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石油管水压机监控管理系统的研究

范文

何斌贾渭娟

摘要：根据水压机生产要求及业务需求，将传统PLC-组态软件模式的现场监控系统[1-2]升级为PLC-服务器-客户端模式，增加了工艺参数保存及维护功能。经过验证，本系统可实现全公司范围内的实时监控、钢管的历史数据查询打印等功能，改变了传统的采集系统只能在WinCC等组态软件中实现、界面不够友好、不能全公司實时监控的缺点，为生产相同规格的钢管选择最优的工艺参数提供依据。

关键词：水压机；监控系统；组态软件

中图分类号： TP 273 文献标志码： A 文章编号： 1671-2153（2018）05-0101-04

0 引言

石油管生产线中的水压机是质量控制的核心工序，其性能的好坏直接影响对钢管性能的判断，甚至影响整条生产线的生产效率。本文列举了水压机监控系统的主流方式，即基于WINCC的组态画面，但其操作数据库、工艺参数保存优化等功能都不太稳定，系统的运行速度也相对较慢[3-4]；运用RS-232与单片机进行数据交互，但其只能在现场范围内使用，而对于其他工序和跨网段的客户端，其监控是做不到的[5]。本研究在MES系统的基础上，采用新的数据采集模式的C#开发界面，将系统的在线数据监测、工艺数据保存与优化、曲线记录、曲线调取与打印、工艺参数下发、水压机设备控制等功能一并集成到MES系统中，这样全公司范围内都可以实现监控和曲线调取和打印等功能。为更好的质量分析和钢管数据监控实现了便利，提高了工作效率。

1 监控管理系统的组成

本系统主要由接收MES系统下发的生产计划及物料信息模块、在线数据监测模块、工艺数据保存模块、曲线记录模块、曲线记录与调取模块、工艺参数下发模块、水压机设备控制模块等组成。

系统编程软件为C#语言；数据库为企业级关系型数据库Oracle 11G 25用户；框架为宝信软件研发的iPlat4C 5.1；操作系统软件为Windows 2012 中文简体标准版；服务器为企业版中低版本的。

监控系统的数据流如图1所示。图1中，数据采集系统接收MES系统下发生产计划和钢管的物料信息（如壁厚、材质、规格、打压时间、最小打压压力和最大打压压力等信息）。数据采集系统将采集到设备的信息处理后反馈给MES系统，以方便管理和工艺人员查看、质量判定、质量疑义处理等工作。数据采集系统将水压最大值、最小值、保压时间等工艺参数下发到水压机，水压机根据下发的工艺参数进行打压工作，数据采集系统实时监控水压机工作状态和保存MES系统需要的数据，数据采样频率根据系统需要在250～1000 ms。

2 监控系统主要功能设计

2.1 监控主画面

水压机监控系统主画面如图2所示。根据MES系统下发的物流信息，自动获取管号、管径等信息，在开始打压时，弹出打压曲线，保压按钮变为红色，实时绘制打压曲线，并采集设备实时的压力值和打压时间等信息。等打压时间和MES下发的时间相等时，打压结束。核对管号与实物管号是否一致，不一致可以修改。主界面参数设置、液压界面、报告查询、已压管查询等均为跳转功能页面的按钮。

2.2 水压机参数设置

水压机的参数分为工艺参数和设备参数。工艺参数为根据打压的钢管的物料信息相应设置的参数，而设备参数是水压机设备在正常运行过程中需要设置的参数，与具体的钢管信息无关。工艺参数主要在主画面中设置，如表1所示。表1中，参数是MES系统直接发给监控系统的，不需要修改，大大节省了工人的工作时间，节省了每次生产不同规格钢管时手动输入信息的时间，也降低了工人忘记修改参数或是改错参数生产的风险。

2.3 查询实验报告

打压的数据根据需要的格式保存到数据库服务器中，点击报告查询，输入管号信息，查询出管号的打压压力等信息，并可以导出曲线信息，以备打印。

将每一根管子的打压信息进行实时的保存，这样就可以在全公司范围内使用，根据不同的人开不同的权限，分别拥有导出曲线和查询等权限，如图3所示。

3 采集程序后台设计

3.1 主程序流程

根据用户需要的采集频率等因素，在采集服务器中处理这些数据，保存数据到数据库服务器。如图4所示，程序在开始时先初始化触发标记，然后等待触发中断，如果有几个触发标记同时触发，则根据程序接受的触发标志的先后保存这些中断，将其排成队列，扫描中断信号的频率要远高于采集频率，并在独立的线程中实现。根据触发点判断需要处理的事件类型，水压机在开始打压时有打压开始信号为上升沿，这个时候的数据才需要实时的采集到数据库中，而在泄压时触发信号下降沿信号触发，则不再将水压机实时的数据保存到数据库。

3.2 后台采集系统

监控系统后台采集系统模块如图5所示。图5中，后台采集模块将水压机的设备数据实时采集，并及时响应操作人员的操作指令。数据模块主要是将采集到到的信息存储到数据模块中，为每一个数据点建立一个实例，包括数据名、中文名、数据值、数据状态、数据类型、采集类型等信息，为系统的其他模块提供数据。业务模块为根据业务需要将采集数据分类处理，主要有数据保存和工艺、设备数据下发等功能，在数据保存中运用平均滤波等方法将硬件采集到的数据尖峰等干扰过滤掉，确保数据能反应真实的水压机情况。采集模块主要功能是实时采集数据和下发数据，并根据通讯状况作出相应的处理，通知数据模块采集状态是否正常。采集模块的一个重要的功能是确保服务器和现场数据终端网络故障时，能让现场的操作人员实时的发现并保修。监控中断模块为告诉业务模块有触发事件，需要业务模块根据相应的触发点来进行业务逻辑的实时处理。数据库操作模块主要的功能是把业务模块的操作，连接到数据库中，方便业务模块进行处理。

4 结论

本系统采用新的架构模式，实现了水压机的在线监控和实时数据采集，改变了传统的采集系统只能在wincc等组态软件中实现、界面不够友好、不能全公司实时监控的缺点。系统界面根据风格、根据用户建议、现场工人需求等因素，尽量做到简洁、方便，使操作人员方便操作。系统在上线的1年中运行稳定，采集数据准确，控制水压机实现正常的操作功能。该系统运行良好，得到了客户的好评，为客户和设备监理的质量管理、质量追溯提供了依据和便捷。

参考文献：

[1] 陈晖. 基于WinCC的300MN模锻水压机监控系统设计[J]. 微计算机信息，2007（1）：45-47.

[2] 舒招强. 锻造水压机监控系统及其转角补偿控制策略研究[D]. 中南大学，2013.

[3] 潘鑫.基于WinCC的300MN水压机监控系统设计[J].机械与电子，2006（10）：27-29.

[4] 刘江婷. WINCC在水压机监控系统中的应用[J]. 一重技术，2009（5）：39-41.

[5] 常青. 石油管加工生产线监控管理系统软件设计[D].太原理工大学，2006.

Abstract： According to the production requirements and business requirements of hydraulic press， this article monitoring system of traditional PLC- configuration software is upgraded to PLC- server-client mode， which increases the preservation and maintenance of process parameters. After verification， the system can achieve real-time monitoring within the scope of the company， querying print the historical data of steel pipe， changing the shortcomings of the traditional acquisition system that implemented in WinCC configuration software， whose interface is not friendly enough and cant monitor the whole company in real-time. For the production of the same specifications of steel pipe to choose the best process parameters provide the basis.

Keywords： hydraulic press； monitoring system； configuration software

（責任编辑：徐兴华）

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