摘要：热处理自动控制系统在当今石油机械的生产中应用已经非常广泛，但多数用于加热炉温度-时间曲线的实时记录上，热处理现场工艺及生产管控的模式依然陈旧，自动化程度低。在传统现场工艺及生产管控的基础上，将多终端监控、多点位记录、数据自动记录及数据统计管理等功能系统化应用在同一网络内，有效地加强了过程监控的力度，保证生产过程质量的同时大幅提高了工作效率。
关键词：热处理；自动控制系统网络；多终端监控；多点位记录；数据自动记录；过程监控
1序言
热处理自动控制系统在当今石油机械的生产中应用已经非常广泛，但多数用于加热炉温度-时间曲线的实时记录上，功能单一，人机交互界面差，而且热处理现场工艺及生产管控的模式依然陈旧，自动化程度低，远不能满足当前质量控制的要求。樊东黎教授级高工曾在热处理技术研讨会上对我国热处理总体发展战略作出概括，指出热处理生产技术改造的方向要“少无分散、少无人工”，强调了自动化生产和质量的在线监控以及消除人为因素影响的重要作用[1]；而蒋克全等也从数字化管控的角度做过类似的应用实践[2]。结合我公司多年的实际应用，总结出热处理过程中存在的主要问题如下。1）生产模式陈旧。生产管理人员要频繁去生产班组核实才能掌握当前加热炉动态，既不便于生产管理调度，模式陈旧，又效率低下。下面以我公司管理20台加热炉为例，每炉批平均耗时按8h计算，20台加热炉24h内需去生产班组约60次，而生产班组距离生产技术办公室的距离约100m，步行速度按1m/s计算，每天来回奔波在路程上耗费的时间为100s×2次×60台＝200min。2）出错概率大。班组操作、生产管理、成本工时核算及检验等人员各自输入和统计产品热处理的相关信息，在输入和传递信息时容易出错、遗漏。据统计，我公司以往每月因上述人为因素造成的信息输入出错总次数约在27次。3）生产过程实时监控不便。虽然生产现场操作人员可以实时掌控生产动态，但生产管理人员、技术人员、检验员等不便实时监控现场生产动态和工艺执行的正确性。4）记录数据易丢失。生产班组计算机上的热处理记录，只能单独保存在班组计算机上，但现场环境对计算机伤害较大，操作系统和控制软件易出故障，热处理记录信息易丢失。据统计，我公司每半年生产班组主机可能出现1～2次异常，造成的数据丢失量最少在16炉批。因此，针对以上问题，我们将质量管理的要求与自动控制系统结合起来，构建系统化的网络，集成多终端监控、多点位记录、数据自动记录及数据统计管理等功能于一体，旨在加强热处理过程中工艺执行的监控力度，同时提高工作效率。
2自动控制系统网络的构成
图1所示为自动控制系统网络的构成配置，主要将作业现场、生产班组监控室、控制系统机房及生产技术办公区这四个区域联合起来，使用工控机通过通信网络与现场的加热炉、淬火池、上料台、操作手等设施进行通信，并将数据保存在服务器的数据库中。下级控制仪按照上级系统下达的指令，对各执行机构进行控制，同时在其上显示动态，最终构建成对生产工艺的监控网络。生产班组监控室正对作业现场，且与控制系统机房相邻，作业现场、生产班组监控室、控制系统机房三者之间使用可视玻璃隔开，便于随时目视观察，现场应用效果如图2所示。各部分主要组成如下。（1）作业现场主要包含加热炉及监控系统、淬火池及配套系统、上料台、三轴联动淬火机械手和现场数显屏幕看板。（2）生产班组监控室主要包含班组计算机终端、服务器、数据交换机和UPS电源。（3）控制系统机房主要放置加热炉控制柜、备用圆盘记录仪、异常报警系统等。（4）生产技术办公区域配备计算机终端，与班组服务器、班组计算机终端的数据同步。
3自动控制系统网络的工作方式及特点
自动控制系统网络旨在对热处理现场的生产动态、工艺执行情况作出统一的管理和监控，可以统计车间生产产量、电能消耗、员工工时等信息，同时监控车间生产进度、产品检测等信息，便于生产过程的质量控制。在作业现场区域，管理和监控的信息主要包括炉内装载产品，加热炉状态是升温还是保温，炉温是否已经均匀，上料台是否就位，淬火机械手是否存在异常，以及淬火冷却介质温度、淬火池冷却系统是否正常工作等。同时，现场数显屏幕看板显示当前炉温、介质温度等工艺参数摘要信息，方便作业现场的人员查看。在控制系统机房，加热炉控制柜与现场隔离，避免现场环境影响控制元器件，备用的圆盘记录仪计算机出现故障时可以记录热处理温度和时间，异常报警系统可在系统出现问题时，通过声音和报警灯提示工作人员。在生产班组监控室，服务器储存记录作业现场所有关键数据，包括产品装炉时间、出炉时间、产品名称、产品材料、追溯号、硬度要求、保温温度、保温时间、淬火转移时间及淬火前后淬火冷却介质最高温度等重要工艺参数，同时记录控制系统机房的相关信息，如记录工艺过程中报警动作的内容，报警发生、确认、解除时间。服务器储存的数据通过数据交换机共享给班组计算机终端和生产技术办工计算机终端。主机电源采用UPS不间断电源和备用电池，在电源断电后仍可短时间工作，可保护数据不会丢失。在生产技术办公区域，生产管理人员、技术人员等可以通过数据交换机共享的数据，实时监控当前作业现场的生产动态，并检查工艺参数执行的正确性。同时避免其因他人员去作业现场检查而干扰操作人员正常工作。该自动控制系统网络主要有以下特点。（1）多终端监控在进行热处理生产作业时可以实现多终端监控，现场的工作人员可以通过现场数显屏幕看板实时监控，生产班组监控室的工作人员可以通过班组计算机终端实时监控，而办公室的生产管理人员、技术人员可以在生产技术办公计算机终端上实时监控。（2）多点位记录可以完成5个点位关键数据的记录，包括上料台状态数据、加热炉及监控系统数据、淬火池及配套系统数据、淬火机械手状态数据以及加热炉控制系统数据。（3）数据自动记录现场所有的数据都可以实现自动记录和自动备份，全程无纸化，可最大程度地减少数据手工传输时出错和丢失的概率。（4）数据统计管理生产过程中自动记录的生产、工艺关键信息，可以导出为Excel格式的数据表单，十分方便完成产量、能耗、人员工时核算及设备运转记录等报表的统计与输出。
4应用效果对比
该自动控制系统网络构建完成后，各方面得到优化改善，其应用前后的效果对比见表1。从表1可看出，自动控制系统网络应用后，效果显著。管理人员每天生产路程耗时比应用前减少了97%，每月数据输入出错率减少了81.5%，半年记录数据丢失量减少了100%，1）生产模式优化后，效率大幅提高。现在生产管理人员在办公室联网计算机终端上就可以查看当前加热炉的动态，不需要频繁去生产班组核实。联网计算机终端距离仅3m，每天查看生产动态在路程上耗费的时间为3s×2次×60台＝6min，相对于旧模式效率提高97%。2）出错概率大幅度减小。新的系统网络应用后，仅班组操作人员在输入信息时偶有出错、遗漏，其他人员反倒经常发现信息错误。据统计，每月信息输入出错总次数约在5次，相对于旧模式效率提高81.5%。3）生产过程实时监控极为方便。生产现场和生产班组监控室的工作人员，办公室的生产管理人员、技术人员都可以在各自岗位对生产过程实时监控。4）记录数据丢失现象消除。公司新的自动控制系统网络运转半年以来，网络服务器工作稳定，未出现系统异常和数据丢失现象。
5结束语
自动控制系统网络将作业现场、生产班组监控室、控制系统机房及生产技术办公区这4个区域联接起来，按照质量管理的要求，构建生产过程中工艺监控网络。该自动控制系统网络集多终端监控、多点位记录、数据自动记录、数据统计管理等特点于一体，有效地加强了过程监控的力度，在保证生产过程质量的同时，又大幅提高了工作效率。
参考文献：
[1]樊东黎.中国热处理的过去、现状和未来[J].热处理，2004（3）：1-11.
[2]蒋克全，洪锋，巢轩.热处理工厂数字化管控应用实践[J].金属加工（热加工），2016（S2）：20-25.
作者：胡顺 单位：中石化四机石油机械有限公司