引 言
　　制絲生產(chǎn)線是卷煙生產(chǎn)的第一道工序,，包括葉絲生產(chǎn)線和梗絲生產(chǎn)線，其目的是將復(fù)烤廠加工后的煙葉及煙梗分別進(jìn)行回潮,、加料,、切絲、烘絲,，然后將加工后的煙絲按照工藝要求進(jìn)行摻配,、加香，生產(chǎn)出適用于卷煙的成品煙絲,。制絲線控制系統(tǒng)的穩(wěn)定,、可靠運(yùn)行是保證煙絲質(zhì)量的關(guān)鍵。
　　上海高楊國際煙草有限公司的制絲線,，是20世紀(jì)90年代初從德國引進(jìn),，全線五套可編程控制器采用的是Siemens公司的S5——135U系列產(chǎn)品，各PLC配有一臺段監(jiān)控機(jī),，段監(jiān)控機(jī)的CP528處理器與PLC通信,，只能一對一的操作,。在控制系統(tǒng)改造中，以煙草行業(yè)要求的準(zhǔn)確配方,、均勻摻兌,、精確配料和質(zhì)量穩(wěn)定，提高信息化水平為目的,，從設(shè)計(jì)的可靠性,、先進(jìn)性、開放性,、可擴(kuò)展性,、網(wǎng)絡(luò)化出發(fā)，采用現(xiàn)場總線技術(shù)分布式控制和以太網(wǎng)相結(jié)合,，完成制絲線控制系統(tǒng)改造的設(shè)計(jì),、實(shí)施。

制絲線控制系統(tǒng)概述
　　在上海高楊國際煙草有限公司制絲線控制系統(tǒng)改造項(xiàng)目中按照分散控制,、集中管理,、數(shù)據(jù)共享的原則，采用了信息層,、控制層和設(shè)備層（傳感/執(zhí)行層）三級網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線控制和管理的管控一體化系統(tǒng)。
　　根據(jù)用戶要求將系統(tǒng)中的S5PLC升級為S7—400PLC,，使用現(xiàn)場總線控制方案,，選用ET200S分布式I/O，ET200S結(jié)構(gòu)緊湊,，模塊無間隙安裝,，擴(kuò)展和更換方便、直接,，可以熱插拔,。7.5kW以下除變頻器、軟起動(dòng)器控制以外的電動(dòng)機(jī)均采用DSle—x型高性能電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器控制,。將變頻器、電動(dòng)機(jī)起動(dòng)單元,、現(xiàn)場I/O水分儀,、流量計(jì)、電子秤聯(lián)入Profibus—DP網(wǎng),，通過網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)信息,，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、參數(shù)設(shè)定等數(shù)字信息交換及過程控制,。同時(shí)各PLC配以CP443—1以太網(wǎng)通信模塊,，連接到帶光纖口的Siemens OSM ITP62工業(yè)以太網(wǎng)交換機(jī),，掛入光纖環(huán)網(wǎng)，各PLC系統(tǒng)之間以及PLC與監(jiān)控機(jī)之間通過抗電磁干擾能力強(qiáng)的100M光纖環(huán)網(wǎng)連接,。監(jiān)控機(jī)的監(jiān)控軟件選用Intellution公司的iFIX3.5,。同時(shí)為了方便現(xiàn)場巡檢人員的巡視檢查，在葉片處理段,、梗處理段,、葉絲處理段放置四臺15in現(xiàn)場監(jiān)控站（MP370）。
　　由于選用的OSM集成基于Web管理（WBM）,，可通過IE瀏覽器觀察網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)交換機(jī)的狀態(tài),，根據(jù)登錄權(quán)限還可對之進(jìn)行相應(yīng)操作。這樣便于遠(yuǎn)程監(jiān)控控制系統(tǒng)通信狀態(tài),。
　　根據(jù)工藝要求,，電控系統(tǒng)改造全線劃分為五個(gè)工藝段、五組PLC：葉片處理段ZS1,、葉絲處理段ZS3,、煙梗處理段ZS5、梗絲處理段ZS6,、風(fēng)力喂絲段ZS4,。
　　制絲線主工藝流程如圖1所示。 　　
　　制絲線控制系統(tǒng)從上到下分為數(shù)據(jù)管理層,、集中監(jiān)控層,、設(shè)備控制層，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示,。 圖2 上海高楊國際煙草有限公司制絲線控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
1 數(shù)據(jù)信息管理層
　　硬件組成：由上位管理計(jì)算機(jī),、打印機(jī)、交換機(jī)等組成,。
　　軟件平臺： 微軟SQLServer2000數(shù)據(jù)庫,、Visual Basic開發(fā)軟件和iFIX iClient。
　　信息交換網(wǎng)絡(luò)：TCP/IP以太網(wǎng),。
　　功能：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)任務(wù)的調(diào)度下發(fā),；現(xiàn)場生產(chǎn)情況的監(jiān)測；報(bào)表的統(tǒng)計(jì),、保存,、查詢、打??；儲(chǔ)柜儲(chǔ)存物料的信息查詢；PLC控制柜的狀態(tài)監(jiān)測；關(guān)鍵工藝參數(shù)的歷史變化趨勢圖等,。本層向上與廠管理系統(tǒng)如SPC系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,，向廠領(lǐng)導(dǎo)和各職能部門發(fā)布生產(chǎn)數(shù)據(jù)，為廠里的決策提供依據(jù),；向下通過控制網(wǎng)絡(luò)與控制執(zhí)行層和設(shè)備層進(jìn)行數(shù)據(jù)通信,，對車間生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)控，以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理,。

2 集中監(jiān)控層
　　硬件組成：采用分布式,、客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)，由兩臺冗余的iFIX SCADA服務(wù)器,，一臺iFIX SCADA的本地iClient客戶端,，構(gòu)成集中監(jiān)控系統(tǒng)。分別對制絲葉線,、梗線監(jiān)控,。
　　軟件平臺：iFIX SCADA/iClient監(jiān)控組態(tài)軟件。
　　信息交換網(wǎng)絡(luò)：光纖環(huán)行工業(yè)以太網(wǎng),、TCP/IP以太網(wǎng),。
　　功能：接收生產(chǎn)管理上位管理機(jī)發(fā)出的任務(wù)（批次與配方參數(shù)），發(fā)送至設(shè)備控制層各相應(yīng)生產(chǎn)段的PLC,，集中指揮控制生產(chǎn)線的運(yùn)行,，同時(shí)將生產(chǎn)線設(shè)備的運(yùn)行情況、實(shí)時(shí)工藝,、批次統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)上傳生產(chǎn)管理上位管理機(jī),。

3 設(shè)備控制層
　　硬件組成：包括PLC控制柜組、現(xiàn)場分布I/O箱,、現(xiàn)場監(jiān)控站,、現(xiàn)場執(zhí)行機(jī)構(gòu)和傳感器檢測機(jī)構(gòu)。
　　軟件平臺：STEP7 V5.3編程軟件和WinCC Flexible組態(tài)軟件,。
　　信息交換網(wǎng)絡(luò)：現(xiàn)場總線ProfiBus—DP,、光纖環(huán)行工業(yè)以太網(wǎng)。
　　功能：實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線開關(guān)量,、模擬量控制操作,，設(shè)備運(yùn)行狀況和生產(chǎn)線工藝數(shù)據(jù)采集、顯示,，參數(shù)設(shè)置,、設(shè)備故障顯示等。

4 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能和特點(diǎn)
　?。?）管理功能 監(jiān)控機(jī)有系統(tǒng)管理、安全權(quán)限管理,、配方管理,、工藝參數(shù)管理等功能,。操作人員或系統(tǒng)管理人員進(jìn)入iFIX實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)必須先登錄，通過不同用戶身份的安全級別進(jìn)行權(quán)限控制,，從而保證系統(tǒng)的安全,、正常操作，防止越權(quán)操作,。
　?。?）批次任務(wù)、工藝參數(shù)管理功能 由于煙絲不同配方對工藝參數(shù)有著不同的要求,，所以可在監(jiān)控機(jī)本地修改配方參數(shù)和工藝參數(shù),。
　　（3）全線集中監(jiān)控功能 監(jiān)控機(jī)圖形界面完全按照生產(chǎn)線工藝流程布置,，具有生產(chǎn)線設(shè)備關(guān)鍵單機(jī),、分片或全局工藝流程運(yùn)行狀態(tài)顯示、工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)的實(shí)時(shí)顯示,；重要參數(shù)的設(shè)定值,、實(shí)際值實(shí)時(shí)顯示，以便分析和追蹤產(chǎn)品的質(zhì)量,；在任一臺監(jiān)控機(jī)上可對制絲線上所有工藝段進(jìn)行控制操作,，這種一對多的模式，使操作更靈活,、方便,。
　　（4）生產(chǎn)控制功能,、PID功能手動(dòng),、自動(dòng)控制方式轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線各工藝段設(shè)備的單個(gè)運(yùn)行和生產(chǎn)運(yùn)行控制,，提供儲(chǔ)柜進(jìn)/出料選擇,、加料（香）罐選擇，單機(jī)設(shè)備控制（主要單機(jī)設(shè)備控制如煙片回潮機(jī),、加料機(jī),、烘絲機(jī)等需單獨(dú)預(yù)熱的起動(dòng)、停止）,；實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程中各主要工藝參數(shù)的精確控制,。
　　對需要調(diào)節(jié)的潤葉筒溫度、增溫增濕機(jī)壓力,、加香流量等均進(jìn)行PID調(diào)節(jié),，并且回路參數(shù)可實(shí)時(shí)修正。
　　其中，摻配加香控制精度是用戶日常的考核指標(biāo),，直接關(guān)系到成品煙絲的質(zhì)量,。根據(jù)實(shí)際的葉絲流量，與配方參數(shù)里設(shè)定摻配的輔料比例,，分別控制梗絲,、薄片、膨絲等電子秤的流量,，再根據(jù)所有煙絲的實(shí)時(shí)流量之和及配方參數(shù)里預(yù)定的香料配比量,，計(jì)算出設(shè)定加香流量，經(jīng)PID回路運(yùn)算后,，控制加香泵變頻器的速度來調(diào)節(jié)加香量,，達(dá)到要求的香料配比量。由于電子秤及加香流量計(jì)上Profibus—DP網(wǎng),，進(jìn)行數(shù)字信息交換,，相比改造前的模擬量輸入、模擬量輸出模式,，采集信息更準(zhǔn)確,，控制精度有明顯提高。現(xiàn)以一班五批次計(jì)算,，加香比例控制精度小于0.4％,，高于用戶的要求。
　?。?）生產(chǎn)報(bào)表,、統(tǒng)計(jì)功能 每一批任務(wù)完成自動(dòng)形成生產(chǎn)報(bào)表，包括任務(wù)批次號,、使用的配方參數(shù),、開始和結(jié)束時(shí)間，重要工藝指標(biāo)的最大,、最小,、平均值及標(biāo)準(zhǔn)偏差等統(tǒng)計(jì)參數(shù)。便于評價(jià)產(chǎn)品質(zhì)量,。
　　對于過程中的累計(jì)量,，如加香總量、葉絲,、膨絲等摻配總量既有每個(gè)批次結(jié)束自動(dòng)清零,，也有“復(fù)位總量”功能鍵隨時(shí)清零（便于調(diào)試時(shí)使用）。最明顯的是,，由于全線九臺電子秤通過EM277上Profibus—DP網(wǎng),，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)清零,，不像改造前每批任務(wù)結(jié)束需要操作工在電子秤控制柜本地復(fù)位總量，尤其當(dāng)同牌號換批時(shí),，容易造成累計(jì)量不準(zhǔn)確,。新控制系統(tǒng)的使用既減輕了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度,，又達(dá)到準(zhǔn)確計(jì)量的目的,。
　　（6）在線診斷和報(bào)警功能 系統(tǒng)具有分段起動(dòng)允許條件查詢功能,、單機(jī)設(shè)備輔助功能起動(dòng)允許條件查詢功能,，控制網(wǎng)絡(luò)和總線故障診斷。
　　各工藝段均有完善的故障報(bào)警功能,，可對報(bào)警進(jìn)行確認(rèn)和復(fù)位,，并通過不同顏色區(qū)分報(bào)警的狀態(tài)，是已正常,，還是仍故障,。
　　（7）遠(yuǎn)程復(fù)位電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器功能 各工藝段在監(jiān)控機(jī)畫面上都有“復(fù)位饋電器”功能鍵,，當(dāng)有電動(dòng)機(jī)過載,，可進(jìn)行遠(yuǎn)程復(fù)位；由于使用控制和檢測診斷功能更加豐富的高性能電動(dòng)機(jī)起動(dòng)器,，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行信號的判斷通過檢測是否有連續(xù)的電流來實(shí)現(xiàn),，而不是僅僅檢測接觸器是否吸合，使判斷結(jié)果更為可靠,；可以在線監(jiān)視電動(dòng)機(jī)電流,，便于了解電動(dòng)機(jī)狀況。
　?。?）上位機(jī)與PLC時(shí)間同步功能 由于有任務(wù)管理,，每批任務(wù)完成都有生產(chǎn)報(bào)告，而且制絲線工藝段較多,，每一段由一個(gè)PLC控制,，所以上位機(jī)與幾個(gè)PLC之間就需要時(shí)間同步。
　　考慮到煙廠生產(chǎn)特點(diǎn),，采用功能鍵形式實(shí)現(xiàn)時(shí)間同步：在上位機(jī)作一功能鍵用于PLC時(shí)間同步,，同時(shí)上位機(jī)將本機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間送入PLC的時(shí)間接收地址（年、月,、日,、時(shí)、分,、秒,，年份只取后兩位）,。PLC判斷時(shí)間同步位狀態(tài)為1，則進(jìn)行時(shí)間格式轉(zhuǎn)換,，并調(diào)用SFC0設(shè)置PLC系統(tǒng)時(shí)鐘一次,，實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)時(shí)間同步。
　?。?）基于Web管理（WBM）,，遠(yuǎn)程監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)上各個(gè)交換機(jī)通信狀態(tài)，包括各個(gè)端口的通信情況,。

結(jié)束語
　　綜上所述,，升級改造后的上海高楊國際煙草有限公司制絲線控制系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件控制思想方面都有一定的先進(jìn)性。現(xiàn)場總線Profibus和以太網(wǎng)技術(shù)的使用,，既保證了系統(tǒng)運(yùn)行的安全可靠,，又實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享。改造前每臺段監(jiān)控機(jī),，只能一一對應(yīng)監(jiān)控一個(gè)PLC,，現(xiàn)在每臺段監(jiān)控機(jī)都可以監(jiān)控全線五個(gè)PLC；現(xiàn)場四臺15in現(xiàn)場監(jiān)控站（MP370）,，全面實(shí)時(shí)顯示工藝流程運(yùn)行狀態(tài),、工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)，操作上的靈活,、方便是顯而易見的,。經(jīng)過生產(chǎn)證明：整套控制系統(tǒng)工作可靠，運(yùn)行狀態(tài)良好,，有完善的生產(chǎn)管理功能,。此次升級改造，改進(jìn)了原有的一些工藝和設(shè)計(jì)上不合理的部分,，且便于系統(tǒng)擴(kuò)展,，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)效益顯著，得到用戶的好評,。