烟草生产自动化控制和管理系统探讨

1、烟草生产自动化控制和管理系统探讨摘 要 本文以天水卷烟厂制丝线控制和管理系统为例,介绍了烟草生产自 动化控制的多层网络控制系统的设计思想; 讨论了基于西门子工业以太网控制系 统的基本结构和设计方法,阐述了基于 Profibus 和 EThernet 的 3级网络控制系 统的软硬件组态及通讯技术。关键词 烟草生产;自动化;控制;管理近年来, 随着自动化技术和计算机网络通信技术的快速发展, 现代化工业生 产控制正在向以网络为基础、 以控制器为核心, 集自动控制与信息管理于一体的 网络控制方向快速发展, 其本质是利用计算机技术对生产设备及参数进行多层次 的网络化控制、 监视和管理, 提高生产和管理效

2、率。 本文以天水卷烟厂制丝线设 备为控制对象, 介绍一种烟草企业制丝线的小型多层网络控制管理系统的网络结 构、 硬软件配置及各层网络功能, 其主要思想是将烟草生产自动化控制系统设计 为由设备控制层子网络、 集中监控层子网络和管理控制层子网络的 3层网络控制 系统,各层子网络之间的通讯根据其硬件不同采用不同的通讯协议和技术。1. 系统结构制丝线控制和管理系统共分三个层次:即设备控制层、 集中监控层和生产数 据管理层。三层网络结构是相互联系、紧密结合的,设备控制层是基础,是控制 的主体。 集中监控层主要负责控制过程中的集中监视和控制参数的下达, 是操作 平台。生产数据管理层负责信息数据的收集与分析

3、,并向厂级 ERP 系统汇总生 产数据、接收管理信息,是管理平台。1.1设备控制层结构设备控制层根据工艺流程特点共分为九个控制子系统。 每组控制子系统由主 控制柜、分布 I /O 控制箱、 AS-I 总线模块、智能设备控制器、现场操作站、网 络器件及端接器件通过现场设备总线 (SIEMENS Profibus-DP 网 组成,系统由主 站和从站构成,通过高速双向串行线、现场从站 (远程分布式 I /O-E 工 200系列 模块、 带 DP 口的变频器、 传感器等 组成的 Profibus-DP 网与分散的现场设备 (如 阀门、接近开关、光电开关、电机馈电器、编码器、流量、温度、水份、压力传 感

4、器 进行通信。1.2集中监控层结构集中监控层网络结构采用 Siemens 的 ClienT /Server 模式, 集中监控层由各 工艺段控制系统主站 PLC 与数据 I /O 服务器组成的 SIEMENS 工业光纤以太网 络、 5台监控计算机、 1台工程师站、 2台数据 I /O 服务器、网络交换机及工控 软件组成, 各控制主站间、 控制主站与监控管理层间通过 Siemens 的工业光纤以 太网交换数据,完成各工艺段间相关数据的传递。1.3生产数据管理层结构监控管理层是整个车间生产调度与管理的核心, 除完成对生产线的监控任务外,还要进行对提供生产必备条件的公用设备运行工况的监控以及二者的协调

5、。 车间工艺调度监控机接受从厂级网下发来的生产任务和工艺参数, 并将生产任务 分解以及工艺参数确认, 授权有关人员对系统进行浏览、 参数调整:完成预定的 统计和报表制作任务。整个系统主要由数据采集服务器 (兼工程师站 、数据库服 务器、监控计算机、车间工艺调度监控机、打印机及信息网等组成。2. 系统软硬件配置2.1设备控制层硬件配置:各工艺段设备控制层以 SIEMENS$7-400系列 PLC 为控制核心, ET200S 分布式现场 I /O 通过 SiemensProfiBus-DP 现场总线组成,包含所有的 现场执行器、传感器、电控单机设备 (电子秤、水份仪等 、参与控制的电控元器 件、

6、AS-I 总线模块及相关网络设备。软件配置:设备层 PLC 系统的硬件组态及程序设计是通过 SimaticSTep7V 5.2编 程软件进行的, 根据控制系统的结构, STep7软件分别对各层子网络的硬件进行 组态,并对各主从 PLC 进行网络参数配置。2.2集中监控层(1两台工控机作为冗余数据采集 (I/O 服务器, 通过冗余工业以太网网络采 集现场数据、下达工艺参数。(25台监控计算机通过冗余数据采集服务器对各工艺段设备运转进行监控、 调度管理。(3网络打印机汇总输出各类报表及工艺曲线图。(4中央控制室操作台工位设计为 5工位。操作台设置有相应的操作面板,在操 作面板上可实现本地/远程钥匙

7、开关选择,进行急停操作等功能。(1集中监控软件选用 SIEMENS 公司的 WINCC 监控软件,数据库采用 MICROSOF 工公司 SOL SERVER2000数据库系统。(2服务器操作系统软件选用 Windows 2000 server中文版,监控计算机 Windows 2000 Professional中文版以保证操作系统平台的统一及易维护。2.3生产数据管理层生产管理层由数据库服务器、 冗于磁盘阵列、 网络交换机、 管理计算机及数据库 软件 SOL SERVER2000、 InSQL8.0等构成。(1I/O 服务器选用 IBM 公司服务器,双至强 CPU 、 1G 内存, 100M

8、网卡 SCSI 硬盘:(2综合管理计算机选用 IBM 高性能商用计算机:(3设置一台网络交换机,提供集中监控系统的网络通讯及预留与工厂级网络的 通讯接口。网络交换机选用 Cisco 公司 CISCO 2511产品:(1数据库采用 SQL SERVER2000及工:业数据库 InSQL 8.0。(2数据管理软件针对天水卷烟厂的实际需求,编制生产调度管理、工艺参 数管理、质量实时管理、设备实时管理等功能模块:平台为 Microsof 工公司的 Windows 2000;3. 系统功能3.1设备控制层用于设备级控制系统 PLC 主站与分散式 I /O 的通信。 主站周期地读取从站 的输入信息并周期地

9、向从站发送输出信息。 除周期性用户数据传输外, 设备控制 层 PROFIBUS-DP 还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态, 诊断和报 警处理。3.2集中监控层各监控机通过设备模拟图分别显示各生产段的生产运行状况, 显示实时生产 参数。 主要显示封面、 全图、 设备模拟图、 直方图、 趋势图、 故障报警、 控制器、 工艺参数等工艺参数和控制参数。集控线控管理、用户管理、安全权限管理、配方管理、工艺参数管理、生产 数据。生产数据报表打印、 实时趋势记录打印、 报警信号存贮和报警打印、 生产记 录的打印3.3生产数据管理层系统功能生产数据管理层功能包括:系统管理、生产调度管理、工艺参数管理、质量 实时管理、设备实时管理等。4. 结束语本文提 m 的多层网络控制系统的设计思想具有结构简单、组态灵活、维护 方便、控制管理功能强、适用面广等特点。实践表明,该系统运行非常平稳,故 障率极低, 网络通讯十分顺畅,