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