一种生产柔性化控制系统的制作方法

专利检索2022-05-10  3



1.本发明涉及生产控制技术领域,特别是涉及一种生产柔性化控制系统。


背景技术:

2.传统的生产过程中对设备的操作是在plc中用t形图进行编程实现对设备的控制,编辑工艺需要有一定的编程知识的专业人员才能胜任,通常情况下生产车间里的操作人员又不懂编程,如果工艺需要修改需要找专业的电气工程师。plc中的工艺内容都是程序化语言,不便于审核,如果要qa审核的话,需要专业电气工程师将plc程序翻译为白话让qa审核,增加了工作难度。
3.plc中运行工艺,设备的打开/关闭时间等都不便于记录,工艺一旦开始运行就只能从第一步开始运行直到结束,中间缺少与用户的交互,比如配制罐清零,有可能重量显示为0,但是配制罐里还有药液。这种高风险点需要人工进行确认,不然会有风险。
4.plc中编辑的工艺如果要检查是否有问题,只能实际运行后才能发现是否有问题,没有模拟仿真功能,检查工艺是否有问题需要占用生产设备代价太大。
5.传统生产中配制罐的品名、规格、批号、状态是纸质的标识牌,换批号后需要人工去更换标识牌,人工可能因为疏忽而忘记更换标识牌。


技术实现要素:

6.本发明的目的在于克服现有技术的一项或多项不足,提供一种生产柔性化控制系统。
7.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种生产柔性化控制系统,包括:
8.本地计算机,所述本地计算机上安装有本地端软件,用于进行操作控制和/或状态查看;
9.远端计算机,与所述本地计算机通信连接,所述远端计算机上安装有远程端软件,用于进行监控、工艺编辑、任务发布、审计追踪查询和灭菌记录查询打印;
10.pac控制器,与所述本地计算机通信连接,用于进行底层io的控制以及数据采集;
11.电子标牌计算机,与所述本地计算机通信连接,用于显示配制罐信息;
12.服务器,与所述本地计算机通信连接,用于存储数据。
13.优选的,所述远程端软件包括:
14.任务发布模块,用于创建新任务,并为所述新任务添加对应的工艺;
15.工艺编辑模块,用于为每个工艺编辑对应的生产步骤,生成待批准的工艺;
16.工艺审核模块,用于对待批准的工艺进行审核。
17.优选的,为每个工艺编辑对应的生产步骤,包括:
18.通过管道图显示所有设备;
19.在管道图上点击对应的设备,弹出该设备的编辑界面;
20.在所述编辑界面中设置设备的操作参数和操作内容。
21.优选的,所述远程端软件还包括:
22.灭菌记录模块,用于在灭菌过程中周期性的记录灭菌温度,并在灭菌完成后生成pdf报表,以及对pdf报表进行电子签名;
23.审计追踪模块,用于对用户的操作记录进行记录,所述操作记录包括手动报警、自动报警、事件和用户登录中的一种或多种;
24.用户管理模块,用于对用户的权限进行管理。
25.优选的,对pdf报表进行电子签名的方式为:用户从服务器上申请签名证书,并在签名的时候将签名证书的加密信息写入pdf报表。
26.优选的,所述本地端软件包括:
27.工艺执行模块,用于执行任务下的工艺,若所述任务为同步类型,同时执行该任务下的工艺或按顺序执行该任务下的工艺,否则按顺序执行该任务下的工艺;
28.手动操作模块,用于进行手动控制操作;
29.报警时间记录模块,用于在生产系统报警时记录报警时间。
30.优选的,所述本地计算机包括:
31.主机,用于进行操作控制以及状态查看;
32.备机,用于对所述主机进行热备份,以及进行状态查看。
33.优选的,所述服务器上安装有实时历史数据库,所述实时历史数据库包括:
34.数据采集器模块,用于记录设备的状态,所述设备的状态包括阀门的开关状态、比例阀的开度、电机的开关及频率、温度、压力、电导、压力开关、罐子的重量中的一种或多种;
35.数据存储模块,用于进行数据存储;
36.数据查询服务模块,用于提供基于web的历史数据查询功能。
37.优选的,历史数据查询的方式为:通过浏览器访问所述数据查询服务模块,选择要查询的时间点或时间段,数据查询服务模块输出相应时间点和时间段的历史数据,以及输出所选时间段内的历史数据趋势图,所述历史数据趋势图中每个点的颜色各异。
38.优选的,数据采集器模块记录设备的状态的方式为:用kepserver从pac控制器读取设备数据,然后每隔预设时间从kepserver中读取数据并记录到系统中。
39.本发明的有益效果是:
40.(1)本发明中工艺编辑采用的是图形化的工艺编辑,编辑工艺时直接在界面上点击相应的设备就可以对该设备进行编辑并加入到工艺的任意步骤,操作简单、便捷,无需具备编程知识即可完成工艺编辑;
41.(2)本发明中,主机故障时,将所述备机切换为主机,原先的主机则自动切换为备机,提高了生成系统控制的可靠性;
42.(3)本发明中对灭菌记录进行电子签名,可以防止灭菌记录被篡改。
附图说明
43.图1是本发明生产柔性化控制系统的系统结构图;
44.图2是本发明生产柔性化控制系统的系统软件架构图;
45.图3是本发明生产柔性化控制系统的工艺执行流程图;
46.图4是本发明生产柔性化控制系统的历史数据记录流程图;
47.图5为新建任务并为任务添加工艺的一个示意图;
48.图6为注水过程的一个示意图;
49.图7为关闭阀门后的一个示意图。
具体实施方式
50.下面将结合实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
51.参阅图1

7,本实施例提供了一种生产柔性化控制系统:
52.如图1所示,一种生产柔性化控制系统,包括本地计算机、远端计算机、pac控制器、电子标牌计算机和服务器,所述本地计算机分别与远端计算机、pac控制器、电子标牌计算机和服务器通信连接。
53.所述本地计算机上安装有本地端软件,用于进行操作控制和/或状态查看。所述操作控制和状态查看是基于管道图来实现的。
54.所述管道图中的设备包括开关阀(用于控制开关阀的开/关)、比例阀(用于控制比例阀的开度,开度为0

100%,开度为0表示关闭比例阀,开度为100表示比例阀开到最大)、定频电机(用于控制定频电机的开/关)、变频电机(用于控制变频电机的开/关,以及设置变频电机的频率(0

50hz))和配制罐(用于设置配制罐的状态)等。
55.所述管道图可以显示阀门的状态(红色表示阀门已关闭,绿色表示已打开)、比例阀的开度值(用0

100的数字显示开度值)、定频电机的状态(红色表示已关闭、绿色表示已打开)、变频电机的状态(红色表示已关闭、绿色表示已打开,用数字显示变频电机的频率及转速)、温度、压力、重量(如配制罐的重量)和电导率(如注射水的电导率)。
56.在一些实施例中,所述本地计算机包括主机和备机,所述主机和备机都安装有本地端软件;所述主机用于进行操作控制以及状态查看;所述备机用于对所述主机进行热备份,以及进行状态查看。当主机故障时,将所述备机切换为主机,原先的主机则自动切换为备机,提高了生成系统控制的可靠性。
57.具体的,如图2所示,所述本地端软件包括工艺执行模块、手动操作模块、报警时间记录模块、写io指令模块和读io状态模块。
58.所述工艺执行模块用于执行任务下的工艺,若所述任务为同步类型,同时执行该任务下的工艺或按顺序执行该任务下的工艺(即,前一个工艺执行完成后才能执行后一个工艺),否则按顺序执行该任务下的工艺。一般的,工艺是以任务为载体,每个任务下有多个工艺,若所述任务为同步类型,既可以同时执行该任务下的工艺,又可以按顺序执行该任务下的工艺,否则按顺序执行该任务下的工艺,即第一个工艺执行完成后才能执行第二个工艺。本实施例中,多个工艺可以同时在后台运行,工艺是按顺序执行,第一步执行成功后再执行第二步,直到执行完成为止,执行过程中可以暂停,暂停后就保持当前状态不再继续执行,当用户继续执行后才继续从上次暂停的步骤开始执行。
59.所述手动操作模块用于进行手动控制操作。对于某些不便于在工艺里面实现的或者紧急情况,可以手动对阀门、电机进行打开/关闭,实现方式更快捷。
60.所述报警时间记录模块用于在生产系统报警时记录报警时间。
61.所述本地端软件还能进行写io指令和读io状态。具体的,写io指令为:要打开/关闭某个设备,先从数据库找到该设备对应plc的变量,然后用ads置plc变量,plc变量值改变后置硬件的输出信号实现相应设备的打开或关闭。读io状态为:设备的输出信号与plc中的对应变量绑定,输出信号改变则对应的plc变量值改变,上位机程序(本地端软件)读取plc对应的变量就可以得到设备的状态。
62.所述远端计算机上安装有远程端软件,用于进行监控、工艺编辑、任务发布、审计追踪查询和灭菌记录查询打印。
63.具体的,如图2所示,所述远程端软件包括任务发布模块、工艺编辑模块、工艺审核模块、灭菌记录模块、审计追踪模块和用户管理模块。
64.所述任务发布模块用于创建新任务,并为所述新任务添加对应的工艺。例如,车间班长选择生产日期,根据当天计划的批次、产品名称、规格、批号、批量新建任务,一个任务对应一个批次,任务新建完成后,再为任务添加对应产品的配制、灌装、清洗工艺。
65.所述工艺编辑模块用于为每个工艺编辑对应的生产步骤,生成待批准的工艺。工艺编辑的具体过程为:通过管道图显示所有设备;在管道图上点击对应的设备,弹出该设备的编辑界面;在所述编辑界面中设置设备的操作参数和操作内容。
66.本实施例中采用图形化的工艺编辑,编辑工艺时直接在管道图上点击相应的设备就可以对该设备进行编辑,如选择开/关或输入一个数值,即可将这些指令编辑到工艺中,操作简单,无需操作人员具备编程知识;此外,工艺编辑模块还能提供常用指令供用户选择使用,常用指令包括设备比较、延时、灭菌、用户确认、计数等。编辑工艺的时候可以模拟执行,选择工艺的某个步骤,系统主界面就会断开从pac控制器更新并恢复默认状态,然后将工艺模拟执行后的结果显示到管道图;工艺中的指令可以删除、修改。如果指令删除后,删除步骤后面的所有指令都向前移动一步。
67.所述工艺审核模块用于对待批准的工艺进行审核,审核通过后,所述工艺方可使用。
68.如图3所示,本实施例中工艺执行流程为:进行工艺编辑,并进行工艺审核;创建新任务,并进行任务发布,然后为任务添加工艺;最后执行工艺(必要时也可以手动操作),pac控制根据设定的工艺控制相应的io设备(如阀门、电机、泵等)。
69.所述灭菌记录模块用于在灭菌过程中周期性的记录灭菌温度,并在灭菌完成后生成pdf报表,以及对pdf报表进行电子签名,对灭菌记录进行电子签名可以防止灭菌记录被篡改,保证了灭菌记录的可靠性。例如,灭菌记录的过程为:先为罐子通蒸汽,选定需要灭菌的温度探头,所有温度都达到设定值后累计计时,直到累计时间达到灭菌时间后结束灭菌,灭菌过程中每隔30s记录一次温度并写入数据库。中途如果某个温度低于设定值则不计时,灭菌完成后由用户选择生成pdf报表再进行电子签名并存档。
70.对pdf报表进行电子签名的方式为:用户从服务器上申请签名证书,并在签名的时候将签名证书的加密信息写入pdf报表,通过校验pdf加密信息即可检查pdf是否有被篡改。
71.所述审计追踪模块用于对用户的操作记录进行记录,所述操作记录包括手动报警、自动报警、事件和用户登录中的一种或多种。一些实施例中,所述审计追踪模块,还用于对用户的操作记录进行查询,对操作记录进行查询时,通过选择记录类型、查询对象、开始
时间和结束时间即可获得查询时间范围内指定的记录类型和对象的所有记录。
72.所述用户管理模块用于对用户的权限进行管理。例如,用户权限分为管理员、车间级、qa和操作员,共四级;每级权限的操作内容有所不同,管理员可以进行系统参数的设定、修改人员的权限、增加用户;车间级可以进行工艺编辑、生产任务发布、工艺执行、手动操作;qa可以对工艺进行审核批准或者取消批准,工艺只有审核通过后才能使用,已审核通过的工艺不能再次编辑,如果要编辑需要qa取消批准;操作员可以进行手动操作、执行工艺、生产灭菌记录并打印。
73.所述pac控制器用于进行底层io的控制以及数据采集。具体的,所述底层的io控制包括数字量控制、模拟量控制和profibus总线控制;所述数据采集通常由相关传感器完成,如称重传感器、液位传感器、温度传感器和压力传感器等,传感器将采集到的数据传输给pac控制器。
74.所述电子标牌计算机用于显示配制罐信息,所述配制罐信息包括配制罐的品名、规格、批号、批量和状态。
75.所述服务器用于存储数据。所述服务器的数据库包括microsoft sql server和实时历史数据库。
76.所述实时历史数据库包括数据采集器模块、数据存储模块和数据查询服务模块。
77.所述数据采集器模块用于记录设备的状态,所述设备的状态包括阀门的开关状态、比例阀的开度、电机的开关及频率、温度、压力、电导、压力开关、罐子的重量中的一种或多种。具体的,如图4所示,数据采集器模块记录设备的状态的方式为:用kepserver从pac控制器读取设备数据,然后每隔预设时间(如每隔一秒记录一次)从kepserver中读取数据并记录到系统中。记录的历史数据可以用于分析生产中的遗漏,以提高生产效率;如果出现质量事故,也可以用于分析事故原因。
78.所述数据存储模块用于进行数据存储。
79.所述数据查询服务模块用于提供基于web的历史数据查询功能。具体的,历史数据查询的方式为:通过浏览器访问所述数据查询服务模块,选择要查询的时间点或时间段,数据查询服务模块输出相应时间点和时间段的历史数据,以及输出所选时间段内的历史数据趋势图,所述历史数据趋势图中每个点的颜色各异。本实施例中,历史数据的查询是通过浏览器的方式完成的,在局域网内都可以通过浏览器查看历史数据趋势图,不需要安装软件;历史数据库占用空间小,响应速度快,查询数据也只需要50毫秒就能返回查询结果。
80.系统数据模型位于服务器上,系统数据模型是将开关阀等实际的设备抽象化为计算机语言,便于对设备进行管理及控制。所述系统数据模型包括开关阀信息模型(如表1所示)、工艺信息模型(如表2所示)、任务信息模型(如表3所示)、审计追踪模型(如表4所示)、灭菌记录模型(如表5所示)和用户信息模型(如表6所示)。
81.表1开关阀信息模型
[0082][0083]
表2工艺信息模型
[0084][0085][0086]
表3任务信息模型
[0087]
名称taskinfomation
ꢀꢀꢀꢀꢀ
功能描述任务信息
ꢀꢀꢀꢀꢀ
序号字段名类型宽度约束空值备注1[index]int10pk 任务唯一标识2taskdatedatetime
ꢀꢀ
允许任务计划生产时间3taskidint
ꢀꢀ
允许序号4tasknamenvarchar255 允许任务名称5taskremarksnvarchar255 允许任务备注6taskstatusint
ꢀꢀ
允许任务状态7starttimedatetime
ꢀꢀ
允许任务开始时间8endtimedatetime
ꢀꢀ
允许任务结束时间9productinfoindexint fk允许任务信息id10syncrunnvarchar50 允许是否允许同步执行
[0088]
表4审计追踪模型
[0089][0090][0091]
表5灭菌记录模型
[0092][0093]
表6用户信息模型
[0094]
名称users
ꢀꢀꢀꢀꢀ
功能描述用户信息
ꢀꢀꢀꢀꢀ
序号字段名类型宽度约束空值备注1useridint pk 用户唯一id2usernamevarchar150 允许用户名3usertypevarchar100 允许用户权限4passwordvarchar100 允许密码5alterpasstdatetime
ꢀꢀ
允许修改密码时间6notenabledvarchar50 允许是否有效
[0095]
下面举例说明本发明的方案:编写一个工艺,实现浓配罐定容50kg,定容完成自动关闭阀门,固体过程如下:
[0096]
s1.打开远程端软件,车间级用户登录,进入工艺编辑,新建一个工艺“浓配定容”,编辑工艺,关闭罐底阀门,打开进注射水的相关阀门,当浓配罐重量≥50kg跳转到下一步,否则跳转到当前步骤,当重量≥50kg后关闭相关阀门,编辑完成后退出工艺编辑。工艺过程如表7所示。
[0097]
表7浓配定容工艺过程
[0098][0099]
s2.审核工艺,qa类型用户登录系统,找到“浓配定容”确认无误后审核通过。
[0100]
车间级用户登录,在任务执行中,选择日期2021/8/2,新建任务并为任务添加“浓配定容”工艺,如图5所示。
[0101]
操作员登录系统,在任务执行中,找到“浓配定容”工艺,开始执行,先打开对应阀门开始注水,注水过程如图6所示。
[0102]
当浓配罐重量达到50kg后关闭相关阀门,关闭后的界面如图7所示。
[0103]
工艺执行过程中每一步都会作为事件记录到数据库中,工艺编辑、工艺新建,用户登录/退出也会记录到数据库中,查询的时候选择开始时间、结束时间、查询类型进行查询,查询结果如表8所示。
[0104]
表8
[0105]
[0106]
[0107][0108]
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式,不应看作是对其他实施例的排除,而可用于各种其他组合、修改和环境,并能够在本文所述构想范围内,通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围,则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
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