煙草生產自動化控制和管理系統(tǒng)探討

1、煙草生產自動化控制和管理系統(tǒng)探討摘 要 本文以天水卷煙廠制絲線控制和管理系統(tǒng)為例,介紹了煙草生產自 動化控制的多層網絡控制系統(tǒng)的設計思想; 討論了基于西門子工業(yè)以太網控制系 統(tǒng)的基本結構和設計方法,闡述了基于 Profibus 和 EThernet 的 3級網絡控制系 統(tǒng)的軟硬件組態(tài)及通訊技術。關鍵詞 煙草生產;自動化;控制;管理近年來, 隨著自動化技術和計算機網絡通信技術的快速發(fā)展, 現代化工業(yè)生 產控制正在向以網絡為基礎、 以控制器為核心, 集自動控制與信息管理于一體的 網絡控制方向快速發(fā)展, 其本質是利用計算機技術對生產設備及參數進行多層次 的網絡化控制、 監(jiān)視和管理, 提高生產和管理效

2、率。 本文以天水卷煙廠制絲線設 備為控制對象, 介紹一種煙草企業(yè)制絲線的小型多層網絡控制管理系統(tǒng)的網絡結 構、 硬軟件配置及各層網絡功能, 其主要思想是將煙草生產自動化控制系統(tǒng)設計 為由設備控制層子網絡、 集中監(jiān)控層子網絡和管理控制層子網絡的 3層網絡控制 系統(tǒng),各層子網絡之間的通訊根據其硬件不同采用不同的通訊協(xié)議和技術。1. 系統(tǒng)結構制絲線控制和管理系統(tǒng)共分三個層次:即設備控制層、 集中監(jiān)控層和生產數 據管理層。三層網絡結構是相互聯系、緊密結合的,設備控制層是基礎,是控制 的主體。 集中監(jiān)控層主要負責控制過程中的集中監(jiān)視和控制參數的下達, 是操作 平臺。生產數據管理層負責信息數據的收集與分析

3、,并向廠級 ERP 系統(tǒng)匯總生 產數據、接收管理信息,是管理平臺。1.1設備控制層結構設備控制層根據工藝流程特點共分為九個控制子系統(tǒng)。 每組控制子系統(tǒng)由主 控制柜、分布 I /O 控制箱、 AS-I 總線模塊、智能設備控制器、現場操作站、網 絡器件及端接器件通過現場設備總線 (SIEMENS Profibus-DP 網 組成,系統(tǒng)由主 站和從站構成,通過高速雙向串行線、現場從站 (遠程分布式 I /O-E 工 200系列 模塊、 帶 DP 口的變頻器、 傳感器等 組成的 Profibus-DP 網與分散的現場設備 (如 閥門、接近開關、光電開關、電機饋電器、編碼器、流量、溫度、水份、壓力傳 感

4、器 進行通信。1.2集中監(jiān)控層結構集中監(jiān)控層網絡結構采用 Siemens 的 ClienT /Server 模式, 集中監(jiān)控層由各 工藝段控制系統(tǒng)主站 PLC 與數據 I /O 服務器組成的 SIEMENS 工業(yè)光纖以太網 絡、 5臺監(jiān)控計算機、 1臺工程師站、 2臺數據 I /O 服務器、網絡交換機及工控 軟件組成, 各控制主站間、 控制主站與監(jiān)控管理層間通過 Siemens 的工業(yè)光纖以 太網交換數據,完成各工藝段間相關數據的傳遞。1.3生產數據管理層結構監(jiān)控管理層是整個車間生產調度與管理的核心, 除完成對生產線的監(jiān)控任務外,還要進行對提供生產必備條件的公用設備運行工況的監(jiān)控以及二者的協(xié)調

5、。 車間工藝調度監(jiān)控機接受從廠級網下發(fā)來的生產任務和工藝參數, 并將生產任務 分解以及工藝參數確認, 授權有關人員對系統(tǒng)進行瀏覽、 參數調整:完成預定的 統(tǒng)計和報表制作任務。整個系統(tǒng)主要由數據采集服務器 (兼工程師站 、數據庫服 務器、監(jiān)控計算機、車間工藝調度監(jiān)控機、打印機及信息網等組成。2. 系統(tǒng)軟硬件配置2.1設備控制層硬件配置:各工藝段設備控制層以 SIEMENS$7-400系列 PLC 為控制核心, ET200S 分布式現場 I /O 通過 SiemensProfiBus-DP 現場總線組成,包含所有的 現場執(zhí)行器、傳感器、電控單機設備 (電子秤、水份儀等 、參與控制的電控元器 件、

6、AS-I 總線模塊及相關網絡設備。軟件配置:設備層 PLC 系統(tǒng)的硬件組態(tài)及程序設計是通過 SimaticSTep7V 5.2編 程軟件進行的, 根據控制系統(tǒng)的結構, STep7軟件分別對各層子網絡的硬件進行 組態(tài),并對各主從 PLC 進行網絡參數配置。2.2集中監(jiān)控層(1兩臺工控機作為冗余數據采集 (I/O 服務器, 通過冗余工業(yè)以太網網絡采 集現場數據、下達工藝參數。(25臺監(jiān)控計算機通過冗余數據采集服務器對各工藝段設備運轉進行監(jiān)控、 調度管理。(3網絡打印機匯總輸出各類報表及工藝曲線圖。(4中央控制室操作臺工位設計為 5工位。操作臺設置有相應的操作面板,在操 作面板上可實現本地/遠程鑰匙

7、開關選擇,進行急停操作等功能。(1集中監(jiān)控軟件選用 SIEMENS 公司的 WINCC 監(jiān)控軟件,數據庫采用 MICROSOF 工公司 SOL SERVER2000數據庫系統(tǒng)。(2服務器操作系統(tǒng)軟件選用 Windows 2000 server中文版,監(jiān)控計算機 Windows 2000 Professional中文版以保證操作系統(tǒng)平臺的統(tǒng)一及易維護。2.3生產數據管理層生產管理層由數據庫服務器、 冗于磁盤陣列、 網絡交換機、 管理計算機及數據庫 軟件 SOL SERVER2000、 InSQL8.0等構成。(1I/O 服務器選用 IBM 公司服務器,雙至強 CPU 、 1G 內存, 100M

8、網卡 SCSI 硬盤:(2綜合管理計算機選用 IBM 高性能商用計算機:(3設置一臺網絡交換機,提供集中監(jiān)控系統(tǒng)的網絡通訊及預留與工廠級網絡的 通訊接口。網絡交換機選用 Cisco 公司 CISCO 2511產品:(1數據庫采用 SQL SERVER2000及工:業(yè)數據庫 InSQL 8.0。(2數據管理軟件針對天水卷煙廠的實際需求,編制生產調度管理、工藝參 數管理、質量實時管理、設備實時管理等功能模塊:平臺為 Microsof 工公司的 Windows 2000;3. 系統(tǒng)功能3.1設備控制層用于設備級控制系統(tǒng) PLC 主站與分散式 I /O 的通信。 主站周期地讀取從站 的輸入信息并周期地

9、向從站發(fā)送輸出信息。 除周期性用戶數據傳輸外, 設備控制 層 PROFIBUS-DP 還提供智能化設備所需的非周期性通信以進行組態(tài), 診斷和報 警處理。3.2集中監(jiān)控層各監(jiān)控機通過設備模擬圖分別顯示各生產段的生產運行狀況, 顯示實時生產 參數。 主要顯示封面、 全圖、 設備模擬圖、 直方圖、 趨勢圖、 故障報警、 控制器、 工藝參數等工藝參數和控制參數。集控線控管理、用戶管理、安全權限管理、配方管理、工藝參數管理、生產 數據。生產數據報表打印、 實時趨勢記錄打印、 報警信號存貯和報警打印、 生產記 錄的打印3.3生產數據管理層系統(tǒng)功能生產數據管理層功能包括:系統(tǒng)管理、生產調度管理、工藝參數管理、質量 實時管理、設備實時管理等。4. 結束語本文提 m 的多層網絡控制系統(tǒng)的設計思想具有結構簡單、組態(tài)靈活、維護 方便、控制管理功能強、適用面廣等特點。實踐表明,該系統(tǒng)運行非常平穩(wěn),故 障率極低, 網絡通訊十分順暢,