10-智能工厂设计

镇海炼化公司年产20万吨醋酸乙烯项目智能工厂设计目录第1章智能工厂概述1第2章智能工厂介绍2第三章智能工厂的结构设计33.1设备层33.2控制层33.3管理43.4网络层53.4.1 ModBus协议设计7雨果瓦格纳团队1第一章智能工厂概述随着工业4.0概念的诞生和2025年中国制造业的推进，以智能制造为主导的第四次工业革命即将到来，智能工厂将成为未来工业系统的关键。智能工厂是以数字工厂为基础的(利用现代数字制造技术和计算机仿真技术来模拟、评估和优化整个生产过程)。利用物联网技术和监控技术强化信息管理功能，提高生产过程的可控性，减少生产线的人工干预，合理规划和调度。同时，它集成了自动控制和智能系统等新技术，打造高效、节能、绿色、环保、舒适的智能工厂。第二章智能工厂介绍智能工厂的设计是工厂的总体设计。过去，人和机器就像两个环环相扣的齿轮，驱动着工厂的运转。标准操作加速了人与机器之间的协调，就像人与机器之间的润滑剂一样。然而，标准操作程序现在被用来使工人客观化，逐渐将润滑剂转变成新的齿轮，添加到工厂的操作中，并最终取代人的角色，使操作标准化并使加工精确。随着科学技术的进步和生产的发展，工业自动化系统不仅包括各种自动调节系统、顺序控制逻辑系统、自动批量控制系统、联锁保护系统等。还可以对生产设备进行高级控制和优化。根据市场和生产状态反馈制定的生产计划和调度系统、生产管理系统和售后服务系统涉及产品生命周期的所有过程，为企业提供全面的解决方案。一般来说，工业企业的综合自动化系统由三个子系统组成：企业资源计划、制造执行系统和生产控制系统。其中，过程控制系统(如集散控制系统、现场总线系统、可编程控制器、工控机等)。)以整个生产过程为对象，对工业生产过程的信息和数据进行及时的检测和监控，代替人工对工业生产过程进行自动控制。制造执行系统通过控制所有工厂资源，包括材料、设备、人员、工艺说明和设施，提供一个相同的平台，并系统地集成质量控制、文件管理、生产调度等功能，来提高制造竞争力。通过制造执行系统，可以根据实时生产管理信息对生产进行调整和调度，并实时向企业资源计划系统提供关于资源利用和库存的准确信息。同时，生产目标和生产规格可以自动转换为过程设置，并反映在控制设备(如阀门和泵)的参数设置中。制造执行系统提供企业资源计划和过程控制之间的信息转换，是企业资源计划和过程控制之间的信息纽带。第三章智能工厂的结构设计为了实现智能工厂，本项目从设备层、控制层、管理层、网络层和企业层五个层次进行设计。其中，工业控制网络是智能工厂的核心基础，主要包括管理层、过程监控层和现场设备层。3.1设备层设备层包括化工厂的化学设备、诸如温度、压力和流速的传感器、用于各种材料信息的可视仪器、用于接收传感信号并通过计算输出控制信号的控制器、用于接收控制信号的操作装置，诸如阀门的致动器、计算机等。现场设备层网络与诸如发射器和致动器的现场设备连接，以收集现场数据并将控制数据发送到设备。其主要特点是对数据传输的及时性、系统的实时性、可靠性等要求较高。人们普遍认为基本各种控制回路和控制策略、集成各种控制集中管理的集散控制系统、安全仪表系统等。控制层配备各种辅助软件和射频识别技术，解决工厂中的实际问题，如数据处理和存储、图像显示、仪表控制、设备管理、安全报警、紧急停机等。控制层网络主要用于监控、优化、调度等方面的信息传输。其特点是信息传输具有一定的周期性和实时性，数据吞吐量相对较大。因此，要求网络具有相对较大的带宽。以前，它由专用网络(如令牌网络)组成。现在，该层网络主要由网段组成(如10M、10M以太网等)。)具有相对高的传输速率。对于具体的数据处理，可以使用系统监控软件“组态王”，通过设置界面参数，实时显示采集的数据信息，自动进行数字PID控制操作，并输出控制信号。对于大量的历史数据，我们可以将其存储在SQL数据库中进行全面管理。加密有价值的生产数据大大提高了工厂数据的合规性和安全性。当需要数据时，可以通过检索快速搜索相关数据，作为未来进一步大数据分析、生产潜力挖掘和产业升级设计的基石。3.3管理建立或外包工业云平台或建立自己的内部网络。人事管理，活动安排，日程计划，未来计划。管理网络主要用于传输企业的计划、销售、库存、财务、人事和管理等信息。其特点是数据报通常较长，吞吐量较大，数据通信的发起是随机和不规则的，因此网络必须有较大的带宽。管理网络主要由快速以太网(100米、1G、10G等)组成。)。其中，云平台包括：大方等工业云服务平台解决工厂数据存储、图像显示、设备管理、事件预警等实际需求。工厂可以将设备数据上传到云平台存储，当上传的数据异常时，云平台会向管理人员发出警告。此外，该平台可以“订阅”一些设备的信息，并且该平台会定期将信息打包给客户。产品生命周期管理(PLM)管理工厂的整个生命周期(包括：投入期、建设期、运营期、大修期和停工期)。降低成本和增加利润的目标是通过最小化投入期的研发成本和最大化工厂从建设期到停工期的利润来实现的。图1 PLM原理图供应链管理是供应链管理。供应链管理主要通过信息手段来计划、安排、分配、控制和利用供应各个环节中的各种材料、资金、信息和其他资源，形成用户、零售商、分销商和采购供应商所有供应过程的功能完整性。3.4网络层随着“中国制造2025”国家战略的不断推进，越来越多的企业已经意识到车间网络的重要性。越来越多的人认识到，车间网络和企业网络是顺利实施“中国制造2025”战略的基础设施，特别是柔性生产和可变生产线的部署和实施，对工厂车间的无线联网提出了更高的要求。然而，无线网络产品给人的印象是，它们经常受到外部环境的干扰，变得不稳定，这容易导致数据包丢失和数据传输不稳定。另一方面，工厂车间的无线网络正面临着更大的挑战。不仅要克服人们对无线网络的认知问题，还要解决车间环境中无线现实中更多的实际问题。主要体现在以下几个方面：1.车间环境的复杂性工厂车间的环境极其复杂和恶劣，直接影响到无线的稳定性和可靠性。障碍阻挡，办公室的厚墙，仓库的高架子，移动导航架，stro有各种类型的无线终端，它们对无线网络体验有重大影响。漫游性能参差不齐，移动过程经常会丢失数据包和线路。仪器的密度很大，无线网络是在固定的时间和地点进行的。3.可变性的应用无线网络承载的应用是不同的。随着生产车间产品的升级，信息化应用软件也在升级。各种应用对网络的要求也不同。网络丢包对丢包很敏感，对应用造成明显的卡顿现象，丢包经常导致程序异常运行或退出。对工业控制网络的要求更加严格。控制信令的一个数据包丢失可能导致后续生产过程的混乱，中断正常的生产节奏和过程，造成严重的经济损失。然而，车间安全监控视频的数据传输需要高带宽、大并发的网络环境，需要从不同角度构建无线网络。4、车间可塑性随着“中国制造2025”国家战略的不断实施，对工厂车间的应用软件和信息应用程度提出了新的要求。车间内各种作业的塔设备、热交换器和无线终端都处于动态调整过程中，柔性生产在行业中经常被提及。这就要求无线网络具有动态调整的能力。无线网络不是静态的。今天是这样的环境，现在的情况，明天是另一个环境。5.无线安全由于无线网络的无线信号通过传输电磁波进行通信，因此它们的特征暴露在公众面前，给人的印象是无线网络天生不安全，容易受到黑客攻击，导致网络瘫痪。作为工厂智能联盟的基础，我们设计管理层和各分离车间通过网桥连接，并使用modbus协议作为信息传输站进行信息传输。管理层通过HTTP协议进入互联网，与物联网云平台建立连接。同时，管理层还与企业的其他组织建立了直接的信息联系渠道。图2系统组网示意图3.4.1 ModBus协议设计协议传输模式选择：有两种模式可供选择，ASCII和RTU。当有大量信息时，RTU模式具有节省信息量的优点。因为我们的信息量并不大，所以使用ASCII码更方便。项目协议选择ASCII模式协议内容起始位从属地址操作码数据、信息循环冗余校验终结者1个字符2个字符1个字符n个字符2个字符1个字符起始字符设置为55H，即0101 0101；相对结束字符是AAH，1010 1010。Modbus协议从机地址分配：参数地址参数描述0001H0100H塔楼0101H0200H容器、闪蒸罐等0201H0300H泵、压缩机0301H0400H热交换器0401H AAAAH地址冗余或其他设备Modbus功能代码：01H:操作命令；02H:查询命令。Modbus协议信息查询地址：参数地址参数描述01H工作状态(温度、压力等)02H入口阀和出口阀的阀门开度04H进料信息(流速、温度等。)08H出院信息循环冗余校验是数据通信领域最常用的错误校验码。其特征在于信息字段和校验字段的长度可以任意选择。主机命令信息：启动器55H药品不良反应01H煤矿管理局02H起始地址10H寄存器数量02HCRC高阶要计算的循环冗余校验值CRC低终结者AAH主机向从机0001h(塔1)发送查询命令，查询入口阀和出口阀的阀门开度信息。从机回复消息：启动器55H药品不良反应0001H煤矿管理局02H高字节数00H低位字节数04H进料阀开度高XXH进料阀开度低XXH排放阀开度高XXH排放阀开度低XXHCRC高阶要计算的循环冗余校验值CRC低终结者AAH0001h(1号塔)从机回复主机进出口阀门开度信息，字节数显示后面有4字节信息。3.5企业级1.企业资源规划。企业资源计划(ERP)是一种企业信息管理系统，主要针对制造业的物料资源、资金资源和信息资源的集成管理。ERP是以管理会计为核心的企业管理软件，能够提供跨地区、跨部门甚至跨公司的实时信息集成。集成了物质资源管理(物流)、人力资源管理(人力流动)、财务资源管理(财务流动)和信息资源管理(信息流)的企业管理软件。企业资源计划具有集成性、系统性、灵活性和实时控制的特点。ERP整合和配置系统的物资、人才、财务、信息等资源，实现企业资源的合理配置和利用。作为一种管理工具，ERP也体现了一种