基于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的再造煙葉柔性制絲線的設(shè)計(jì)

　　摘 要 為克服再造煙葉與天然煙葉混合制絲給卷煙品質(zhì)帶來的不利影響和適應(yīng)當(dāng)前制絲生產(chǎn)新工藝的要求，通過設(shè)計(jì)三層工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，研究各層網(wǎng)絡(luò)通信的實(shí)現(xiàn)方法，建立了基于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的再造煙葉單獨(dú)柔性制絲線。結(jié)果顯示：基于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的再造煙葉柔性制絲線生產(chǎn)能力達(dá)到2000 kg/H，實(shí)現(xiàn)了再造煙葉單獨(dú)成絲后出口含水率12%-13%的控制目標(biāo)。因此，造紙法再造煙葉單獨(dú)柔性制絲線能夠克服其與天然煙葉混合加工的缺陷，更能發(fā)揮其在“降焦減害”中的作用。
　　關(guān)鍵詞 再造煙葉；柔性；工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)；可編程序控制器；通信
　　中圖分類號(hào)：TS4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2013）16-0052-02
　　再造煙葉是卷煙的主要原料之一，它具備有效提高煙葉原料綜合利用率、可針對(duì)卷煙工業(yè)企業(yè)的個(gè)性化、定制化以及功能性等需求進(jìn)行快速響應(yīng)、有利于卷煙產(chǎn)品降焦減害等特點(diǎn)。目前，卷煙工業(yè)企業(yè)基本采用的是將再造煙葉和天然煙葉混合加工的方式，在加工過程中易造碎，產(chǎn)生揚(yáng)塵，配方精度得不到保障，香味成分散失較大，給煙絲配方、卷煙品質(zhì)造成了多方面的不利影響。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)了基于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的再造煙葉單獨(dú)柔性制絲線，旨在為克服再造煙葉與天然煙葉混合制絲所帶來的缺陷，也為行業(yè)制絲生產(chǎn)“小批量、柔性化”的應(yīng)用方向提供參考。
　　1 系統(tǒng)架構(gòu)
　　典型的柔性制造系統(tǒng)一般由加工系統(tǒng)、物流系統(tǒng)以及控制與管理三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，要實(shí)現(xiàn)這些子系統(tǒng)之間的有機(jī)結(jié)合，它們之間的信息流是否順暢是決定性的因素，這其中，工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建與實(shí)現(xiàn)又是打造順暢信息流的關(guān)鍵技術(shù)。本文所述工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)特指西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)——SIMATIC NET，它遵循三級(jí)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，整條再造煙葉柔性制絲線的網(wǎng)絡(luò)通訊就是基于西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)而實(shí)現(xiàn)的。
　　1.1 再造煙葉柔性制絲線的工藝流程
　　再造煙葉柔性制絲線與傳統(tǒng)的加工方式的區(qū)別體現(xiàn)在以下兩方面。
　　1）單獨(dú)切絲。
　　2）柔性供給。柔性制絲線的工藝流程如圖1所示。
　　1.2 再造煙葉柔性制絲線的架構(gòu)
　　1.2.1 系統(tǒng)構(gòu)成
　　再造煙葉柔性制絲線由控制系統(tǒng)（設(shè)備層），監(jiān)控系統(tǒng)（監(jiān)控層）、管理系統(tǒng)（管理層）組成，分別對(duì)應(yīng)西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場(chǎng)級(jí)、車間級(jí)、企業(yè)級(jí)的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系。
　　其中，設(shè)備層控制系統(tǒng)由以下幾個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：①輔聯(lián)設(shè)備控制子系統(tǒng)；②除塵設(shè)備控制子系統(tǒng)；③切絲機(jī)控制子系統(tǒng)；④烘絲機(jī)控制子系統(tǒng)；⑤RFID子系統(tǒng)；⑥水分儀子系統(tǒng)；⑦電子皮帶稱子系統(tǒng)；⑧裝箱子系統(tǒng)。
　　監(jiān)控層監(jiān)控系統(tǒng)主要涵蓋了兩臺(tái)互為冗余的監(jiān)控上位機(jī)，負(fù)責(zé)監(jiān)控各子系統(tǒng)的工況以及中控操作等。
　　管理層管理系統(tǒng)主要是涵蓋了監(jiān)控層的WEB發(fā)布，生產(chǎn)數(shù)據(jù)的采集，產(chǎn)品信息的查詢與分析等。
　　1.2.2 控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
　　1）設(shè)備層的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信方式。為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)同步控制，且同時(shí)要保證系統(tǒng)具有較高的可靠性，設(shè)備層控制網(wǎng)絡(luò)采用Profibus-DP分布式控制結(jié)構(gòu)，Profibus-DP比工業(yè)以太網(wǎng)相比最顯著的優(yōu)點(diǎn)就是具有非常好的實(shí)時(shí)性，特別適用于現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制。
　　2）監(jiān)控層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信方式。監(jiān)控層監(jiān)控各子系統(tǒng)的工況，直接采集主控PLC、切絲機(jī)PLC以及裝箱子系統(tǒng)PLC的運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用工業(yè)以太網(wǎng)的通信方式。
　　3）管理層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與通信方式。管理層管理機(jī)以O(shè)PC方式從監(jiān)控層獲得生產(chǎn)數(shù)據(jù)，監(jiān)控層提供OPC服務(wù)器，管理機(jī)作為OPC客戶端，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫配置為SQL2000，管理軟件采用Delphi開發(fā)。
　　2 網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)現(xiàn)
　　2.1 設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)現(xiàn)
　　設(shè)備層控制系統(tǒng)控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)采用主控制柜+I/O分布式控制方式，通過STEP7軟件進(jìn)行設(shè)備層子系統(tǒng)的硬件組態(tài)，中控PLC作為Profibus-DP的主站，下帶多個(gè)分布式從站和智能從站，主站PLC帶的從站主要有三類：一類是ET200S，一類是丹佛斯變頻器、水分儀等第三方設(shè)備從站，這兩類為分布式從站；另外一類是從站是其他子系統(tǒng)的西門子300系列PLC控制器，稱之為智能從站。
　　2.2 監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)現(xiàn)
　　監(jiān)控層采用成熟的西門子組態(tài)軟件WinCC，WinCC對(duì)西門子系列PLC有著非常完善的通訊支持，通過其內(nèi)建的一個(gè)SIMATIC S7 Protocol Suite的驅(qū)動(dòng)程序，可以經(jīng)由多種網(wǎng)絡(luò)通協(xié)議如工業(yè)以太網(wǎng)、Profibus-DP、MPI、TCP/IP等方便地建立與各種西門子系列PLC的通訊通道，在本項(xiàng)目中，采用TCP/IP協(xié)議。
　　2.3 管理層網(wǎng)絡(luò)通訊的實(shí)現(xiàn)
　　根據(jù)當(dāng)今自動(dòng)化系統(tǒng)管理層網(wǎng)絡(luò)的管理機(jī)一般功能設(shè)計(jì)，管理機(jī)一般具備兩項(xiàng)基本功能：生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)和產(chǎn)品信息儲(chǔ)存功能和數(shù)據(jù)分析功能。
　　本項(xiàng)目管理層管理機(jī)通過工業(yè)以太網(wǎng)以O(shè)PC的形式作為OPC客戶端采集監(jiān)控層運(yùn)行軟件WinCC Runtime默認(rèn)提供的OPC服務(wù)器的數(shù)據(jù)，并利用WinCC的工業(yè)數(shù)據(jù)橋（IDB，Industrial Data Bridge），將Wincc從主控PLC采集到的數(shù)據(jù)記錄到數(shù)據(jù)庫中。最后，利用可視化編程軟件Delphi 6.0開發(fā)了基于歷史數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)查詢軟件，實(shí)現(xiàn)了按產(chǎn)品信息關(guān)鍵字進(jìn)行查詢、分析及統(tǒng)計(jì)，按時(shí)間段將數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel及報(bào)表打印等功能。
　　3 應(yīng)用效果
　　本文所述的再造煙葉柔性制絲線控制系統(tǒng)以西門子工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)作為系統(tǒng)的通信基礎(chǔ)架構(gòu)，是目前工業(yè)控制較為先進(jìn)的控制策略，可適用多種基于工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的控制系統(tǒng)的集成，具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　參考文獻(xiàn)
　　[1]浙江中煙工業(yè)有限責(zé)任公司.采用造紙法再造煙葉成絲制造卷煙的方法及其設(shè)備：中國(guó)，102008122A[P].2011-04-13.
　　[2]李濤，管仲，馬路.卷煙制絲生產(chǎn)的柔性制造初探[J].煙草科技，2006，233（12）：20-22.
　　[3]崔堅(jiān)，李佳，楊光.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.
　　[4]李鈺靚，方柏楊，錢永安.基于Profibus 的煙絲裝箱RFID應(yīng)用控制系統(tǒng)[J].煙草科技，2011，293（12）：14-16.
　　[5]黃征，呂勁松，曾爾陽.基于OPC技術(shù)的集散控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)[J].煙草科技，2012，300（7）：32-35.
　　[6]Siemens Automation and Drives. Helping Document with STEP 7[G].German： Siemens AG， 2006.
　　[7]Siemens Automation and Drives. Helping Document with WinCC[G].German： Siemens AG， 2008.
　　[8]Siemens Automation and Drives. Helping Document with Industrial Data Bridge[G]. German： Siemens AG， 2005.
　　作者簡(jiǎn)介
　　李鈺靚（1983-），工程師，碩士，主要從事工控設(shè)備管理工作。

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