基于工业控制网络的再造烟叶柔性制丝线的设计

　　摘 要 为克服再造烟叶与天然烟叶混合制丝给卷烟品质带来的不利影响和适应当前制丝生产新工艺的要求，通过设计三层工业控制网络结构，研究各层网络通信的实现方法，建立了基于工业控制网络的再造烟叶单独柔性制丝线。结果显示：基于工业控制网络的再造烟叶柔性制丝线生产能力达到2000 kg/H，实现了再造烟叶单独成丝后出口含水率12%-13%的控制目标。因此，造纸法再造烟叶单独柔性制丝线能够克服其与天然烟叶混合加工的缺陷，更能发挥其在“降焦减害”中的作用。
　　关键词 再造烟叶；柔性；工业控制网络；可编程序控制器；通信
　　中图分类号：TS4 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）16-0052-02
　　再造烟叶是卷烟的主要原料之一，它具备有效提高烟叶原料综合利用率、可针对卷烟工业企业的个性化、定制化以及功能性等需求进行快速响应、有利于卷烟产品降焦减害等特点。目前，卷烟工业企业基本采用的是将再造烟叶和天然烟叶混合加工的方式，在加工过程中易造碎，产生扬尘，配方精度得不到保障，香味成分散失较大，给烟丝配方、卷烟品质造成了多方面的不利影响。因此，设计开发了基于工业控制网络的再造烟叶单独柔性制丝线，旨在为克服再造烟叶与天然烟叶混合制丝所带来的缺陷，也为行业制丝生产“小批量、柔性化”的应用方向提供参考。
　　1 系统架构
　　典型的柔性制造系统一般由加工系统、物流系统以及控制与管理三个子系统构成，要实现这些子系统之间的有机结合，它们之间的信息流是否顺畅是决定性的因素，这其中，工业控制网络的设计、构建与实现又是打造顺畅信息流的关键技术。本文所述工业控制网络特指西门子工业控制网络——SIMATIC NET，它遵循三级网络结构，整条再造烟叶柔性制丝线的网络通讯就是基于西门子工业控制网络而实现的。
　　1.1 再造烟叶柔性制丝线的工艺流程
　　再造烟叶柔性制丝线与传统的加工方式的区别体现在以下两方面。
　　1）单独切丝。
　　2）柔性供给。柔性制丝线的工艺流程如图1所示。
　　1.2 再造烟叶柔性制丝线的架构
　　1.2.1 系统构成
　　再造烟叶柔性制丝线由控制系统（设备层），监控系统（监控层）、管理系统（管理层）组成，分别对应西门子工业控制网络现场级、车间级、企业级的三层网络结构体系。
　　其中，设备层控制系统由以下几个子系统构成：①辅联设备控制子系统；②除尘设备控制子系统；③切丝机控制子系统；④烘丝机控制子系统；⑤RFID子系统；⑥水分仪子系统；⑦电子皮带称子系统；⑧装箱子系统。
　　监控层监控系统主要涵盖了两台互为冗余的监控上位机，负责监控各子系统的工况以及中控操作等。
　　管理层管理系统主要是涵盖了监控层的WEB发布，生产数据的采集，产品信息的查询与分析等。
　　1.2.2 控制网络结构
　　1）设备层的控制网络结构与通信方式。为了实现实时同步控制，且同时要保证系统具有较高的可靠性，设备层控制网络采用Profibus-DP分布式控制结构，Profibus-DP比工业以太网相比最显著的优点就是具有非常好的实时性，特别适用于现场执行机构的控制。
　　2）监控层的网络结构与通信方式。监控层监控各子系统的工况，直接采集主控PLC、切丝机PLC以及装箱子系统PLC的运行数据，采用工业以太网的通信方式。
　　3）管理层的网络结构与通信方式。管理层管理机以OPC方式从监控层获得生产数据，监控层提供OPC服务器，管理机作为OPC客户端，后台数据库配置为SQL2000，管理软件采用Delphi开发。
　　2 网络通讯的实现
　　2.1 设备层网络通讯的实现
　　设备层控制系统控制网络结构采用主控制柜+I/O分布式控制方式，通过STEP7软件进行设备层子系统的硬件组态，中控PLC作为Profibus-DP的主站，下带多个分布式从站和智能从站，主站PLC带的从站主要有三类：一类是ET200S，一类是丹佛斯变频器、水分仪等第三方设备从站，这两类为分布式从站；另外一类是从站是其他子系统的西门子300系列PLC控制器，称之为智能从站。
　　2.2 监控层网络通讯的实现
　　监控层采用成熟的西门子组态软件WinCC，WinCC对西门子系列PLC有着非常完善的通讯支持，通过其内建的一个SIMATIC S7 Protocol Suite的驱动程序，可以经由多种网络通协议如工业以太网、Profibus-DP、MPI、TCP/IP等方便地建立与各种西门子系列PLC的通讯通道，在本项目中，采用TCP/IP协议。
　　2.3 管理层网络通讯的实现
　　根据当今自动化系统管理层网络的管理机一般功能设计，管理机一般具备两项基本功能：生产过程数据和产品信息储存功能和数据分析功能。
　　本项目管理层管理机通过工业以太网以OPC的形式作为OPC客户端采集监控层运行软件WinCC Runtime默认提供的OPC服务器的数据，并利用WinCC的工业数据桥（IDB，Industrial Data Bridge），将Wincc从主控PLC采集到的数据记录到数据库中。最后，利用可视化编程软件Delphi 6.0开发了基于历史数据库的数据查询软件，实现了按产品信息关键字进行查询、分析及统计，按时间段将数据导出到Excel及报表打印等功能。
　　3 应用效果
　　本文所述的再造烟叶柔性制丝线控制系统以西门子工业控制网络体系结构作为系统的通信基础架构，是目前工业控制较为先进的控制策略，可适用多种基于工业控制网络的控制系统的集成，具有广阔的应用前景。
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　　作者简介
　　李钰靓（1983-），工程师，硕士，主要从事工控设备管理工作。

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