胡順

中石化四機(jī)石油機(jī)械有限公司 湖北荊州 434024

1 序言

熱處理自動(dòng)控制系統(tǒng)在當(dāng)今石油機(jī)械的生產(chǎn)中應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但多數(shù)用于加熱爐溫度-時(shí)間曲線的實(shí)時(shí)記錄上，功能單一，人機(jī)交互界面差，而且熱處理現(xiàn)場(chǎng)工藝及生產(chǎn)管控的模式依然陳舊，自動(dòng)化程度低，遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前質(zhì)量控制的要求。樊東黎教授級(jí)高工曾在熱處理技術(shù)研討會(huì)上對(duì)我國(guó)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(wú)分散、少無(wú)人工”，強(qiáng)調(diào)了自動(dòng)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(guò)類似的應(yīng)用實(shí)踐[2]。

結(jié)合我公司多年的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)出熱處理過(guò)程中存在的主要問(wèn)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(shí)才能掌握當(dāng)前加熱爐動(dòng)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(tái)加熱爐為例，每爐批平均耗時(shí)按8h計(jì)算，20臺(tái)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(jì)算，每天來(lái)回奔波在路程上耗費(fèi)的時(shí)間為100s×2次×60臺(tái)＝200min。

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

3）生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控不便。雖然生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員可以實(shí)時(shí)掌控生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，但生產(chǎn)管理人員、技術(shù)人員、檢驗(yàn)員等不便實(shí)時(shí)監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)動(dòng)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(jì)算機(jī)上的熱處理記錄，只能單獨(dú)保存在班組計(jì)算機(jī)上，但現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)計(jì)算機(jī)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(jì)，我公司每半年生產(chǎn)班組主機(jī)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(duì)以上問(wèn)題，我們將質(zhì)量管理的要求與自動(dòng)控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，構(gòu)建系統(tǒng)化的網(wǎng)絡(luò)，集成多終端監(jiān)控、多點(diǎn)位記錄、數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理等功能于一體，旨在加強(qiáng)熱處理過(guò)程中工藝執(zhí)行的監(jiān)控力度，同時(shí)提高工作效率。

2 自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

圖1所示為自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成配置，主要將作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、生產(chǎn)班組監(jiān)控室、控制系統(tǒng)機(jī)房及生產(chǎn)技術(shù)辦公區(qū)這四個(gè)區(qū)域聯(lián)合起來(lái)，使用工控機(jī)通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)場(chǎng)的加熱爐、淬火池、上料臺(tái)、操作手等設(shè)施進(jìn)行通信，并將數(shù)據(jù)保存在服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫(kù)中。下級(jí)控制儀按照上級(jí)系統(tǒng)下達(dá)的指令，對(duì)各執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制，同時(shí)在其上顯示動(dòng)態(tài)，最終構(gòu)建成對(duì)生產(chǎn)工藝的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)。

圖1 自動(dòng)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(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，且與控制系統(tǒng)機(jī)房相鄰，作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、生產(chǎn)班組監(jiān)控室、控制系統(tǒng)機(jī)房三者之間使用可視玻璃隔開(kāi)，便于隨時(shí)目視觀察，現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果如圖2所示。

圖2 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用效果

各部分主要組成如下。

（1）作業(yè)現(xiàn)場(chǎng) 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(tái)、三軸聯(lián)動(dòng)淬火機(jī)械手和現(xiàn)場(chǎng)數(shù)顯屏幕看板。

（2）生產(chǎn)班組監(jiān)控室 主要包含班組計(jì)算機(jī)終端、服務(wù)器、數(shù)據(jù)交換機(jī)和UPS電源。

（3）控制系統(tǒng)機(jī)房 主要放置加熱爐控制柜、備用圓盤(pán)記錄儀、異常報(bào)警系統(tǒng)等。

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

3 自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的工作方式及特點(diǎn)

自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)旨在對(duì)熱處理現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)動(dòng)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(jì)車(chē)間生產(chǎn)產(chǎn)量、電能消耗、員工工時(shí)等信息，同時(shí)監(jiān)控車(chē)間生產(chǎn)進(jìn)度、產(chǎn)品檢測(cè)等信息，便于生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制。

在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(tái)是否就位，淬火機(jī)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(shí)，現(xiàn)場(chǎng)數(shù)顯屏幕看板顯示當(dāng)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(chǎng)的人員查看。

在控制系統(tǒng)機(jī)房，加熱爐控制柜與現(xiàn)場(chǎng)隔離，避免現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境影響控制元器件，備用的圓盤(pán)記錄儀在計(jì)算機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)可以記錄熱處理溫度和時(shí)間，異常報(bào)警系統(tǒng)可在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)聲音和報(bào)警燈提示工作人員。

在生產(chǎn)班組監(jiān)控室，服務(wù)器儲(chǔ)存記錄作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)所有關(guān)鍵數(shù)據(jù)，包括產(chǎn)品裝爐時(shí)間、出爐時(shí)間、產(chǎn)品名稱、產(chǎn)品材料、追溯號(hào)、硬度要求、保溫溫度、保溫時(shí)間、淬火轉(zhuǎn)移時(shí)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(shí)記錄控制系統(tǒng)機(jī)房的相關(guān)信息，如記錄工藝過(guò)程中報(bào)警動(dòng)作的內(nèi)容，報(bào)警發(fā)生、確認(rèn)、解除時(shí)間。服務(wù)器儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)交換機(jī)共享給班組計(jì)算機(jī)終端和生產(chǎn)技術(shù)辦工計(jì)算機(jī)終端。主機(jī)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(shí)間工作，可保護(hù)數(shù)據(jù)不會(huì)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(guò)數(shù)據(jù)交換機(jī)共享的數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控當(dāng)前作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)，并檢查工藝參數(shù)執(zhí)行的正確性。同時(shí)避免其因他人員去作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢查而干擾操作人員正常工作。

該自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)主要有以下特點(diǎn)。

（1）多終端監(jiān)控 在進(jìn)行熱處理生產(chǎn)作業(yè)時(shí)可以實(shí)現(xiàn)多終端監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)的工作人員可以通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)顯屏幕看板實(shí)時(shí)監(jiān)控，生產(chǎn)班組監(jiān)控室的工作人員可以通過(guò)班組計(jì)算機(jī)終端實(shí)時(shí)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(jì)算機(jī)終端上實(shí)時(shí)監(jiān)控。

（2）多點(diǎn)位記錄 可以完成5個(gè)點(diǎn)位關(guān)鍵數(shù)據(jù)的記錄，包括上料臺(tái)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(jī)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(dòng)記錄 現(xiàn)場(chǎng)所有的數(shù)據(jù)都可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)記錄和自動(dòng)備份，全程無(wú)紙化，可最大程度地減少數(shù)據(jù)手工傳輸時(shí)出錯(cuò)和丟失的概率。

（4）數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理 生產(chǎn)過(guò)程中自動(dòng)記錄的生產(chǎn)、工藝關(guān)鍵信息，可以導(dǎo)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(shí)核算及設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)記錄等報(bào)表的統(tǒng)計(jì)與輸出。

4 應(yīng)用效果對(duì)比

該自動(dòng)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(yīng)用前后的效果對(duì)比見(jiàn)表1。

從表1可看出，自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用后，效果顯著。管理人員每天生產(chǎn)路程耗時(shí)比應(yīng)用前減少了97%，每月數(shù)據(jù)輸入出錯(cuò)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(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用前后效果對(duì)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(jì)算機(jī)終端上就可以查看當(dāng)前加熱爐的動(dòng)態(tài)，不需要頻繁去生產(chǎn)班組核實(shí)。聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)終端距離僅3m，每天查看生產(chǎn)動(dòng)態(tài)在路程上耗費(fèi)的時(shí)間為3s×2次×60臺(tái)＝6min，相對(duì)于舊模式效率提高97%。

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

3）生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控極為方便。生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)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(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控。

4）記錄數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象消除。公司新的自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)半年以來(lái)，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)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(yǔ)

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