自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)在熱處理過程監(jiān)控上的應用

胡順

中石化四機石油機械有限公司 湖北荊州 434024

1 序言

熱處理自動控制系統(tǒng)在當今石油機械的生產(chǎn)中應用已經(jīng)非常廣泛，但多數(shù)用于加熱爐溫度-時間曲線的實時記錄上，功能單一，人機交互界面差，而且熱處理現(xiàn)場工藝及生產(chǎn)管控的模式依然陳舊，自動化程度低，遠不能滿足當前質(zhì)量控制的要求。樊東黎教授級高工曾在熱處理技術(shù)研討會上對我國熱處理總體發(fā)展戰(zhàn)略作出概括，指出熱處理生產(chǎn)技術(shù)改造的方向要“少無分散、少無人工”，強調(diào)了自動化生產(chǎn)和質(zhì)量的在線監(jiān)控以及消除人為因素影響的重要作用[1]；而蔣克全等也從數(shù)字化管控的角度做過類似的應用實踐[2]。

結(jié)合我公司多年的實際應用，總結(jié)出熱處理過程中存在的主要問題如下。

1）生產(chǎn)模式陳舊。生產(chǎn)管理人員要頻繁去生產(chǎn)班組核實才能掌握當前加熱爐動態(tài)，既不便于生產(chǎn)管理調(diào)度，模式陳舊，又效率低下。下面以我公司管理20臺加熱爐為例，每爐批平均耗時按8h計算，20臺加熱爐24h內(nèi)需去生產(chǎn)班組約60次，而生產(chǎn)班組距離生產(chǎn)技術(shù)辦公室的距離約100m，步行速度按1m/s計算，每天來回奔波在路程上耗費的時間為100s×2次×60臺＝200min。

2）出錯概率大。班組操作、生產(chǎn)管理、成本工時核算及檢驗等人員各自輸入和統(tǒng)計產(chǎn)品熱處理的相關(guān)信息，在輸入和傳遞信息時容易出錯、遺漏。據(jù)統(tǒng)計，我公司以往每月因上述人為因素造成的信息輸入出錯總次數(shù)約在27次。

3）生產(chǎn)過程實時監(jiān)控不便。雖然生產(chǎn)現(xiàn)場操作人員可以實時掌控生產(chǎn)動態(tài)，但生產(chǎn)管理人員、技術(shù)人員、檢驗員等不便實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)動態(tài)和工藝執(zhí)行的正確性。

4）記錄數(shù)據(jù)易丟失。生產(chǎn)班組計算機上的熱處理記錄，只能單獨保存在班組計算機上，但現(xiàn)場環(huán)境對計算機傷害較大，操作系統(tǒng)和控制軟件易出故障，熱處理記錄信息易丟失。據(jù)統(tǒng)計，我公司每半年生產(chǎn)班組主機可能出現(xiàn)1～2次異常，造成的數(shù)據(jù)丟失量最少在16爐批。

因此，針對以上問題，我們將質(zhì)量管理的要求與自動控制系統(tǒng)結(jié)合起來，構(gòu)建系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)，集成多終端監(jiān)控、多點位記錄、數(shù)據(jù)自動記錄及數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理等功能于一體，旨在加強熱處理過程中工藝執(zhí)行的監(jiān)控力度，同時提高工作效率。

2 自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

圖1所示為自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成配置，主要將作業(yè)現(xiàn)場、生產(chǎn)班組監(jiān)控室、控制系統(tǒng)機房及生產(chǎn)技術(shù)辦公區(qū)這四個區(qū)域聯(lián)合起來，使用工控機通過通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場的加熱爐、淬火池、上料臺、操作手等設(shè)施進行通信，并將數(shù)據(jù)保存在服務器的數(shù)據(jù)庫中。下級控制儀按照上級系統(tǒng)下達的指令，對各執(zhí)行機構(gòu)進行控制，同時在其上顯示動態(tài)，最終構(gòu)建成對生產(chǎn)工藝的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

圖1 自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成配置

生產(chǎn)班組監(jiān)控室正對作業(yè)現(xiàn)場，且與控制系統(tǒng)機房相鄰，作業(yè)現(xiàn)場、生產(chǎn)班組監(jiān)控室、控制系統(tǒng)機房三者之間使用可視玻璃隔開，便于隨時目視觀察，現(xiàn)場應用效果如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場應用效果

各部分主要組成如下。

（1）作業(yè)現(xiàn)場 主要包含加熱爐及監(jiān)控系統(tǒng)、淬火池及配套系統(tǒng)、上料臺、三軸聯(lián)動淬火機械手和現(xiàn)場數(shù)顯屏幕看板。

（2）生產(chǎn)班組監(jiān)控室 主要包含班組計算機終端、服務器、數(shù)據(jù)交換機和UPS電源。

（3）控制系統(tǒng)機房 主要放置加熱爐控制柜、備用圓盤記錄儀、異常報警系統(tǒng)等。

（4）生產(chǎn)技術(shù)辦公區(qū)域 配備計算機終端，與班組服務器、班組計算機終端的數(shù)據(jù)同步。

3 自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的工作方式及特點

自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)旨在對熱處理現(xiàn)場的生產(chǎn)動態(tài)、工藝執(zhí)行情況作出統(tǒng)一的管理和監(jiān)控，可以統(tǒng)計車間生產(chǎn)產(chǎn)量、電能消耗、員工工時等信息，同時監(jiān)控車間生產(chǎn)進度、產(chǎn)品檢測等信息，便于生產(chǎn)過程的質(zhì)量控制。

在作業(yè)現(xiàn)場區(qū)域，管理和監(jiān)控的信息主要包括爐內(nèi)裝載產(chǎn)品，加熱爐狀態(tài)是升溫還是保溫，爐溫是否已經(jīng)均勻，上料臺是否就位，淬火機械手是否存在異常，以及淬火冷卻介質(zhì)溫度、淬火池冷卻系統(tǒng)是否正常工作等。同時，現(xiàn)場數(shù)顯屏幕看板顯示當前爐溫、介質(zhì)溫度等工藝參數(shù)摘要信息，方便作業(yè)現(xiàn)場的人員查看。

在控制系統(tǒng)機房，加熱爐控制柜與現(xiàn)場隔離，避免現(xiàn)場環(huán)境影響控制元器件，備用的圓盤記錄儀在計算機出現(xiàn)故障時可以記錄熱處理溫度和時間，異常報警系統(tǒng)可在系統(tǒng)出現(xiàn)問題時，通過聲音和報警燈提示工作人員。

在生產(chǎn)班組監(jiān)控室，服務器儲存記錄作業(yè)現(xiàn)場所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品裝爐時間、出爐時間、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品材料、追溯號、硬度要求、保溫溫度、保溫時間、淬火轉(zhuǎn)移時間及淬火前后淬火冷卻介質(zhì)最高溫度等重要工藝參數(shù)，同時記錄控制系統(tǒng)機房的相關(guān)信息，如記錄工藝過程中報警動作的內(nèi)容，報警發(fā)生、確認、解除時間。服務器儲存的數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)交換機共享給班組計算機終端和生產(chǎn)技術(shù)辦工計算機終端。主機電源采用UPS不間斷電源和備用電池，在電源斷電后仍可短時間工作，可保護數(shù)據(jù)不會丟失。

在生產(chǎn)技術(shù)辦公區(qū)域，生產(chǎn)管理人員、技術(shù)人員等可以通過數(shù)據(jù)交換機共享的數(shù)據(jù)，實時監(jiān)控當前作業(yè)現(xiàn)場的生產(chǎn)動態(tài)，并檢查工藝參數(shù)執(zhí)行的正確性。同時避免其因他人員去作業(yè)現(xiàn)場檢查而干擾操作人員正常工作。

該自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要有以下特點。

（1）多終端監(jiān)控 在進行熱處理生產(chǎn)作業(yè)時可以實現(xiàn)多終端監(jiān)控，現(xiàn)場的工作人員可以通過現(xiàn)場數(shù)顯屏幕看板實時監(jiān)控，生產(chǎn)班組監(jiān)控室的工作人員可以通過班組計算機終端實時監(jiān)控，而辦公室的生產(chǎn)管理人員、技術(shù)人員可以在生產(chǎn)技術(shù)辦公計算機終端上實時監(jiān)控。

（2）多點位記錄 可以完成5個點位關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄，包括上料臺狀態(tài)數(shù)據(jù)、加熱爐及監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)、淬火池及配套系統(tǒng)數(shù)據(jù)、淬火機械手狀態(tài)數(shù)據(jù)以及加熱爐控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

（3）數(shù)據(jù)自動記錄 現(xiàn)場所有的數(shù)據(jù)都可以實現(xiàn)自動記錄和自動備份，全程無紙化，可最大程度地減少數(shù)據(jù)手工傳輸時出錯和丟失的概率。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理 生產(chǎn)過程中自動記錄的生產(chǎn)、工藝關(guān)鍵信息，可以導出為Excel格式的數(shù)據(jù)表單，十分方便完成產(chǎn)量、能耗、人員工時核算及設(shè)備運轉(zhuǎn)記錄等報表的統(tǒng)計與輸出。

4 應用效果對比

該自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建完成后，各方面得到優(yōu)化改善，其應用前后的效果對比見表1。

從表1可看出，自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應用后，效果顯著。管理人員每天生產(chǎn)路程耗時比應用前減少了97%，每月數(shù)據(jù)輸入出錯率減少了81.5%，半年記錄數(shù)據(jù)丟失量減少了100%，

表1 自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應用前后效果對比

1）生產(chǎn)模式優(yōu)化后，效率大幅提高。現(xiàn)在生產(chǎn)管理人員在辦公室聯(lián)網(wǎng)計算機終端上就可以查看當前加熱爐的動態(tài)，不需要頻繁去生產(chǎn)班組核實。聯(lián)網(wǎng)計算機終端距離僅3m，每天查看生產(chǎn)動態(tài)在路程上耗費的時間為3s×2次×60臺＝6min，相對于舊模式效率提高97%。

2）出錯概率大幅度減小。新的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應用后，僅班組操作人員在輸入信息時偶有出錯、遺漏，其他人員反倒經(jīng)常發(fā)現(xiàn)信息錯誤。據(jù)統(tǒng)計，每月信息輸入出錯總次數(shù)約在5次，相對于舊模式效率提高81.5%。

3）生產(chǎn)過程實時監(jiān)控極為方便。生產(chǎn)現(xiàn)場和生產(chǎn)班組監(jiān)控室的工作人員，辦公室的生產(chǎn)管理人員、技術(shù)人員都可以在各自崗位對生產(chǎn)過程實時監(jiān)控。

4）記錄數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象消除。公司新的自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運轉(zhuǎn)半年以來，網(wǎng)絡(luò)服務器工作穩(wěn)定，未出現(xiàn)系統(tǒng)異常和數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將作業(yè)現(xiàn)場、生產(chǎn)班組監(jiān)控室、控制系統(tǒng)機房及生產(chǎn)技術(shù)辦公區(qū)這4個區(qū)域聯(lián)接起來，按照質(zhì)量管理的要求，構(gòu)建生產(chǎn)過程中工藝監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。該自動控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)集多終端監(jiān)控、多點位記錄、數(shù)據(jù)自動記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計管理等特點于一體，有效地加強了過程監(jiān)控的力度，在保證生產(chǎn)過程質(zhì)量的同時，又大幅提高了工作效率。