（机械工程专业论文）8000kgh烟草制丝线管控系统及关键设备的控制优化.pdf

8 0 0 0 k g h 制丝线管控系统及重点设备的控制优化 摘要 随着自动化控制技术的快速发展和计算机网络的广泛应用，传统的控制设 备方法存在着自身的局限性，开发高效的自动控制及管理系统，加快生产信息 化具有非常重要的意义。 某烟草企业8 0 0 0 k g h 带0 丝线是该企业“十五”重点技改工程项目，作为其 项目核心部分的自动化管控系统，担负着整个制丝生产车间的生产控制任务。 它监控生产过程中生产设备的运行和相关生产数据信息的处理，以保证工艺质 量和正常生产节拍的要求。本文将从8 0 0 0 k g h 常0 丝线工艺流程和分布，电控系 统总体方案，系统网络结构等几个方面详细论述该系统。论文主要包括以下内 容： ( 1 ) 基于烟草企业现场总线的8 0 0 0 k g h 制丝线总体设计研究和应用，主要 完成制丝管控系统选型及硬件配置、连接和调试等工作。 ( 2 ) 分析了8 0 0 0 k g h $ 0 丝线重点设备的工作原理及控制流程，重点研究了 设备的构造，同时介绍了局域网的基本概念和工业以太网的设计。 ( 3 ) 具体分析了h x d 、白肋线等关键工艺过程的设计和应用，拓展了改进 功能，控制优化了整条生产线。 关键词：8 0 0 0 k g h 皋i 丝线，管控系统，控制优化 t h em a n a g e m e n tc o n t r o ls y s t e mo n8 0 0 0 k g ht o b a c c op r o d u c t l i n ea n dc o n t r o lo p t i m i z a t i o no f e m p h a s e se q u i p m e n t a b s t r a c t b e c a u s et h ea u t o m a t i o nc o n t r o l sat e c h n i c a lf a s td e v e l o p m e n ta n dc a l c u l a t o r n e t w o r ko fe x t e n s i v ea p p l i e d ，t h et r a d i t i o n a lc o n t r o le q u i p m e n t sm e t h o de x i s t sa n o n e s e l ft ol i m i ts e x ，d e v e l o p i n ge f f i c i e n t l yo fa u t oc o n t r o la n dm a n a g e m e n ts y s t e m ， s p e e dp r o d u c ei n f o r m a t i o n b a s e dh a v ec o u n tf o rm u c hm e a n i n g t h e8 0 0 0k g s hs y s t e mo ft h et o b a c c ob u s i n e s se n t e r p r i s es i l kt h r e a di st h a t b u s i n e s se n t e r p r i s e ”1 5 ”p o i n ts k i l l sc h a n g ee n g i n e e r i n gi t e m i sa ni t e mc o r et h e m a n a g e m e n tc o n t r o lo ft h ep a r ts y s t e m ，c a r r yt h ec o n t r o lm i s s i o no ft h ew h o l e s y s t e ms i l kp r o d u c t i o nc a r i ts u p e r v i s e sa n dc o n t r o l st op r o d u c ea ne q u i p m e n t si n t h ep r o d u c t i o nl i n eo fm o v e m e n ta n dr e l a t e dp r o c e s s i n go f w i t h i n f o r m a t i o no ft h e p r o d u c t i o nd a t a ，w i t ha s s u r a n c ec r a f tq u a l i t yw i t hp r o d u c et h er e q u e s to fr h y t h m n o r m a l l y t h i st e x tw i l lf r o mt h es i l kt h r e a dc r a f to ft h e8 0 0 0k g s hs y s t e mp r o c e s s w i t hd i s t r i b u t e ，g i v eo rg e ta ne l e c t r i cs h o c kt oc o n t r o lt h es y s t e mt o t a lp r o j e c t ，t h e s y s t e mn e t w o r ks t r u c t u r ew a i t ss e v e r a lt od i s c u s st h a ts y s t e mi nd e t a i l t h et h e s i s m a i n l yi n c l u d e saf o l l o w i n gc o n t e n t s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt ot o b a c c ob u s i n e s se n t e r p r i s et h es p o tt o t a ll i n eo ft h es i l k t h r e a dt o t a ld e s i g nr e s e a r c ho ft h e8 0 0 0k g s hs y s t e ma n da p p l i c a t i o n ，t h em a i n c o m p l e t i o ns y s t e ms i l kc o n t r o ls y s t e mc h o o s e st y p ea n dh a r d w a r et oi n s t a l l ，l i n k a n da d j u s t st ot r ye t c w o r k ( 2 ) a n a l y z e dt h es i l kt h r e a dp o i n to ft h e8 0 0 0k g s hs y s t e mw o r kp r i n c i p l ea n d c o n t r o lp r o c e s so ft h ee q u i p m e n t s ，t h ep o i n ts t u d i e dt h es t r u c t u r eo fe q u i p m e n t s ， i n t r o d u c i n gt h eb u r e a ua r e ab a s i cc o n c e p to ft h en e ta n dt h ed e s i g no ft h ei n d u s t r i a l e t h e rn e ti nt h em e a n t i m e ( 3 ) c o n c r e t e l ya n a l y z e dh x d ，w h i t er i bl i n ee t c k e yc r a f td e s i g na n d a p p l i c a t i o no ft h ep r o c e s s ，e x p a n d e di m p r o v e m e n tf u n c t i o n ，c o n t r o le x c e l l e n t t u r n e dt h ew h o l ep r o d u c t i o nl i n e k e yw o r d s ：8 0 0 0 k g ht o b a c c op r o d u c tl i n e ，m a n a g e m e n tc o n t r o ls y s t e m c o n t r o lo p t i m i z a t i o n 插图清单 图1 1p r o f i b u s 协议结构 图2 】基本结构示意图- 图2 2 企业局域网架构 图2 38 0 0 0 k g h $ 4 丝线电控系统总体结构图 图2 48 0 0 0 k g h 钢 丝线电控系统p r o f i b u s d p 现场总线图- 图2 58 0 0 0 k g h $ 0 丝线电控系统母线配电及a s - i n t e r f a c e 总线结构图 图2 6 系统结构图 图2 7 现场总线端子系统图 图2 8d p a s 接口链路示意图 图2 9 监控首页图 图2 1 0d 2 l 制梗丝段流程示意图 图2 1 2d 2 1 制梗丝段操作示意图 图2 1 3d 2 1 制梗丝段变频器示意图 图2 1 4 报警示意图 图2 1 5d 2 1 制梗丝段“t b k ”等关键设备设置示意图一 图2 1 6 系统网络示意图 图2 1 7 全线生产流程示意图 图3 1h a u n i 翻箱喂料机之翻箱设备部分示意图 图3 2h a u n i 翻箱喂料机之喂料机设备部分示意图 图3 _ 3 “t b k ”烟梗回潮机示意图 图3 4 压梗机液压系统控制程序流程图 图4 3 修改的部分h x d 程序 图4 8v a s 导流板图 图4 9 白肋线工艺流程图 图4 1 0 白肋线网络控制示意图 图4 1 1 白肋线h m i 操作界面 图4 1 2 变频调速控制现场图 图4 1 3 修改的部分网络通讯程序 图4 1 4 优化的部分工艺流程控制程序” ，h”加加勉砣丝规勉舱拍船如弘弘”弘粥” 表格清单 表2 1 1 设备流程画面说明一 表4 1 改进前简温曲线 表4 2 改进前h x d 入口水份曲线 表4 4 改进后筒温曲线 表4 5 改进后h x d 入口水份曲线 表4 6 改进前h x d 燃烧炉温度曲线 表4 7 改进后h x d 燃烧炉温度曲线表 表4 1 5 白肋线出口水份折线表 表4 ，1 6 白肋线加料精度极差表 表4 1 7 修改后白肋线加表料精度数采表 加”鲫们 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含 其他任已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆工些太堂或其 他教育机构的学位或证书而使用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做 的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者躲箍吩签字慨剐年7 月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金起王些太堂有关保留、使用学位论文的规 定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被 查阅或借阅。本人授权金胆工业太堂可以将学位论文的全部或部分 论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名：身笼1 分 签字日期：州年7 月节日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址 导师签名 签字日期 啦 d 6 年7 月研日 电话 邮编 致谢 值此论文完成之际，首先向我的导师韩江教授表示最崇高的敬意和最衷心 的感谢! 本论文从选题、资料收集、方案设计等方面自始至终得到了韩教授的 精心指导。 韩教授渊博的学识、诲人不倦的良师风范、严谨求实的治学态度、勤奋敬 业的科研热情以及充分发扬民主的学术作风给我留下了深刻的印象。对我来说 是非常宝贵的财富，不仅对我的研究生阶段学习工作产生了深刻影响，也必将 在我今后的工作、学习和生活中发挥重要作用! 感谢芜湖卷烟厂丁雪岳高工在我的课题研究过程中对我的指导和帮助! 同时，还要感谢我单位的领导和同事，由于我是半脱产的学习方式，是他 们在工作中给予我大力的支持和理解，才能够使我有时间和精力投入到研究生 学习中来。 另外我还要特别感谢我的爱人陶亚心女士对我的鼓励和支持，以及对家庭 所做出的奉献! 在我忙于工作、学业和准备论文的时候，她照顾女儿，承担了 全部的家务。更为重要的是，当我在学习、生活上遇到困难和挫折时，她总能 在思想和精神上给我以安慰，使我在工作上、学业上更努力，生活上更安定， 精神上更坚强。当然，还有我的女儿程奕凡给我带来的快乐。 作者：程俊 2 0 0 6 年8 月 第一章绪论 1 1 国内外烟草设备自动控制技术的基本发展概况 随着烟草行业科技进步速度的不断加快，自动化控制以及网络等技术的应 用，制丝设备领域高科技含量生产设备不断出现并被广泛应用。现代烟丝研究 制造理念已从原来单一追求速度最大化扩展为在保持高速的基础上追求设备运 转持续稳定生产。德国的h a u n i 公司作为制丝设备领域科技含量最高、自动化程 度最先进的生产厂家，在烟草科技发展的道路上一直处于领跑的位置。例如h x d 烘烤设备，其采用世界上最先进的p r o f i b u s d p 网线控制技术，整个控制系统全 部由p l c 控制，由中央屏幕显示和操控设备。这就使操作程序更符合人性化，充 分考虑到人机对话的方便与快捷各种新的p l c 及控制模式被广泛的应用到烟草 设备中来，a b ，s i e m e n s ，r o c k w e l l 等公司的p l c ，现场总线控制技术p r o f i b u s 是一 种国际化、开放式、不依赖于设备生产商的现场总线标准。广泛适用于制造业 自动化、流程工业自动化和楼宇、交通、电力等其他领域自动化。p r o f i s u s 由 三个兼容部分组成，即p r o f i b u s d p ( d e c e n t r a l i z e d p e r i p h e r y ) 、 p r o f i b u s p a ( p r o c e s sa u t o m a t i o n ) 、p r o f i b u s - f m s ( f i e l d b u sm e s s a g e s p e c i f i c a t i o n ) 。7 1 p r o f i b u s d p ：是一种高速低成本通信，用于设备级控制系统与分散式i 0 的通信。使用p r o f i b u s d p 可取代办2 4 v d c 或4 - 2 0 m a 信号传输。 2 p r o f i b u s p a ：专为过程自动化设计，可使传感器和执行机构联在一根总 线上，并有本征安全规范。 3 p r o f i b u s f m s ：用于车间级监控网络，是一个令牌结构、实时多主网络。 p r o f i b u s 协议结构是根据i s 0 7 4 9 8 国际准，以开放式系统互联网络( o p e ns y s t e m i n t e r c o n n e c t i o n - - s i o ) 作为参考模型的。该模型共有七层，如下图1 - 1 所示： 图1 1p r o f i b u s 协议结构 ( 1 ) p r o f i b u s o p ：定义了第一、二层和用户接口。第三到七层未加描述。 用户接1 5 1 规定了用户及系统以及不同设备可调用的应用功能，并详细说明了各 种不同p r o f i b u s d p 设备的设备行为。 ( 2 ) p r o f i b u s f m s ：定义了第一、二、七层，应用层包括现场总线信息规 范( f i e l d b u sm e s s a g es p e c i f i c a t i o n f m s ) 和低层接口( l o w e ri a y e ri n te r f 。a c e l l i ) 。f m s 包括了应用协议并向用户提供了可广泛选用的强有力的通信服务。 l l i 协调不同的通信关系并提供不依赖设备的第二层访问接口。 ( 3 ) p r o f i b u s p a ：p a 的数据传输采用扩展的p r o f i b u sd p 协议。另外，p a 还描述了现场设备行为的p a 行规。根据i e c l l 5 8 2 标准，p a 的传输技术可确保其 本征安全性，而且可通过总线给现场设备供电。使用连接器可在d p 上扩展p a 网 络。 2 0 世纪8 0 年代初期我国卷烟企业开始引进国外先进的生产设备，全自动的 进口生产线( 设备) 反衬出国产烟机设备在自动化水平上与国际先进水平的巨 大差距。经过1 0 多年的努力，不断采用新的自动控制技术，从继电逻辑控制， 到p l c 控制，再到集中监控，发展到现在的工业现场总线控制技术和管控一体化 控制系统，几次大的跨越迅速缩小了与国外的差距。对于国内卷烟企业的自动 控制技术的发展可以分为以下几个发展阶段： 2 0 世纪9 0 年代以前，采用继电逻辑控制的制丝生产线实现了生产过程自动 化，先后为卷烟企业提供了2 0 余条继电逻辑控制的制丝生产线，提高了这些卷 烟企业的制丝生产自动化水平。 2 0 世纪9 0 年代初，p l c 控制技术应用于打叶复烤和制丝生产线等，使控制系 统的结构简化，可靠性、稳定性提高，卷烟企业的自动化程度逐步接近世界同 行业水平。 随着技术水平的不断提高，集中监控系统也应用于打叶复烤生产线和物流 系统中，为生产线的生产管理提供了现代化的管理手段，并采用现场操作站系 统取代了电控柜上的大量指示灯、操作按钮、模拟显示屏等，极大地方便了现 场的操作、查询、维修等。根据企业的信息网络化的发展要求，形成了管控一 体化控制系统，提出车间数据管理系统的基本构架，为车间数据采集、数据管 理及卷烟企业信息集成奠定了基础。 2 0 世纪末，基于工业现场总线的控制系统，将目前世界最先进的控制技术 应用于卷烟企业。 1 2 “十五”技术改造企业的设备现状 “十五”技术改造中，除了对国外先进技术的吸收与引进外，还针对自身的 实际情况进行了因地制宜的改革制丝线精选了具有世界领先水平的德国 h a u n i 及英国d i c k i n s o n l e g g 公司的关键设备，其控制系统由北京某科技公司集 成。该控制系统是集生产线自控和管理的管控一体化系统，采用了信息网、控 制网及现场总线三级网络结构，主控制器选用了德国s i e m e n s 公司的1 5 台s 7 系列 可编程控制器。现代化的中央控制室集中了三台i b m 服务器和五台i b m 图形工作 站，构成了现场无人操作的监控体系和信息管理平台。监控组态软件采用 s i e m e n s 公司的w i n c c 6 0 ，最新的o r a c l e9 i 数据库则为整个系统建立了良好的 信息平台。现场总线选用了p r o f i b u s d p ，p r o f i b u s p a 现场总线组件选用了德 国b e c k h o f f 公司产品烟草生产线的一个特点是具有大量的5 5 k w 以下的电机 来驱动震槽、皮带轮和小车等设备。为了使这些设备稳定、长时间地运行，降 低停机时间，对这些电机的控制及运行状态和故障信息的及时获取尤其重要。 所有的这些将都由b e c k h o f f 的电机启动器端子k l 8 0 0 l 来完成。 1 38 0 0 0 k g h 制丝线系统优化方案分析 针对西门子p r o f i b u s 网络，特别是h a u n i 的白肋线时常出现无故障的停机 加料精度的不稳定及h x d 所存在的不足，所以对这些问题制订一些可行的办法。 1 降低干扰，干扰类型通常按干扰产生的原因、噪声干扰模式和噪声的波 形性质的不同划分。其中：按噪声产生的原因不同，分为放电噪声、浪涌噪声、 高频振荡噪声等；按噪声的波形、性质不同，分为持续噪声、偶发噪声等：按 噪声干扰模式不同，分为共模干扰和差模干扰。共模干扰和差模干扰是一种比 较常用的分类方法。共模干扰是信号对地的电位差，主要由电网串入、地电位 差及空间电磁辐射在信号线上感应的共态( 同方向) 电压迭加所形成。共模电 压有时较大，特别是采用隔离性能差的配电器供电室，变送器输出信号的共模 电压普遍较高，有的可高达1 3 0 v 以上。共模电压通过不对称电路可转换成差模 电压，直接影响测控信号，造成元器件损坏( 这就是一些系统i o 模件损坏率较 高的主要原因) ，这种共模干扰可为直流、亦可为交流。差模干扰是指作用于 信号两极间的干扰电压，主要由空间电磁场在信号间耦合感应及由不平衡电路 转换共模干扰所形成的电压，这种让直接叠加在信号上，直接影响测量与控制 精度。 2 对p l c 设置看门狗软件，在程序中增加d b 5 0 0 数据块，对所有发生的故障信 息直接写入数据块中并且进行分析，降低传输速率优化以太网通讯程序，白 肋线程序中，与香料厨房的接口是f b 3 2 8 和f b 3 0 0 两个功能块，在f b 3 0 0 功能块第 l o 段中，触发器的复位条件出现了问题，网络所传送的d b 地址错了l 位，信号发 生紊乱，导致k a 4 回料时间过长。 3 工艺流程控制程序的优化，送料过程中，香料厨房与白肋线接口是f c l 】3 和f c l l 4 程序块。正常情况下，当送完料后，香料厨房开始清吹，时间到应该停 止；但问题出现了，不停的反复吹，我们仔细地分析了程序，发现了程序有争 用现象。针对这一问题，加入一个2 s 脉冲定时器t 1 9 9 ，错开它们的时间，保证 了一个良好的时序性。 4 h x d 的最优化使用首先是确定来料叶丝流量和含水率。叶丝流量由仓式喂 料机、计量管和核子秤组成的流量控制系统精确控制，叶丝含水率由d c c 叶丝回 潮筒精确控制。同时保持以上两项参数的恒定是h x d 能够良好工作的前提。h x d 工艺混合配方中最重要的参数是燃烧炉温度和工艺气温度的设定，其次是工艺 气流量的设定，以实现系统热负荷量达到叶丝预期蒸发量。随着来料叶丝流量 和叶丝含水率的增加，以上三项参数都需要增加以达到最佳工艺效果和最精确 控制。优化h x d 工艺混合配方中控制喷水量和旋风分离器出口温度的设定，直接 影响到对工艺气温度的调控精度和调控速度。h x d i 艺混合配方中蒸汽注入量和 叶丝来料含水率决定了叶丝的膨胀效果，随着叶丝含水率和蒸汽注入量的增加， h x d 出口叶丝填充值增加。h x d i 艺混合配方中进料口负压的设定对t l x d 最优化工 艺控制影响最小。在实际运行中系统能够快速自动调节。 1 4 课题来源、主要内容及意义 本课题来源于北京某科技公司承担的某企业一一8 0 0 0 k g h 制丝线管理控制 系统的研制开发，笔者参与了该项目，本论文是在此基础上撰写的。主要包括 以下内容： 1 基于企业现场总线的8 0 0 0 k g h 常l j 丝线总体设计研究和应用，主要完成制 丝管控系统选型及硬件配置、连接和调试等工作。 2 分析了8 0 0 0 k g h $ 0 丝线重点设备的工作原理及控制流程，重点研究了设 备的构造，同时介绍了局域网的基本概念和工业以太网的设计。 3 具体分析了h x d 、白肋线等关键工艺过程的设计和应用，拓展了改进功能， 控制优化了整条生产线。、 8 0 0 0 k g h 带l j 丝线的技术改造是该企业“十五”重点技改工程项目。作为项 目核心部分的管理控制系统，利用它担负起了整个制丝生产车间的生产控制任 务，监控生产过程中生产设备的运行和相关生产、工艺数据信息的处理，分析， 考核，评价以及改进。充分保证工艺质量和正常生产节拍的要求。因此，8 0 0 0 k g h 制丝线管控系统的成功对于提高烟草生产自动化，信息化程度，调整产品工艺 质量等多方面都将起到积极的推动作用。 第二章基于现场总线8 0 0 0 k g h 制丝线的设计 2 18 0 0 0 k g h 制丝线的总体概述 2 1 1 设计思路 总体设计思路：集中管理、综合监控、分段控制。控制系统将传感器、p l c 、 计算机、图形、网络、通讯等诸多迅速发展的技术结合在一起，用方便灵活的 硬件和软件模块组合设计，以适应烟草企业各种不同特点的工艺控制要求和管 理要求，达到工艺要求的精确控制系统和现代化的目的。 2 1 2 基本结构 烟草制丝线自动控制及信息管理系统整体采用设备控制层、集中监控层、 生产管理层等三层结构模式。基本结构见图2 1 所示。 图2 1 基本结构示意图 2 1 3 系统主要功能及目标 1 整体功能目标 全线控制稳定、可靠：具有完善的手动自动控制功能、工艺参数设置调节 功能、安全保证功能；将生产应用中的现场控制及传感设备赋予智能化，通过 现场总线完成现场设备的控制，诊断数据的传递，通过操作简便的人一机界 面，确保现场设备的可靠性、易维护性和智能化。 2 工作方式 采用本地、远程控制两种控制模式：本地控制方式下各设备单独启停控制； 远程控制方式下各设备全线联锁自动启动运行。 3 监控功能 采用w i n c c 高端h m i 监控系统，具备完善的监控功能，完成包括设备 运行状态、检测与执行器件工作状态、网络工作状态、过程参数、故障诊断及 定位、各类报警信息、设备器件信息等等监控功能。 4 数据管理功能 系统网络主站上配置s o ls e r v e r2 0 0 0 数据库服务系统，是系统数据存贮、 处理、分析及服务中心。数据库服务器向上连接生产管理部门，向下连接各个 w i n c c 系统，实现了生产任务、工艺指标的下发调度及实际过程参数的采集、 归档，并最终输出生产报表和质量分析报表，为车间、生产管理部门及决策部 门提供可靠、真实的数据服务。 5 扩展功能 本系统在p r o f i b u s d p 、m p i 、工业以太网各个层面上具备极高的扩展功 能。l 川3 2 28 0 0 0 k g 制丝线现场总线控制系统介绍 企业的生产工艺重点部位在烟丝制丝工序，所以8 0 0 0 k g h $ 1 j 丝线的管控系 统水平，将直接影响到新联合工房重点技改工程的现代化水平。 2 2 1 局域网概念及其技术 1 局域网概述 局域网( l a n ) 是2 0 世纪7 0 年代后迅速发展起来的计算机网络，是一个高速的 通讯系统。它在较小的区域内将许多数据通讯设备互相连接起来，使用户共享 计算机资源。 局域网常建立在集中的工业区、商业区、政府部门、大学群以及各种公司 和企业中，应用范围很广，发展速度很快。 其技术己有了：共享访问技术、交换技术及低速、高速网络技术。 ( 1 ) 共享访问技术：意味着挂接到l a n 上的所有设备共享一个通信介质， 通常是同轴电缆、双胶线或光纤。 ( 2 ) 交换技术：是将传统媒介共享的网络分成一系列独自的网络 ( 3 ) 高速共享网络技术：有光纤发布式数据接口f d d i 、快速以太网 1 0 0 b a s t t 、1 0 0 b a s t v g 和千兆以太网。“1 2 企业局域网架构 8 0 0 0 k g h 伟0 丝线的现场总控系统也就相当于一个无路由器的局域网，详见 如图2 2 所示。 围2 2 企业局域网架构 2 2 2 联合工房8 0 0 0 k g h 制丝线组成 整个8 0 0 0 k g h 制丝线再具体划分，可以分为以下几条生产线：6 0 0 0 k g h 叶 丝生产线( 打叶复烤烟片) + 8 0 0 k g h 香料烟、2 0 0 0 k g h 梗丝生产线( 打叶复烤烟 梗) 、1 5 0 0 k g h 白肋线生产线+ 原2 2 5 0 k g h 叶丝生产线( 改造) 、c 0 2 膨胀烟丝生产 线。 2 2 3 现场总控系统概述 1 控制范围的划分：制丝线电控系统控制范围包含以下部分：叶线、梗线、 掺兑加香线、储丝线、白肋线、除尘系统、糖香料厨房及加香加料系统、母线 配电系统。 2 控制层次的划分：整个制丝线电控系统按照”集中管理，集散控制”的原 则，可划分为设备控制层、集中监控层、信息管理层三个层次。系统采用三层机 构，三级网络分别负担各自的信息传递任务。 3 系统选型及网络分配 ( 1 ) 电机启动器、变频器、红外水分仪等接入p r o f i b u s d p 总线。 ( 2 ) 数字量传感执行器( 含光电开关、接近开关、行程开关、电磁阀等) 通 过现场i 0 接入p r o f i b u s d p 总线。 ( 3 ) 香料厨房的智能仪表( 主要是各种流量计) 接入p r o f i b u s p a 总线。 ( 4 ) 其它模拟量设备通过i o 模块接入p r o f i b u s - d p 总线。 ( 5 ) 现场监控机、p l c 、主机自带控制p l c 接入i n d u s t r i a le t h e r n e t 网， 中央监控机、服务器、客户机、数据处理机接入e t h e r n e t 网。“们n ”h 副 2 2 4 系统结构与配置 1 设备控制层 ( 1 ) 工艺的划分 8 0 0 0 k g h s u 丝线按工艺要求，设备控制层的控制对象分成几个相独立的工 艺段。叶线可以分为：切片回潮段、叶片预处理段、储叶丝段、制叶丝段、烘 叶丝段；梗线可以分为：制梗丝段、梗丝膨胀段、烘梗丝段；掺兑加香线可以 分为：掺兑加香段；储丝线：储丝段；白肋线可以分为：白肋线预处理段、烘 烤段；除尘系统：除尘段：糖香料厨房及加香加料系统：香料厨房及加香加料 系统；配电系统：远程配电。 ( 2 ) p l c 的配置 按照现场总线控制系统“控制分散，风险分散”的原则，并根据所选现场 总线p r o f i b u s d p 的实际情况，为了最大限度地提高网络传输速率，决定将 8 0 0 0 k g h n 0 丝线每个工艺段设一台p l c 进行控制，具体配置如下：叶线：切片 回潮段( s 7 4 0 0 ) 、预处理段( s 7 一i 0 0 ) 、储叶片段( s 7 3 0 0 ) 、制叶丝段 ( s 7 3 0 0 ) 、烘叶丝段( s 7 4 0 0 ) ；梗线：制梗丝段( s 7 4 0 0 ) 、梗丝膨胀段 ( s 7 3 0 0 ) 、烘梗丝段( s 7 4 0 0 ) ；掺兑加香线：掺兑加香段( s 7 4 0 0 ) ；储丝线： 储丝段( s 7 4 0 0 ) ；白肋线：预处理段( s 7 3 0 0 ) 、烘烤段( s 7 4 0 0 ) ；除尘系 统：除尘段( s 7 3 0 0 ) ：香料厨房：香料厨房及加香加料系统( s 74 0 0 ) ；配电系 统：配置一台s 7 3 0 0 ( 注：配电系统p l c 放置在中央控制室，其他的p l c 柜放置在现 场) 。 ( 3 ) i n d u s t r i a le t b e r n e t 配置 8 0 0 0 k g h $ 0 丝线的i n d u s t r i a le t h e r n e t 网是集中监控层和设备控制层之 间的桥梁，它连接设备控制层的p l c 、设备自带控n i j p l c ( 包括独立主机，加香料 系统等) 、现场监控及服务器。 i n d u s t r i a le t h e r n e t 网要求达到1 0 0 m s 的传输速度，网络结构采用“光纤 环型”结构，通过o s m 交换机实现更广范围的通讯。 ( 4 ) p r o f i b u s d p 配置 现场总线p r o f i b u s d p 是整个设备控制层的核心，站点的多少，站点与站点 之间距离的远近，是影响网络效率的重要因素。 p r o f i b u s d p 站点分成7 种：p l c 主站、电机控制箱( 也称现场i o 箱) 从站、 切丝机从站、变频器从站( 变频器采用i p 5 4 高保护等级产品( d a n f o s s ) ，直接连接 现场) 、水分仪从站、电子秤核子秤从站、d p a s i 耦合器从站。 为保证p r o f i b u s d p 在本系统中达到1 5 m s 的速率，p r o f i b us d p 网络结 构采用o l m 和中继电器构成电气光纤混合网络结构。 ( 5 ) p r o f i b u s p a 配置和仪表上网 本系统在香料厨房控制系统中设一条p r o f jb u s p a l i a n 链路，香料厨房内 的各种流量计、压差计接入p r o f i b u s p a 总线。网络连接方式选用t u r c k 公司电 缆系统及分支器，通过d p p a 耦合器接入p r o f i b u s d p 网。 ( 6 ) 母线配电系统及其a s - i n t e r f a c e 配置 母线配电系统负责控制系统用电设备的电力馈送，本方案取消传统配电柜， 采用动力母线配电。在车间主母线上安装开关箱，选择带电动操作机构和电子 脱扣器的断路器，上位监控系统可以通过电动操作机构对每一台断路器进行上 电断电操作，也可以分工艺段进行上电断电操作，附加在断路器上的辅助触 点可以反映该断路器的工况。 母线配电系统通过a s i n t e r f a c e 总线控制，采用s i e m e n s 公司a s i n t e f f a c e 器件。在每个母线开关箱里安装一块i p 2 0 的a s i n t e r f a c e 2 i 2 0 模块，由该模块 控制此断路器，a s i n t e r f a c e 总线通过d p a s l 耦合器接入器p r o f i b u s d p 总线 ( 光纤环网) ，由设置在中央控制室的1 台s 7 3 0 0 p l c 控制整个配电系统。 2 集中控制层 中央控制室的中央监控机和车间的现场监控机构成集中监控层。中央控制 室设4 台中央监控机分别监控1 3 个工艺段，具体划分如下：监控机l ，叶线：监 控机2 ，梗线和白肋线；监控机3 ，掺兑加香线和储丝线；监控机4 ，除尘和配电 系统。 车间设4 台现场监控机( 一层3 台，二层1 台) ，正常情况下，不做操作只作 查询。特殊情况下，在授权后实现操作功能。 本方案选用s i e m e n s 公司w i n c c 6 0 作为监控软件，选用w i n c c 6 o w e b 导航器 用于车间级客户机通过i e 浏览监控画面，这样友好的人机界面使操作更易于上 手。 8 台监控机可以互相备份。中央监控机采用商用图形工作站，监视器采用1 8 寸液晶显示器；现场监控机选用以b e c k h o f f 工控机为主机的平板查询终端。 3 。信息管理层 信息管理层由服务器、数据处理机、客户机组成。采用c l s ( 客户服务器) 和b s ( 浏览器服务器) 混合模式结构。制丝线信息管理层以“提高查询率， 实现远程查询，加强系统之间的数据共享性和一致性”为目的，强调“实用性 和先进性”的结合。 c s 模式特点：速度快、交互性强； b s 模式特点：开放分布、界面简单、适用于不同地点远程访问。 信息管理层通过e t h e r n e t 网采用“星型“结构连接，w e b h 务器和数据库服 务器在硬件上合成综合服务器，便于综合管理。 服务器采用w i n d o w 2 0 0 0 s e r v e r 操作系统，数据库系统采用s q ls e r v e r 2 0 0 0 ， 信息管理层初步考虑设3 台专用客户机，既主任终端、工艺员终端、质检员终端， 实现不同权限不同操作，责任分清。“。 2 2 5 系统功能及要求 1 设备控制层的功能 与生产设备直接联系，是整个制丝线管控系统的“基础”。直接控制工艺 设备，采集现场信息通过网络传送至集中监控层和信息管理层：从集中监控层 和信息管理层接受控制指令、调度指令、调节指令。主要功能简述如下： ( 1 ) 全线既分段j 顷序启动，设备加工动作的自动控制：( 2 ) 采集温度、压力、水分、 流量等过程参数，进行闭环自动控制；( 3 ) 故障报警及紧急停机；( 4 ) 接受 中央控制室控制指令、调度指令、参数调节指令。采集现场信息通过网络传送 至集中监控层和信息管理层；( 5 ) 储柜根据工艺要求自动切换。 2 集中监控层的功能 监控机完成综合操作、综合监视的功能，正常情况下，全部操作在中央监 控机上实现。集中监控层主要功能简述如下：( 1 ) 配电柜上的上电操作和显示。 系统上电不再用手柄方式，而在主开关上设电动执行机构，用配电柜和中控室 的按钮上电。正常工作时，中控室即可完成上电过程。考虑到安全的因素，系 统上电在配电柜上具有禁止权：( 2 ) 全线或局部启停；( 3 ) 全线或局部动态 画面的显示：( 4 ) 过程参数设定、修改、查询，所有过程参数均有趋势图、历 史趋势图、棒状图；( 5 ) p i d 参数的整定；( 6 ) 在线编程 ( 7 ) 调度指令( 如 牌号、配方、储柜) 的查询、确认；( 8 ) 口令的管理、设巡检员、工程师三级 口令；( 9 ) 设备控制层的授权管理；( 1 0 ) 报警信息的显示、管理；( 1 i ) 数 据传递功能，实现段与段、段与主工艺设备的网络连锁及控制信息的传递：( 12 ) 综合信息查询功能； 3 信息管理层的功能 基本任务是收集设备控制层、集中控制层、厂级c i m s 系统的信息，经过加 工、整理、运算、分析、储存、传递过程、使大量杂乱、无序的数据变成对生 产有用的信息。 制丝是卷烟生产的一个重要环节，制丝线的生产效率和成品烟丝质量直接 影响到企业的经济效益。制丝线工艺复杂，影响效率和成品烟丝质量的因素较 多，生产线信息管理涉及到生产管理，工艺管理，质量管理，设备管理，能源 管理等多个方面。 作为车间级的生产信息综合管理系统，信息管理层是“承上启下”的重要 环节。它既要能与中央监控层、设备控制层进行信息交换，又要作为c i m s 的一 个分系统，完成厂级和车间级信息交换。 功能：产生各种报表、完成各种查询是信息管理层必须具备的功能，完成 上层信息的分解、下层信息的分析，实现生产过程的动态调整。 ( 1 ) 生产管理 生产管理内容：原辅材料管理、产量管理、牌号管理、批次参数管理( 包 含各工艺点的过程参数信息) 、储柜管理( 包含各储柜的进柜量、出柜量、剩 余量等信息) 、作业时间管理( 包含整线或局部启停等信息) 、班次管理。 生产计划管理 生产管理中，信息管理层接受厂级生产职能部门下达的生产计划，结合工 艺信息等，编制出生产线的作业计划，传递到集中监控层。 生产作业计划的流转已由过去的人工分解、人工传递转变为在信息管理下 的自动过程。这样，增加了计划的科学性和准确性。当然，人工干预也将成为 作业计划管理的组成部分，以增加系统的灵活性，但要在授权下进行。 集中控制层接受的计划信息如下：烟丝品种、牌号、批次、产量；生产时 间：储柜的进、出柜时间、储量、柜号；生产线流量；各工艺点的过程参数( 如 水分、温度等) ；烟丝的配比率；加香加料比例。 ( 2 ) 工艺管理 工艺管理与生产管理密不可分，工艺参数数据库包含以下信息：各工艺点 水分设定值；各工艺点温度设定值；各储柜储存时间的上下限；香精、料液的 牌号及掺兑比例；烟丝配比率；切丝机指标。 工艺数据的维护通过手工进行或由工艺部门维护，与生产任务密切结合， 确保生产每个批次对应一组工艺参数。对工艺数据库提供灵活多样的查询功能， 并提供报表打印。 ( 3 ) 质量管理 质量管理指工艺指标的执行情况，包含以下信息：各工艺点水分实测值； 各工艺点温度实测值；各储柜储存时间记录；香精、料液的牌号及掺兑比例实 测值：烟丝配比率实测值；切丝指标实测值：h x d 指标实测值；s t s 指标实测值； 膨胀烟丝指标实测值。 工艺人员监督生产过程中质量，并将数据通过客户机录入或通过厂级质量 管理子系统获得，使电控系统作出在线参数调整。 质量管理子系统通过对制丝车间主要监测指标进行收集、分析和整理，根 据质检部门提供的监测标准，及时发现生产过程中存在的问题，并对成绩单生 产过程做出相应的调整。该子系统同时也为厂级质量管理系统提供原始数据。 ( 4 ) 设备管理 包含以下信息：设备报警记录；设备故障记录；设备维修记录；设备故障 频次和分布记录：设备备件数量；维修工具、装备数量。 根据月、周、日的生产情况考核车间生产线设备的有效作业率，设备维护 人员的工作业绩。同时，在每年生产线维修前提出保证生产线正常运作所必须 的备件、备品。 具体功能： 设备台帐管理：卡片填写及查询，根据卡片生成设备台帐，