservation and maintenance of process parameters. After verification， the system can achieve real-time monitoring within the scope of the company， querying print the historical data of steel pipe， changing the shortcomings of the traditional acquisition system that implemented in WinCC configuration software， whose interface is not friendly enough and cant monitor the whole company in real-time. For the production of the same specifications of steel pipe to choose the best process parameters provide the basis.

Keywords： hydraulic press； monitoring system； configuration software

（責任編輯：徐興華）