一种无缝钢管生产线实时监控系统技术方案

本发明专利技术公开一种无缝钢管生产线实时监控系统，包括依次通过网络连接的企业端、云平台和用户终端，企业端采用可配置的无缝钢管数据采集方法进行数据采集；云平台接收企业端发送的无缝钢管生产线的数据后，根据各用户终端的数据请求命令，通过网络向用户终端发送所需数据；并且云平台接收来自各用户终端的控制指令，根据用户终端和指令优先级，对指令综合优化后发送至无缝钢管生产线；用户终端安装有无缝钢管生产线远程实时监控模块，模块包含无缝钢管生产线3D虚拟孪生模型，无缝钢管生产线3D虚拟孪生模型包含静态模型和生产运行动态模型。本发明专利技术采用三维动态显示与交互技术，实时了解无缝钢管生产现场，从而提高生产管理效率和企业效益。和企业效益。和企业效益。

【技术实现步骤摘要】
一种无缝钢管生产线实时监控系统


[0001]本专利技术涉及钢管生产控制系统，具体地说，涉及一种无缝钢管生产线实时监控系统。

技术介绍

[0002]无缝钢管加工工艺复杂，至少涉及长尺坯锯切、环形炉、穿孔机、轧机、定减径机、冷床、管排锯切、矫直机、吹吸灰、探伤机、测长称重机、打包机等相关设备，通常各设备由不同厂家提供，各设备有其独立的PLC控制工作，并各设备的PLC与MES（生产执行系统）连接，由MES进行各设备之间的流程化控制，并实施获取相关生产信息等。一根长尺坯在经过各设备加工期间，物料运动路径多变，且又涉及一根长尺坯变为多根定尺坯，定尺坯经轧制为钢管后，钢管又锯切为多根钢管的工艺过程。
[0003]三维虚拟场景技术作为一项综合技术，涉及计算机图形学、工业设计、仿真技术、网络技术等多个学科技术，已在教育、培训、娱乐、军事等有广泛应用。
[0004]目前，流程工业实时监控系统一般采用二维可视化方式进行开发，不够直观、生动，而且无法通过互联网随时随地对生产实时地、全面地进行监控，从而无法及时调整生产策略，影响企业效益。近年来，随着智能制造和云技术的发展，采用三维虚拟仿真技术将生产情况实时呈现给生产组织者、管理者和决策者，从而提高生产管理效率和企业效益。

技术实现思路

[0005]为解决现有技术中的以上问题，本专利技术提供一种无缝钢管生产线实时监控系统，包括依次通过网络连接的企业端、云平台和用户终端，所述企业端采用可配置的无缝钢管数据采集方法为加热区、轧管区和精整区的各个数据采集点配置通讯协议，采用现场通讯总线通过通讯协议与远程I/O接口连接进行数据采集；所述云平台接收企业端发送的无缝钢管生产线的数据后，根据各用户终端的数据请求命令，通过网络向用户终端发送所需数据；并且云平台接收来自各用户终端的控制指令，根据用户终端和指令优先级，对指令综合优化后发送至无缝钢管生产线；所述用户终端安装有无缝钢管生产线远程实时监控模块，用于监控无缝钢管生产线运行情况，并发出控制指令，包含无缝钢管生产线3D虚拟孪生模型，无缝钢管生产线3D虚拟孪生模型包含静态模型和生产运行动态模型，所述静态模型是将无缝钢管生产线的各个设备的空间结构进行三维建模，再按照生产线空间布置建立而成，生产运行动态模型是对所述静态模型应用基础自动化系统、过程自动化系统和生产执行系统的实时生产数据实现无缝钢管轧件状态、设备运动状态与生产现场实时同步，其中，所述云平台将检测时间和无缝钢管生产线的数据对应存储；所述无缝钢管生产线远程实时监控模块上以行排列显示钢管检测结果为不合格的无缝钢管生产线的数据；
当选择其中的一行不合格钢管的无缝钢管生产线的数据时，在无缝钢管生产线远程实时监控模块上排列显示生产时间与该不合格钢管前后邻近的多个无缝钢管生产线的数据和被选择的不合格钢管的无缝钢管生产线的数据、以及与所显示的各钢管检测数据对应的无缝钢管轧件状态，其中，所述采用可配置的无缝钢管数据采集方法，包括将无缝钢管生产线按照工序划分为多个边缘节点，并在每个边缘节点下配置数据采集引擎和数据采集网关；在各边缘节点的数据采集引擎下关联生产设备，并将数据采集点关联到各生产设备下，数据采集点是无缝钢管生产中的控制、运行参数量；根据各边缘节点下对应的数据采集点，对数据采集网关进行划分网关并分别配置相应的通讯协议，通过与数据采集点的远程I/O 接口建立数据采集的通讯链路，实现数据采集，其中，针对不同工业场景数据采集网关采用不同的通讯协议，对于基础自动化控制系统，采用OPCUA通讯协议实现与不同PLC的多协议转换；对于检测仪表数据，采用TCP/IP数据库接口形式的通讯协议；对于生产过程控制系统，采用TCP/IP数据库接口形式的通讯协议；对于生产执行系统，通过基于ODBC接口形式的通讯协议。
[0006]可选地，所述企业端采用可配置的无缝钢管数据采集方法为加热区、轧管区和精整区的各个数据采集点配置通讯协议，采用现场通讯总线通过通讯协议与远程I/O接口连接进行数据采集，包括：从基础自动化系统实时采集时间序列数据，该时间序列数据是钢管生产设备实时运行数据和仪表检测数据，每个数值由采样时间戳和数值组成；从过程自动化系统采集每个钢管的生产工艺参数设定值，该生产工艺参数设定值是为了满足钢管尺寸、质量、性能要求而给钢管生产设备运行参数下达的目标值；从生产执行系统采集每个钢管生产计划单中各钢管的订单、来料和成品信息，至少包括订单的编号、质量要求，来料的管坯号、钢种、长度、直径，成品的长度、内径、外径、表面质量。
[0007]可选地，无缝钢管轧件状态同步中，根据从基础自动化系统采集的轧件头部和尾部位置信息，实时移动所述静态模型中轧件的位置，实现轧件位置状态的实时同步。
[0008]可选地，无缝钢管轧件状态与生产现场实时同步，是根据无缝钢管生产工艺和过程自动化系统的工艺设定数据，对钢管不同生产阶段的形状状态进行实时同步，包括：在穿孔机处将实心的管坯轧制成空心的毛管；在轧机处将厚壁的毛管轧制成荒管；在定减径机处消除荒管外径不一的缺陷制成的无缝钢管，根据从基础自动化系统采集的位于生产线各处的钢管温度检测仪表数据，以及不同温度下钢材温度颜色变化关系，对在无缝钢管生产过程中的钢管温度实时变化在所述静态模型中实时同步展示。
[0009]可选地，设备运动状态与生产现场实时同步，是根据从基础自动化系统采集的设备实时运行状态数据，结合设备生产时执行部件的运动特点，对所述静态模型中各设备运动进行实时同步。
[0010]可选地，在环形加热炉中，设备运动状态包含上料台架升降运动、装炉辊道旋转运动、装钢机升降和平移运动、出钢辊道旋转运动、出钢机升降和平移运动、出钢台架运动；在穿孔机中，设备运动状态包含热送辊道旋转运动、推钢机运动、穿孔机轧辊旋转
运动、主传动旋转运动、顶杆随设备的运动、横移车升降和平移运动；在轧管机中，设备运动状态包含机前辊道旋转运动、轧管机轧辊旋转运动、轧管机传动装置旋转运动、机后辊道旋转运动；在定减径机中，设备运动实时同步包含入口辊道旋转运动、除鳞装置喷射运动、轧辊旋转运动、传动装置旋转运动、出口辊道旋转运动、运输辊道旋转运动；在精整区域，设备运动实时同步包含冷床步进运动、下料臂回转运动、出料辊道旋转运动，矫直前横移链运动、矫直辊旋转运动，管排锯运输辊道旋转运动、对齐挡板升降运动、锯切旋转运动、出口定尺挡板平移和升降运动。
[0011]可选地，所述无缝钢管生产线远程实时监控模块还包括人机交互界面，所述人机交互界面包含用户登录、生产线总览和设备监控界面，以及界面中的人机互动功能，所述人机互动功能包含监控视角调整和生产控制指令交互。
[0012]可选地，所述无缝钢管生产线包括加热区、轧管区、精整区，所述加热区包含管坯切断、环形加热炉，所述轧管区包含穿孔机、轧管机、脱管机、定减径机，所述精整区包含冷床、管排锯、矫直机、探伤机。
[0013]可选地，所有采集的数据均以钢管的标识为关键值对应存储，并在使用时按照钢管的标识和相应提取数据进行读取后传输至云平台。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无缝钢管生产线实时监控系统，其特征在于，包括依次通过网络连接的企业端、云平台和用户终端，所述企业端采用可配置的无缝钢管数据采集方法为加热区、轧管区和精整区的各个数据采集点配置通讯协议，采用现场通讯总线通过通讯协议与远程I/O接口连接进行数据采集；所述云平台接收企业端发送的无缝钢管生产线的数据后，根据各用户终端的数据请求命令，通过网络向用户终端发送所需数据；并且云平台接收来自各用户终端的控制指令，根据用户终端和指令优先级，对指令综合优化后发送至无缝钢管生产线；所述用户终端安装有无缝钢管生产线远程实时监控模块，用于监控无缝钢管生产线运行情况，并发出控制指令，包含无缝钢管生产线3D虚拟孪生模型，无缝钢管生产线3D虚拟孪生模型包含静态模型和生产运行动态模型，所述静态模型是将无缝钢管生产线的各个设备的空间结构进行三维建模，再按照生产线空间布置建立而成，生产运行动态模型是对所述静态模型应用基础自动化系统、过程自动化系统和生产执行系统的实时生产数据实现无缝钢管轧件状态、设备运动状态与生产现场实时同步，其中，所述云平台将检测时间和无缝钢管生产线的数据对应存储；所述无缝钢管生产线远程实时监控模块上以行排列显示钢管检测结果为不合格的无缝钢管生产线的数据；当选择其中的一行不合格钢管的无缝钢管生产线的数据时，在无缝钢管生产线远程实时监控模块上排列显示生产时间与该不合格钢管前后邻近的多个无缝钢管生产线的数据和被选择的不合格钢管的无缝钢管生产线的数据、以及与所显示的各钢管检测数据对应的无缝钢管轧件状态，其中，所述采用可配置的无缝钢管数据采集方法，包括将无缝钢管生产线按照工序划分为多个边缘节点，并在每个边缘节点下配置数据采集引擎和数据采集网关；在各边缘节点的数据采集引擎下关联生产设备，并将数据采集点关联到各生产设备下，数据采集点是无缝钢管生产中的控制、运行参数量；根据各边缘节点下对应的数据采集点，对数据采集网关进行划分网关并分别配置相应的通讯协议，通过与数据采集点的远程I/O 接口建立数据采集的通讯链路，实现数据采集，其中，针对不同工业场景数据采集网关采用不同的通讯协议，对于基础自动化控制系统，采用OPCUA通讯协议实现与不同PLC的多协议转换；对于检测仪表数据，采用TCP/IP数据库接口形式的通讯协议；对于生产过程控制系统，采用TCP/IP数据库接口形式的通讯协议；对于生产执行系统，通过基于ODBC接口形式的通讯协议。2.根据权利要求1所述的无缝钢管生产线实时监控系统，其特征在于，所述企业端采用可配置的无缝钢管数据采集方法为加热区、轧管区和精整区的各个数据采集点配置通讯协议，采用现场通讯总线通过通讯协议与远程I/O接口连接进行数据采集，包括：从基础自动化系统实时采集时间序列数据，该时间序列数据是钢管生产设备实时运行数据和仪表检测数据，每个数值由采样时间戳和数值组成；从过程自动化系统采集每个钢管的生产工艺参数设定值，该生产工艺参数设定值是为了满足钢管尺寸、质量、性能要求而给钢管生产设备运行参数下达的目标值；从生产执行系统采集每个钢管生产计划单中各钢管的订单、来料和成品信息，至少包
括订单的编号、质量要求，来料的管坯号、钢种、长度、直径，成品的长度、内...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雪原，孙友昭，刘国栋，杨荃，陈嘉琪，李洪帆，刘任栋，李忠武，李艳楠，
申请(专利权)人：北京科技大学设计研究院有限公司海南龙祥原科技有限公司，
类型：发明
国别省市：