Система и способ контроля параметров производства продукции из стекла
SYSTEM AND METHOD FOR PARAMETERS CONTROL OF GLASS PRODUCTS PRODUCTION

Изобретение относится к области управления технологическими процессами и может быть использовано для контроля и оптимизации производства продукции из стекла.
Одной из важнейших проблем, существующих в производстве стекольной продукции, является низкий уровень автоматизации. Технологические участки производственных линий состоят из оборудования разных производителей и поколений. АСУ ТП, программное обеспечение и интерфейсы, поставляемые производителями оборудования (в случаях, когда они есть), работают локально в рамках выполнения своей технологической задачи, не позволяя “видеть картину” по всей производственной цепочке и соответственно эффективно управлять всеми циклами операций учитывая взаимосвязь между ними.
Кроме того, для производственных предприятий актуальными вопросами являются: получение оперативной и достоверной информации об эффективности организации производственного процесса, о движении сырья, объеме потерь и брака, сведения сырьевого баланса.
Известны автоматизированные способы управления параметрами технологических процессов и системы, их реализующие (см., например, патенты RU №№: 2693785, МПК B01D53/14, G05D27/00, опубликован 04.07.2019 г.; 2508252, МПК C02F3/02, G05D27/00, опубликован 27.02.2014 г.; 2724772, МПК B01D3/42, G05D27/00, опубликован 25.06.2020 г.).
Известные способы позволяют решать задачи по управлению строго определенными специализированными технологическими процессами и их применение в других областях техники невозможно.
Известны способы производства продукции из стекла и системы для их реализации (см., например, патенты RU №№: 2338701, МПК C03B18/02, опубликован 20.11.2008 г., 2693068, МПК C03C17/22, B82Y30/00, опубликован 01.07.2019 г.), 2266259, МПК C03B5/235, C03B3/00, C03B5/04, опубликован 20.12.200 г.), обеспечивающие определенные режимы работы конкретных участков технологической линии.
Известные способы и системы позволяют получать продукцию с определенными предварительно заданными характеристиками, однако не обеспечивают контроля за соответствием этих характеристик и, не дают возможности автоматического изменения параметров работы линии в случаях отклонения от оптимума.
Известна автоматизированная система управления технологическим процессом стекловарения (http://www.nam-group.ru/realizovannie_proekti/10), обеспечивающая контроль:
расхода газа на каждой горелке,
давление и температуру газа на вводе,
разрежения отходящих газов перед трубой и перед шибером,
температуры стекломассы и газового пространства в различных точках,
работы двигателей вентиляторов и давление в воздуховодах,
расхода воды на охлаждение оборудования,
последовательности работы механизмов при переводе направления пламени.
Известная АСУ ТП стекловарения позволяет оперативно отображать технологические режимы и состояния оборудования, отсекать поступление газа и выдавать сигнал тревоги при срабатывании автоматики безопасности, регистрировать действия операторов, формировать выходную и отчетную документацию, создавать архивные базы данных.
Недостатком известной системы является отсутствие контроля за параметрами производства на других технологических участках и, как следствие, невозможность настройки оптимальных режимов всего производства.
Технические результаты заявляемого изобретения заключаются в обеспечении беспрерывного и бесперебойного сбора объективных данных со всех технологических участков производственной линии и оптимизации всего производственного процесса на основе их анализа.
Технические результаты достигаются за счет того, что система контроля параметров производства продукции из стекла включает по меньшей мере по одному, размещенному непосредственно на каждом технологическом участке производственной линии, блоку коммуникаций, датчики сбора базовых параметров и блок управления, размещенный вне производственной линии, при этом каждый из блоков коммуникаций, расположенный на определенном технологическом участке, соединен, с одной стороны, с датчиками сбора базовых параметров данного технологического участка с возможностью получения данных о параметрах, а, с другой стороны - с блоком управления, с возможностью передачи ему полученных данных и обратного приема командных данных.
Кроме того, блоки коммуникаций могут представлять собой серверы.
При этом в тексте данной заявки используемые термины имеют следующие значения:
- «сервер» - вычислительное устройство, выделенное из группы аналогичных устройств для выполнения какой-либо сервисной задачи без непосредственного участия человека, в качестве сервера возможно использование компьютера, рабочей станции, смартфона и т.п., при условии соответствия их технических параметров выполняемым задачам;
- блок коммуникаций – устройство или система, обеспечивающая прием, обработку и передачу данных между определенными элементами технологической линии (в том числе в обе стороны);
- блок управления – устройство или система, осуществляющая обработку и анализ данных, получаемых со всех участков технологической линии и выдающая в результате набор данных для дальнейшего исполнения.
Также технические результаты достигаются за счет того, что реализуемый с помощью заявляемой системы способ контроля параметров производства продукции из стекла включает следующую последовательную совокупность действий:
- детектирование датчиками сбора базовых параметров соответствующих параметров в режиме реального времени;
- передачу данных о параметрах от датчиков сбора базовых параметров в соответствующий блок коммуникаций;
- передачу данных о параметрах от каждого из блоков коммуникаций в блок управления. При этом дополнительно в каждом из блоков коммуникаций параллельно с передачей производится сохранение и накопление данных, полученных от датчиков сбора базовых параметров, в блоке управления данные, полученные с каждого из блоков коммуникаций, совместно обрабатываются, и, по результатам обработки, в блоке управления формируется набор командных данных, передаваемых затем в соответствующие блоки коммуникаций.
Заявляемое изобретения поясняется чертежом, на котором представлена принципиальная блок-схема работы системы контроля параметров производства продукции из стекла.
Система контроля параметров производства продукции из стекла содержит датчики 1 сбора базовых параметров, блоки 2 коммуникаций, элементами которых являются программируемый логический контроллер 3, микрокомпьютер 4, устройство 5 автономного питания и промышленный коммутатор 6, блок 7 управления.
Устройство заявляемого технического решения реализовано следующим образом.
Непосредственно на каждом из технологических участков (ТУ) производственной линии установлены блоки 2 коммуникаций (БК), содержащие:
- программируемый логический контроллер 3 (ПЛК) с базовым набором портов ввода-вывода (RS-232/422/485, аналоговые входы и выходы, дискретные входы и выходы) с возможностью их расширения дополнительными модулями,
- микрокомпьютер 4 для получения, первичной обработки и сохранения данных с датчиков с помощью интерфейсов ethernet (RJ45), а также с ПЛК,
- устройство 5 автономного питания,
- промышленный коммутатор 6 для организации внутренней сети блока и подключения к нему внешних устройств,
- датчики температуры воздуха для контроля температуры внутри блока и снаружи на технологическом участке производственной линии.
Каждый БК 2 соединен проводным способом через ПЛК 3 с датчиками 1 сбора базовых параметров, установленными на ТУ, а также через промышленный коммутатор 6 - с сетевой инфраструктурой предприятия по доступным линиям связи (проводная или беспроводная) и далее, через нее с блоком 7 управления, в качестве которого может быть использован сервер.
Система контроля параметров производства продукции из стекла работает следующим образом.
Для каждого технологического участка производственной линии: участок составного цеха, участок стекловарения, участок стеклоформования, участок инспекционного оборудования, участок учета готовой продукции, используется специализированный блок 2 коммуникации.
Первичные данные с датчиков 1 сбора базовых параметров, расположенных на каждом участке поступают на БК 2 соответствующего участка. При этом перечень базовых параметров для каждого участка определен в соответствии с проходящими на нем технологическими процессами, так при производстве полого стекла (бутылка, специзделия и т.п.):
- на участке составного цеха - вес сырья в разрезе ингридиентов по печам,
- на участке стекловарения - температура в печи и питателях, потребление газа и воздуха,
- на участке стеклоформования - вес изделий, скорость работы, количество отрезанных капель, количество капель, загруженных в секции (по секциям), количество сдутых изделий на выходе из стеклоформовочной машины (в разрезе секций), температура воздуха в ЛЕР по зонам,
- на участке инспекционного оборудования - количество изделий на каждой машине и количество отбракованных изделий в разрезе дефектов, количество дефектов на каждой машине, количество изделий на датчике,
- на участке учета готовой продукции – количество изделий и паллет в
разрезе статусов: упаковано, годная, брак, отгружено.
В случаях производства других видов стеклопродукции (листовое стекло, стеловолокно) контролируемые базовые параметры на определенных участках могут отличаться от вышеперечисленных в описании.
Конкретная конструкция датчиков 1 сбора базовых параметров в рамках данной заявки не рассматривается, в их качестве могут быть использованы известные устройства различной конструкции, позволяющие детектировать заданный параметр, в том числе и штатно установленные на оборудовании ТУ (в случаях их наличия).
Поступившие в БК 2 данные с датчиков обрабатываются микрокомпьютером 4, сохраняются в нем и, далее, передаются промышленным коммутатором 6 через сеть предприятия в блок 7 управления (БУ) отказоустойчивым способом (отправка в БУ 7 очередного пакета данных и ожидание подтверждения от БУ 7 о получении и сохранении пакета, установка метки у пакета как успешно переданного на БУ 7).
Использование специализированных блоков 2 коммуникации позволяет на новом технологическом уровне решать задачи сбора информации о производственных процессах, а именно:
- обеспечить беспрерывный и бесперебойный сбор данных независимо от технических проблем и временных сбоев в сетевой инфраструктуре предприятия (зависание коммутаторов, сбои на блоке 7 управления, порывы кабелей связи и пр.);
- обеспечить сбор данных с АСУ ТП, не имеющих собственных архивов с данными, когда данные генерируются в момент технологических операций и не записываются в базу данных ПО АСУ ТП (например, стеклоформующих машин, когда в памяти хранятся только счётчики с данными на текущий момент времени);
- снизить требования к надежности каналов связи на технологических участках производственной линии, за счет распределенного сбора данных по проводной связи и размещения БК 2 непосредственно на ТУ производственной линии;
- исключить потери данных из-за чьего-либо намеренного воздействия на сетевую инфраструктуру предприятия в определенные моменты времени, например, выходные/праздничные дни, ночное время и пр.
В блоке 7 управления данные, полученные с каждого из БК 2 комплексно обрабатываются (включая их анализ), обработанные данные сохраняются в СУБД и параллельно визуализируются для пользователя. На основании обработанных данных БУ 7 рассчитываются управляющие сигналы производственной линией, передаваемые обратно через БК 2 на исполнительные механизмы оборудования соответствующих ТУ.
Заявляемое техническое решение обеспечивает объективный контроль за работой всех участков линии по производству продукции из стекла в режиме реального времени и позволяет оперативно менять режимы производственных процессов, оптимизируя их по заданным параметрам.