CN112465485A - 一种智能印染管理*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能印染***，属于工业互联网智能制造领域，包括了工业互联网的数据采集与分析，自动化控制下的工艺互联，信息化技术各个***之间信息互通等功能。提供了从管理平台到信息处理再到执行层面的一整套智能印染***的解决方案，相比传统的印染工业，对改善企业业务流程、提高企业核心竞争力具有显著作用，是印染工业化生产模式全新的信息化***，适用于不同规模、生产多种生产种类、延伸产业链的印染化工企业。

Description

一种智能印染管理***

技术领域

本发明涉及印染技术领域，具体来说，涉及一种智能印染管理***。

背景技术

印染行业是纺织工业产业链的中间环节，衔接着上游的纺织纤维和下游的纺织品、服装产业，在整个纺织工业中发挥着举足轻重的作用。但是，传统印染属于高污染、高耗能的行业，具备进入门槛低、行业集中度低的特征，造成了我国印染行业中低端产能普遍过剩，环境污染及能耗问题较为严重的局面。鉴于此，近年来，国家愈加重视生态环境保护，加强监管，也通过产业政策的制定和调控，继续引导和推动印染行业的健康有序发展，注重智能制造，提高装备的生产效率、性能功能以及自动化、数字化水平；加快绿色发展进程，制定“十三五”行业节能减排共性关键技术研发；加快企业技术改造，支持印染企业按照污染物排放等量或减量原则加快更新改造，提升纺织行业清洁生产和绿色制造水平等。

环保监管的趋严以及产业政策的调控，传统高污染、高排放、低集成化的印染企业面临着巨大的生存压力，改进工艺流程、技术创新、提高智能化信息化是唯一的出路，而我国的工业物联网应用仍处于启动阶段，尚无成熟的应用和技术来完美地支撑企业的智能制造需求。

有鉴于此，需要提出一种具体的***解决方案来解决印染化工企业发展的困境。

发明内容

本发明的目的在于提出一种智能印染管理***，以解决上述技术背景中提到的问题，帮助印染化工企业顺应产业升级的时代潮流，实现数据信息自动采集、处理和管理、过程管理及时化、生产工序可追溯和智能化的完整印染生产线，提高企业生产经营效率，减少生产成本的同时，提高了印染成品的生产品质。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种智能印染***，包括管理层、***层、网络层以及执行层，所述管理层与***层信号相连，所述***层与网络层信号相连，所述网络层与执行层相连。管理层、***层以及执行层都能直接通过网络层进行信息互通，传达数据或者是指令。

进一步地，所述管理层主要由以ERP***和PLM***为基础的软件构成，将企业的日常运营管理分为六大模块，订单管理模块、生产管理模块、供应管理模块、资产管理模块、财务管理模块、人员管理模块。数据在各模块之间高度共享，所有源数据，生产经营者只需在某一个***中输入一次，保证了数据的一致性。在和数据分享的同时，建立、管理了产品全生命周期的信息和应用的一系列应用解决方案，对设备和产品从创建到使用，到最终报废等全生命周期的产品数据信息进行管理，构建完整的兼顾实时性与可追溯性的数据体系。

进一步地，所述***层在管理层的框架下，包括SCADA***、WMS***和MES***，面向制造企业执行层，为企业提供包括数据采集、数据交互、计划排产、能源管理、工艺过程、质量管理、生产调度、设备管理、采购管理、仓库管理、监控中心、报表中心等管理模块。分为硬件和软件两个维度，包括监控计算机、远程终端单元(RTU)、可编程逻辑控制器(PLC)、通信基础设施和人机界面(HMI)，软件部分作为分***在管理层当中分开展示。

更进一步地，***优化了整个印染车间制造过程，提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出初步的决策，再与管理层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成，最终交由人工作出最终的决策。

进一步地，所述网络层指的是以拓扑-网状结构通讯的工业以太网PROFINET IRT，支持 TSN通讯标准，整个网络包括监控层、控制层两个层次，联通了数据采集平台、车间信息平台、仓库信息平台、产品管控平台。PLC与上位机之间通过以太网的形式进行数据的传输。 PLC与现场设备采用Profinet网络形式进行连接，网管型交换机组成环网之后与PLC相连。耦合器主要应用于网际间的信号交互，用于连接的两个相互独立的Profinet网络进行数据交换。而现场设备与交换机之间采用总线型+网型的混合拓扑结构，此时需要保证相邻设备间距离不能超过90米。Profinet网线使用专用网线，接头使用专用快速连接的金属接头，以保证网络通讯可靠、稳定。同时，周边设备通过非网管型交换机连接。所述网络层是建立在 IEEE802.3系列标准和TCP/IP上的分布式实时控制通讯网络，适用于数据量传输量大，传输速度要求较高的场合。它采用CSMA/CD协议，同时兼容TCP/IP协议。

进一步地，所述执行层以单机或单元设备为媒介，如工控机、PLC、单片机、数字终端、 CNC等，大致构建了三大组成部分，公共辅助***、生产***和物料***。公共辅助***又包括了环保(处理印染废水的过程中，环保设施运行的效果优化分析)、能源(能量管理***，提高***运行稳定性)和供水(优化分析各个生产工序上的用水量，检测管道与水位情况)；生产***包括了配方数据库(根据订单信息查询匹配建立的配方数据库，生产完成后再更新新产生的数据)、生产管控及实时数据显示***(通过传感器模组获得生产过程中的各项参数，边缘计算得出相应的结论，再由实时工业以太网上传到***层或者管理层)、检验数据库(检验随机抽查工序中的环境数据和生产数据，是否符合最佳工艺条件)；物料***包括仓库管理***(实时盘点、库位管理、立体仓储、无人物流)和出入管理***(企业内由AGV实时导航建模规划路径，运送物料，企业外由无人叉车卸载货运车辆内的物料，再通过AFID来识别分类物料，再输送到仓库中去，仓库管理实时更新)。

本发明的有益效果：本发明所述***实现了数据信息自动采集、处理和管理、过程管理及时化、生产工序可追溯和智能化的完整印染生产线，提高企业生产经营效率，减少生产成本的同时，提高了印染成品的生产品质。

附图说明

图1为本发明所述***的方框图；

图2为本发明所述***的关系示意图；

图3为本发明中管理层的模块示意图；

图4为本发明中***层的模块示意图；

图5为本发明中执行层的模块示意图。

图中：

1-管理层；2-***层；3-网络层；4-执行层；5-订单管控；6-生产管控；7-过程管控；8-信息互通。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参阅图1-5，本发明提供了一种智能印染***，包括由ERP***和PLM***构成的管理层1、由SCADA***、WMS***、MES***构成的***层2、以工业以太网技术为主要构成的网络层3以及涵盖了多种单机或单元设备的执行层4。所述管理层1与***层2信号相连，所述***层2与网络层3信号相连，所述网络层3与执行层4相连。同时，管理层1、***层2以及执行层4都能直接通过网络层2工业以太网进行信息互通8，传达数据或者是指令。

本发明的一种优选实施方式，所述的信息互通8在网络层3平台上，用实时的工业以太网PROFINET IRT，以多层交换机、多层路由器、网桥、网卡、中继器、集线器、双绞线等设备实现。管理层1和***层2通过信息互通8自动收集、分析、处理执行层4中由传感器模组采集的实时数据包括工艺数据：时间、水位、水速、pH值、温度、湿度、化学组分含量、气压，及设备工作状态数据：电信号、电流、电压、运行功率、运行频率、视觉信号。在此基础上，网络层3同样可以发送信号给执行层4，过程管控7，不需要人为地干预生产过程，通过发送指令，自动修改设备运行过程中的参数。同样地，管理者也可以通过生产管控6来从全局的范围上调整生产过程中的具体指标。而当印染企业获取心得订单后，企业经营管理者可以通过订单管控5下达安排生产的优先顺序、产能调节等操作选项。

本发明的一种优选实施方式，所述的管理层1，主要由以ERP***和PLM***为基础构成一个独特的生态***，可以满足不同客户的定制化需求，一般来说，将企业的日常运营管理分为六大模块，订单管理模块、生产管理模块、供应管理模块、资产管理模块、财务管理模块和人员管理模块，在此基础上仍然具备了可扩展性。数据在各模块之间高度共享，所有源数据，生产经营者只需在某一个***中输入一次，保证了数据的一致性。在和数据分享的同时，建立、管理了产品全生命周期的信息和应用的一系列应用解决方案，对设备和产品从创建到使用，到最终报废等全生命周期的产品数据信息进行管理，构建完整的兼顾实时性与可追溯性的数据体系，方便管理者从生产经营的更高维度来整合企业的资源，提高了印染企业的生产效率，降低了研制新产品所投入的时间和金钱。

本发明的一种优选实施方式，所述的***层2，所述***层2包括SCADA***即数据采集与监视控制***、WMS***即仓储管理***、MES***即制造企业生产过程执行管理***相融合的完善***。面向制造企业执行层，为印染企业提供针对行业痛点的解决方案。包括数据采集、数据交互、计划排产、能源管理、工艺过程、质量管理、生产调度、设备管理、采购管理、仓库管理、监控中心、报表中心等管理模块。分为硬件和软件两个维度，包括监控计算机、远程终端单元(RTU)、可编程逻辑控制器(PLC)、通信基础设施、人机界面(HMI)，软件部分作为分***在管理层当中分开展示。***优化了整个印染车间制造过程，提供实时收集生产过程中数据的功能，并作出初步的决策，再与管理层进行信息交互，通过企业的连续信息流来实现企业信息全集成，最终交由人工作出最终的决策。其中，监控计算机是较为重要的核心，收集过程数据并向现场连接的设备发送控制命令。其主站可能包含多台托管在客户端计算机上的HMI，多台服务器用于数据采集，分布式软件应用程序以及灾难恢复站点。为了提高***的完整性，多台服务器通常配置成双冗余或热备用形式，以便在服务器出现故障或故障的情况下提供持续的控制和监视。

本发明的一种优选实施方式，所述的网络层3以工业以太网技术为基础，进行了针对性、适应性方面的调整。同时结合印染工业生产所需的安全性和稳定性方面的要求，增加了相应的控制应用功能，提出了符合智能印染***的解决方案。所述的网络层3指的是以拓扑-网状结构通讯的工业以太网PROFINET IRT，支持TSN通讯标准，整个网络包括监控层、控制层两个层次，联通了数据采集平台、车间信息平台、仓库信息平台、产品管控平台。PLC与上位机之间通过以太网的形式进行数据的传输。PLC与现场设备采用Profinet网络形式进行连接，网管型交换机组成环网之后与PLC相连。耦合器主要应用于网际间的信号交互，用于连接的两个相互独立的Profinet网络进行数据交换。而现场设备与交换机之间采用总线型+网型的混合拓扑结构，此时需要保证相邻设备间距离不能超过90米。Profinet网线使用专用网线，接头使用专用快速连接的金属接头，以保证网络通讯可靠、稳定。同时，周边设备通过非网管型交换机连接。所述网络层是建立在IEEE802.3系列标准和TCP/IP上的分布式实时控制通讯网络，适用于数据量传输量大，传输速度要求较高的场合。它采用CSMA/CD协议，同时兼容TCP/IP协议。

本发明的一种优选实施方式，所述的执行层4以单机或单元设备为媒介，如工控机、PLC、单片机、数字终端、CNC等，大致构建了三大组成部分，公共辅助***、生产***和物料***。公共辅助***又包括了环保、能源、供水；生产***包括了配方数据库、生产管控及实时数据显示***、检验数据库；物料***包括仓库管理***和出入管理***。

所述环保模块，处理印染废水废气废液废料等污染物的同时，对环保设施设备运行效果进行优化分析，采用一个或一些最合适的参数，以最低的成本和最高的效率达到污染物排放的标准。

所述能源模块，指的是能量管理***，通过分析能量损耗的布局，来优化能源的分配，来提高***运行稳定性以及经济效益。

所述供水模块，是指优化分析各个生产工序上的用水量，对后续生产线的增加提供管路设计上的优化，提高管道的可维护性和使用寿命，并在一定程度上节约水资源，同时安装了传感器检测管道与水位情况，用来更方便的维护与修理。

所述配方数据库的建立，通过前人的经验和标准化的生产工艺建立，***根据订单的具体要求如颜色、布料等，来和配方数据库进行查找匹配，再进行试验，再根据结果补充数据库，再进行试验，再补充数据，最后得到符合订单要求的配方及多次更新后的配方数据库。

所述生产管控及实时数据显示***通过传感器模组，获得生产过程中的各项参数，边缘计算得出相应的结论，再由实时工业以太网上传到***层或者管理层。

所述检验数据库用来检验随机抽查工序中的环境数据和生产数据，是否符合最佳工艺条件，并建立数据档案，遇到问题可以追溯生产工序中的细节，同时不用去存储长时间维度下的海量数据。

所述仓库管理***具备实时盘点、库位管理、立体仓储、无人物流等功能。

所述出入管理***分两个维度，一是企业内由AGV实时导航建模规划路径，运送物料，二是企业间的货物运转，由无人叉车卸载货运车辆内的物料，再通过识别码来分类物料，再输送到仓库中去，仓库管理实时更新。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种智能印染管理***，其特征在于，所述***包括管理层、***层、网络层和执行层，所述管理层和***层之间信号互连，所述***层与网络层之间信号互连，所述网络层与执行层之间信号互连。

2.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述管理层包括ERP***和PLM***，建立在以集成与产品相关的人力资源、流程、应用***和信息基础上，以***化的管理思想企业决策及员工提供决策运行手段的管理平台。

3.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述***层包括SCADA***、WMS***和MES***。

4.根据权利要求1所述的***，其特征在于，所述执行层包括生产辅助***、生产***和物料***。

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