卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)

1、. . . . 分類號： TP311.5 單位代碼： 10335 密 級： 無 學 號：Z114325314 碩士學位論文中文論文題目 ： 卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn) 英文論文題目：Optimization and Implementationof Tobacco Pneumatic Conveying Systemfor Cigarette Factory申請人： 林 聰 指導教師： 棖 副教授 合作導師： 程學林 專業(yè)學位類別： 工程碩士 專業(yè)學位領域： 軟件工程 所在學院： 軟件學院 論文提交日期 2013年 10 月 30 日 57 / 68題目卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)作者姓

2、名林聰浙江大學 卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn) 論文作者簽名:指導教師簽名:論文評閱人1：評閱人2：評閱人3：評閱人4：評閱人5：答辯委員會主席：委員1：委員2：委員3：委員4：委員5：答辯日期：OptimizationandImplementationofTobacco Pneumatic Conveying System for Cigarette FactoryAuthors signature:Supervisors signature:Thesis reviewer 1：Thesis reviewer 2：Thesis reviewer 3：Thesis reviewer 4：The

3、sis reviewer 5：Chair：(Committee of oral defence)Committeeman 1：Committeeman 2：Committeeman 3：Committeeman 4：Committeeman 5：Date of oral defence：大學研究生學位論文獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是本人在導師指導下進行的研究工作與取得的研究成果。除了文中特別加以標注和致的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得大學或其他教育機構(gòu)的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明

4、確的說明并表示意。  學位論文作者簽名：簽字日期：年月日  學位論文使用授權(quán)書  本學位論文作者完全了解大學有權(quán)保留并向國家有關部門或機構(gòu)送交本論文的復印件和磁盤，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學可以將學位論文的全部或部分容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索和傳播，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存、匯編學位論文。（的學位論文在解密后適用本授權(quán)書） 學位論文作者簽名：導師簽名： 簽字日期：年月日簽字日期：年月日  摘要隨著時代的進步，卷煙廠也得以長足發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)管理和設備管理的要求也不斷提高，精細化

5、管理、TPM、數(shù)字化工廠的概念也不斷的被提出、落地實施。對風力送絲系統(tǒng)的要求也不斷的提高，原先只關心能否把煙絲從制絲車間送到卷包車間，如今開始關心系統(tǒng)的各個細節(jié)。例如：煙絲如何送到卷包車間、速度如何、控制是否穩(wěn)定、是否具備數(shù)據(jù)采集功能、維護是否方便、是否可以做到免維護、不同速度對煙絲品質(zhì)的影響如何等等一系列問題。基于國卷煙廠不可能對原有風力送絲系統(tǒng)進行換代的現(xiàn)狀，同時又要滿足現(xiàn)代化工廠的生產(chǎn)和設備管理之所需。因此，本文為提高風力送絲系統(tǒng)穩(wěn)定性、滿足現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)管理和設備管理的需要，進行對第二代風力送絲系統(tǒng)進行優(yōu)化并實現(xiàn)。本文以中煙工業(yè)XX公司卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)項目為例，運用六西格

6、瑪方法探討如何對風力送絲系統(tǒng)進行優(yōu)化與實現(xiàn)。通過增加上位機系統(tǒng)，分析優(yōu)化PLC程序，采用西門子WINCC等技術，優(yōu)化整個控制系統(tǒng)，實現(xiàn)運行狀態(tài)的可視化、遠程控制監(jiān)視、實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、與企業(yè)網(wǎng)絡（MES）的通訊等功能。從而提高風力送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性（回風管風速控制在：12±1米/秒），提高產(chǎn)品質(zhì)量。關鍵詞：卷煙廠風力送絲系統(tǒng)，上位機系統(tǒng)，PLC，六西格瑪AbstractWith the development of the times, cigarette factory has made considerable progress. The requirements of product

7、ion management and device management are also increased, and the concepts such as meticulous management, TPM, digital factory are also constantly put forward and implemented.The demands of Tobacco Pneumatic Conveying System are increased gradually.The Cigarette Factory only interested in whether the

8、 tobacco from silk wrapping workshop to workshop originally, now began to care about all the details of the system. For example: How to wrapping tobacco shop, speed of feeding , stability of the control, the availability of data acquisition , difficulties of the maintenance, the influenceon the toba

9、cco quality at different speeds, etc.Aiming at the status of original domesticCigarette Factory impossibility for wind generation feeding system and also for meeting the needs of modern factory production and device management,the second generation of Tobacco Pneumatic Conveying System was optimized

10、and implemented in this paper.Taking Zhejiang Tobacco Industry Co., Ltd. Ningbo Cigarette Factory Tobacco Pneumatic Conveying System optimization and realization project for example, the Six Sigma methodology was used on how to optimizeand implementthe wind wire system in this paper. By increasing t

11、he host computer, using Siemens WINCC technology etc., analytical and optimize PLC program, the entire control system was optimized. The operational status visualization, remote controlling and monitoring, data acquisition, and enterprise networks (MES) for communication was achieved. Thereby the st

12、ability of the wind feeding system (return duct velocity control: 12 ± 1 m / s) was enhanced and product quality was improved.Key Words：Tobacco Pneumatic Conveying Systemfor Cigarette Factory, PC systems, PLC, Six Sigma目錄摘要iAbstractii圖目錄III表目錄IV第1章 緒論11.1 課題來源與類型11.2 卷煙廠風力送絲系統(tǒng)項目概述11.3 國外風力送絲系統(tǒng)發(fā)

13、展概況21.4 風卷煙廠風力送絲系統(tǒng)優(yōu)化和實現(xiàn)的提出31.5 本文研究的容、目標41.5.1 本文研究容41.5.2 本文研究目標61.6 本文組織結(jié)構(gòu)61.7 本章小結(jié)7第2章 系統(tǒng)相關理論基礎與技術82.1 六西格瑪方法82.1.1 系統(tǒng)過程界定（define）82.1.2 系統(tǒng)測量（measure）92.1.3 系統(tǒng)分析（analyze）92.1.4 改進（improve）102.1.5 控制（control）102.2 西門子PLC S7-200112.3 上位機系統(tǒng)142.4 C語言172.5 本章小結(jié)18第3章 系統(tǒng)優(yōu)化分析193.1 系統(tǒng)概述193.2 系統(tǒng)優(yōu)化點分析193.3

14、上位機系統(tǒng)需求分析243.3.1 上位機系統(tǒng)的用戶分析243.3.2 上位機系統(tǒng)的功能分析243.3.3 上位機系統(tǒng)的界面需求263.4 上位機系統(tǒng)的開發(fā)目的與環(huán)境263.5 本章小結(jié)27第4章 上位機系統(tǒng)設計與PLC參數(shù)設計284.1 上位機系統(tǒng)設計原則284.2 上位機系統(tǒng)設計284.3 PLC程序參數(shù)設計304.3.1 PLC站點參數(shù)表314.3.2 OPC發(fā)送接收表314.4 本章小結(jié)33第5章 系統(tǒng)實現(xiàn)345.1 上位機系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境配置345.2 上位機系統(tǒng)具體實現(xiàn)365.2.1 創(chuàng)建登錄界面的圖形文件365.2.2 創(chuàng)建主頁面的圖形文件385.2.3 創(chuàng)建單機控制界面的圖形文件40

15、5.2.4 創(chuàng)建單機風速趨勢界面的圖形文件425.2.5 創(chuàng)建單機PID圖界面的圖形文件435.2.6 創(chuàng)建總管圖界面的圖形文件445.2.7 創(chuàng)建報警界面的圖形文件455.3 修改S7-200程序465.4 本章小結(jié)47第6章 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析486.1 系統(tǒng)優(yōu)化后的控制措施486.2 最終效益核實496.2.1 無形經(jīng)濟價值496.2.2 有形經(jīng)濟價值496.3 本章小結(jié)50第7章 總結(jié)與展望517.1 全文總結(jié)517.2 個人總結(jié)517.3 展望52參考文獻53作者簡歷54致56圖目錄圖 1.1風力送絲系統(tǒng)宏觀流程圖1圖 1.2上位機與原系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)5圖 1.3風力送絲系統(tǒng)圖6圖 2

16、.1 PLC的組成框圖11圖 2.2 PLC梯形語言12圖 2.3 OPC Server/Client 運作的方式16圖 2.4 OPCServer OPCGroup OPCItem 關系16圖 2.5 OPC 體系結(jié)構(gòu)17圖 3.1風機頻率與機組風速關系圖22圖 3.2風機頻率與機組壓力關系圖22圖 3.3 總管風速和機組風速關系圖23圖 3.4風速曲線模擬圖23圖 4.1上位機系統(tǒng)設計圖29圖 5.1創(chuàng)建驅(qū)動程序34圖 5.2設置網(wǎng)絡地址35圖 5.3創(chuàng)建部變量36圖 5.4登錄界面36圖 5.5上位機系統(tǒng)主頁面38圖 5.6“第112風機組”按鈕事件創(chuàng)建39圖 5.7單機控制界面的圖形文

17、件40圖 5.8“PV實際值”的屬性修改42圖 5.9單機風速趨勢圖42圖 5.10單機風速趨勢圖屬性設置43圖 5.11單機PID圖界面43圖 5.12“SP棒圖”屬性修改44圖 5.13總管界面45圖 5.14報警界面45圖 5.15報警界面屬性設置46圖 5.16 S7200程序修改46表目錄表 3.1快贏機會改進項目表20表 3.2進一步分析項目表21表 3.3需改進項目表24表 4.1需設計模塊與說明30表 4.2 PLC站點參數(shù)表31表 4.3 OPC發(fā)送接收地址表32表 6.1修改文件48表 6.2專業(yè)用戶和非專業(yè)用戶培訓表48表 6.3風速穩(wěn)定和不穩(wěn)定整絲率、碎絲率對比表49表

18、 6.4剔除率對比表50第1章 緒論1.1 課題來源與類型目前，中煙工業(yè)XX公司卷煙廠現(xiàn)有18套卷煙機（PT）設備，風力送絲系統(tǒng)是上世紀“九五”技改時期設計建設，是屬于把煙絲從制絲車間靠風力送到卷包車間概念提出的第二代產(chǎn)品。在“十五”技改中，廠房進行了接長，并增加了2套卷煙機組，送絲管路距離大大增加，風速控制更加不穩(wěn)定，故障率也大大增加，為此顧客抱怨不斷。該系統(tǒng)相比于本世紀先進的風力送絲系統(tǒng)，在風速控制穩(wěn)定性和故障率方面存在較大差距。風力送絲系統(tǒng)中風速的穩(wěn)定性的提高對提高煙絲品質(zhì)和降低不良煙支剔除率有較大影響?；诖?，本文主要結(jié)合卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的現(xiàn)狀和特點，運用“六西格瑪”方法，研究如何對

19、卷煙廠風力送絲系統(tǒng)進行優(yōu)化和實現(xiàn)，以提高風力送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性。1.2 卷煙廠風力送絲系統(tǒng)項目概述卷煙廠風力送絲系統(tǒng)（pneumatic conveying system of cut-tobacco）主要是指煙絲依靠負壓風力為載體，煙絲實現(xiàn)從喂絲機（制絲車間）到卷煙機（卷包車間）的遠距離輸送控制系統(tǒng)（如圖1.1）。圖 1.1風力送絲系統(tǒng)宏觀流程圖目前許多煙廠已經(jīng)或?qū)⒁獙嵤熃z風力輸送的系統(tǒng)，作為柔性制絲的最后環(huán)節(jié)，其意義是重大的。比較卷煙工業(yè)企業(yè)中振篩、皮帶、人力小車和風力輸送等諸多輸送方式，基于煙絲輸送性能特點和煙絲品質(zhì)比較來看，風力輸送方式具有長距離輸送，造碎低，設備簡單等優(yōu)點。風力輸送方

20、式又是一種全封閉型管道輸送系統(tǒng)，布置靈活，無二次污染。高效節(jié)能便于物料輸送和回收、為無泄漏輸送。風力輸送系統(tǒng)以強大的優(yōu)勢，將取代傳統(tǒng)的各種機械、人力輸送方式。1.3 國外風力送絲系統(tǒng)發(fā)展概況氣流輸送技術是隨著物料搬運和一些工業(yè)過程的需要而發(fā)展起來的，該技術在相當長的一段時間，只能用于輸送固粒為稀相的情形，20世紀中后期,氣力輸送1技術得到了廣泛的應用，原有的一些限制也不斷的被突破，目前氣力輸送已廣泛的應用于電力、制藥、食品、塑料、水力、化工、采礦、冶金與煙草等行業(yè)2。此外，氣力輸送在煙草行業(yè)領域也得到了推廣，1866年出現(xiàn)了煙絲的氣力輸送裝置，1891年在英國Docnranzhi制出負壓氣力輸

21、送裝置，B.C.lafmkoB等對煙絲做了大量的實驗，以后氣力輸送在煙草行業(yè)獲得應用3。對于煙草物料(葉片，煙絲，煙梗等)的收集、運輸、加工以分選，采用氣力輸送可以減少物料的損傷與污染4。在卷煙加工過程中,煙絲輸送是將貯絲柜中的煙絲輸送至卷煙機的工藝環(huán)節(jié)。當前國大多通過氣力送絲的方式或者小車送絲的方式來進行煙絲的輸送。小車送絲的輸送方式有個最大缺點就是在維護過程中比較困難而且故障經(jīng)常發(fā)生,運行的成本也較高，而且容易導致搓牌，引起嚴重的質(zhì)量事故。當前小車輸送方式陸續(xù)被風力送絲所取代，生產(chǎn)規(guī)模稍大的卷煙工業(yè)企業(yè)都已經(jīng)使用了風力送絲系統(tǒng)。卷煙行業(yè)中的風力送絲5-6，是指通過風力在送絲管道中產(chǎn)生負壓來

22、實現(xiàn)煙絲從喂絲機到卷煙機組的輸送，是目前國外卷煙機自動化供煙絲的主要方式之一。因其具有布置靈活、管理方便、適用于各種距離的水平、垂直和曲線輸送的特點，同時還可以起到松散、去雜、除塵、干燥和冷卻等作用7而應用普遍。從技術發(fā)展的角度，風力送絲系統(tǒng)的演進，大致經(jīng)歷了以下幾個階段：第一代：單管風力送絲技術90年代之前，風力送絲技術在西歐出現(xiàn)，當時由于卷煙機械的比較落后，風機運行效率底等，采用的只是單管風力送絲技術，該系統(tǒng)由喂絲機、送絲管、調(diào)節(jié)閥、集絲箱和除塵器、風機等組成，每組可供十臺以卷煙機的用絲。強調(diào)的是實現(xiàn)煙絲輸送的功能，減輕勞動強度為目的，開始向自動化方向轉(zhuǎn)化。由于一根料管同時供多臺卷煙機，在

23、最后的幾臺卷煙機處會出現(xiàn)供絲不足和煙絲造碎嚴重等缺陷，故障率非常高，且噪音高粉塵大，目前基本被淘汰。第二代：多管風力送絲技術8-9進入90年代以來，隨著高效率卷煙機械的出現(xiàn)，最具代表性的就是德國HUANI公司的PROTOS-70卷煙機（產(chǎn)能為：7000支/分）的出現(xiàn)，單管風力送絲技術已經(jīng)無法滿足多臺PROTOS-70生產(chǎn)之所需，迫使氣力輸送技術不斷進步，從單管送絲發(fā)展到多管風力送絲。一臺卷煙機單獨配備一根供料管，多臺卷煙機配備一個除塵器的技術出現(xiàn)，最典型的就是德國NEO公司的風力送絲技術。卷煙廠95技改式選用的風力送絲系統(tǒng)就是NEO公司生產(chǎn)的。該時期的多管風力送絲技術開始注重送絲速度的穩(wěn)定，開

24、始關心風速對產(chǎn)品品質(zhì)的影響，開始注重控制自動化，PLC技術廣泛使用。但該時期的系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，送絲風速波動較大，對系統(tǒng)的保養(yǎng)維護要求高，缺乏遠程控制等功能，與現(xiàn)代化工廠理念打造的要求還是存在很大差距。第三代：現(xiàn)代多管風力送絲技術進入21世紀后，德國RIEDEL公司推出了全新的新型風力送絲系統(tǒng)，利用了SACU控制器，他以控制送絲管的速度為目標，送絲速度更加穩(wěn)定，控制在±1米/秒，而且系統(tǒng)更加節(jié)能，穩(wěn)定大大提高，基本上處于免維護狀態(tài)，具備遠程控制功能，給系統(tǒng)的維護和調(diào)整帶來極大便利。但該系統(tǒng)的實施所用成本非常高，一個100萬箱生產(chǎn)規(guī)模的卷煙工業(yè)企業(yè)風力送絲系統(tǒng)所需項目資金在4000萬元左

25、右。1.4 風卷煙廠風力送絲系統(tǒng)優(yōu)化和實現(xiàn)的提出自從2000年左右全國卷煙工業(yè)企業(yè)進行大圍技改后10-12，自今未有大圍的技改。雖然各個煙廠有小的技改或擴建項目，但風力送絲系統(tǒng)未更換成本世紀先進的系統(tǒng)，因為第二代送絲系統(tǒng)更換成第三代需對整個系統(tǒng)進行更換。假如換代則會造成以下幾方面的問題：1) 全廠停產(chǎn)。風力送絲系統(tǒng)是連接制絲車間和卷包車間實現(xiàn)煙絲輸送的系統(tǒng)，假如無該系統(tǒng)，煙絲無法通過人工進行輸送，就會導致全廠停產(chǎn)，而且人工輸送對煙絲品質(zhì)影響非常大。2) 投入成本高。100萬箱/年標準產(chǎn)能的卷煙工業(yè)企業(yè)，新系統(tǒng)的投入成本約需要4000萬元人民幣，因此投入成本非常高。3) 所需時間長。系統(tǒng)的換代要

26、經(jīng)過新設備采購、舊系統(tǒng)拆除、新系統(tǒng)安裝、新系統(tǒng)調(diào)試等環(huán)節(jié)，一般所需時間在6個月左右，而且部分卷煙工業(yè)企業(yè)還不具備新系統(tǒng)的安裝條件。沒有一個卷煙工業(yè)企業(yè)能夠接受6個月的停產(chǎn)，對企業(yè)造成的損失是非常巨大的。鑒于以上原因，目前，國卷煙廠煙絲從制絲車間到卷包車間輸送的實現(xiàn)方式還是以第二代風力送絲系統(tǒng)為主。雖然已進入到21世紀，但還是未進行換代。隨著時代的進步，卷煙工業(yè)企業(yè)也得以長足發(fā)展，企業(yè)生產(chǎn)管理和設備管理的要求也不斷提高，精細化管理、TPM、數(shù)字化工廠的概念也不斷的被提出、落地實施。對風力送絲系統(tǒng)的要求也不斷的提高，原先只關心能否把煙絲從制絲車間送到卷包車間，如今開始關心系統(tǒng)的各個細節(jié)。例如：煙絲

27、如何送到卷包車間、速度如何、控制是否穩(wěn)定、是否具備數(shù)據(jù)采集功能、維護是否方便、是否可以做到免維護、不同速度對煙絲品質(zhì)的影響如何等等一系列問題?；趪頍煿I(yè)企業(yè)不可能對原有風力送絲系統(tǒng)進行換代的現(xiàn)狀，同時又要滿足現(xiàn)代化工廠的生產(chǎn)和設備管理之所需。因此，本文為提高風力送絲系統(tǒng)穩(wěn)定性、滿足現(xiàn)代化工廠生產(chǎn)管理和設備管理的需要，而嘗試進行對第二代風力送絲系統(tǒng)進行優(yōu)化并實現(xiàn)。1.5 本文研究的容、目標1.5.1 本文研究容優(yōu)化并實現(xiàn)風力送絲系統(tǒng)上位機系統(tǒng)（如圖1.2）。滿足以下需求：1) 總管風速實時值和歷史曲線、報警等顯示2) 每臺卷煙機組的風速、閥門的實時、歷史曲線、狀態(tài)報警顯示3) 每臺卷煙機組風

28、送調(diào)節(jié)的P參數(shù)，I參數(shù)和調(diào)節(jié)延遲時間的調(diào)節(jié)4) 每臺卷煙機組S7-200的通信，模塊的狀態(tài)和故障報警。5) 與廠級MES系統(tǒng)通訊的數(shù)據(jù)：每臺卷煙機組的風速，狀態(tài)和報警記錄圖 1.2上位機與原系統(tǒng)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)風力送絲系統(tǒng)的系統(tǒng)（如圖1.3）參數(shù)研究。系統(tǒng)的壓損計算，是設計通風、除塵、風送相關系統(tǒng)的主要容，對于分析系統(tǒng)問題，合理設計管網(wǎng)和風機、除塵器等動力系統(tǒng)有直接的指導作用。本次項目的壓損計算，主要作用是查驗系統(tǒng)設計和各項參數(shù)的合理性。系統(tǒng)壓損包含有物料（煙絲）輸送部分壓損H1和尾氣（輔助）部分壓損H2兩部分。H1是由煙絲經(jīng)過喂絲機絲管卷煙機集絲箱的路徑過程中產(chǎn)生的，H2則是煙絲卸料之后含塵空氣經(jīng)

29、過匯集管總管除塵器風機排出管的路徑產(chǎn)生的壓損。圖 1.3風力送絲系統(tǒng)圖單臺卷煙風送控制的研究。風速檢測裝置是檢測風速大小，該信號送至PLC通過和設定值比較PID計算后輸出控制EP閥，從而達到風速大小，穩(wěn)定的控制。該裝置部的取壓口長期處在含塵空氣中，如果由于粉塵堵塞，會造成風速檢測不準，控制失調(diào)。1.5.2 本文研究目標本文以中煙工業(yè)XX公司卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)項目為例，結(jié)合現(xiàn)代卷煙工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)的要求和風力送絲系統(tǒng)的現(xiàn)狀、特點，探討如何對第二代風力送絲系統(tǒng)進行優(yōu)化與實現(xiàn)，以達到或接近第三代系統(tǒng)的水平。具體體現(xiàn)在：實現(xiàn)遠程控制監(jiān)視功能、實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和企業(yè)網(wǎng)絡（MES）的通訊功能；提高風力

30、送絲系統(tǒng)的穩(wěn)定性（回風管風速控制在：12±1米/秒）。1.6 本文組織結(jié)構(gòu)本文將詳細介紹卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)。第一章緒論闡述了課題的來源與意義，詳細分析了國外現(xiàn)狀，課題的提出并論證了論文研究的價值所在，提出了本文研究容和目標。最后對本文的主要工作與章節(jié)安排進行了說明。第二章本章介紹了風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)所涉與到的概念和相關的技術。重點敘述了系統(tǒng)優(yōu)化時所用到的六西格瑪方法論、PLC控制技術、OPC體系架構(gòu)等容，為系統(tǒng)的優(yōu)化和實現(xiàn)打下基礎。第三章首先簡單介紹了風力送絲系統(tǒng)所基于的系統(tǒng)環(huán)境。通過運用六西格瑪分析得出風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)是需要通過硬件手段和軟件手段雙方面結(jié)合

31、完成的，硬件的優(yōu)化是比較明確的，本文將不做重點描述，本文重點描述軟件方面的改善，包括：增加上位機系統(tǒng)和PLC程序的修改。進行了用戶需求分析、功能分析、界面需求分析，在此基礎上又介紹了系統(tǒng)的設計目的和開發(fā)環(huán)境。第四章對系統(tǒng)的整體設計原則進行了描述，闡述了上位機系統(tǒng)的設計圖，明確上位機系統(tǒng)需設計的模塊，指出PLC程序如何優(yōu)化，給出了“PLC站點參數(shù)表”和“發(fā)送接收地址表”為系統(tǒng)的具體提供基礎。第五章是本文的重點。本章主要分兩部分對系統(tǒng)實現(xiàn)進行闡述。第一部分闡述了對上位機系統(tǒng)的配置和上位機系統(tǒng)的具體實現(xiàn)過程。第二部分主要闡述了PLC程序的修改過程。第六章依據(jù)六西格瑪方法，只有經(jīng)過C（控制）階段項目才

32、是完美的，核算了為卷煙廠創(chuàng)造的經(jīng)濟價值，以與估算能夠為其他卷煙廠創(chuàng)造的價值。第七章是全文的總結(jié)，并展望了未來。1.7 本章小結(jié)本章詳細介紹了課題的來源與意義，詳細分析了國外現(xiàn)狀，課題的提出并論證了論文研究的價值所在，提出了本文研究容和目標。第2章 系統(tǒng)相關理論基礎與技術本文論述的課題是卷煙廠風力送絲系統(tǒng)的優(yōu)化與實現(xiàn)，利用六西格瑪方法對本系統(tǒng)進行優(yōu)化，而且本系統(tǒng)是架構(gòu)在PLC、上位機、網(wǎng)絡通訊的一個控制管理系統(tǒng)。對此，我們?yōu)榱鞲瘳敺椒?、PLC、上位機、網(wǎng)絡通訊、的相關理論作一個介紹。2.1 六西格瑪方法六西格瑪13-14是一套系統(tǒng)的、集成的業(yè)務改進方法體系，是旨在持續(xù)改進企業(yè)業(yè)務流程，實現(xiàn)客戶

33、滿意的方法。它通過系統(tǒng)地、集成地采用業(yè)務改進流程，并對現(xiàn)有過程進行過程界定（define）、測量（measure）、分析（analyze）、改進（improve）、控制（control）簡稱DMAIC流程，消除過程缺陷和無價值作業(yè)，從而提高質(zhì)量和服務、降低成本、縮短運轉(zhuǎn)周期，達到客戶完全滿意，增強企業(yè)競爭力。統(tǒng)計數(shù)據(jù)是實施6管理的重要工具，以數(shù)字來說明一切，所有的生產(chǎn)表現(xiàn)、執(zhí)行能力等，都量化為具體的數(shù)據(jù)，成果一目了然。我們可以從各種統(tǒng)計報表中找出問題在哪里，真實掌握系統(tǒng)的缺陷情況等，而優(yōu)化的成果，如成本節(jié)約、質(zhì)量提升等，也都以統(tǒng)計資料與財務數(shù)據(jù)為依據(jù)。2.1.1 系統(tǒng)過程界定（define）過

34、程界定（define）是六西格瑪DMAIC方法的第一步驟，也是非常重要的一步。六西格瑪項目是從界定階段開始的，一般說來，在初選出項目時，對欲解決的問題往往僅有比較宏觀的考慮。我們需要通過界定階段的工作，明確問題或者流程輸出Y與其測量，明確Y的標準。我們還需要明確項目的關注領域和主要流程，將項目界定在一個比較合理的、可以把握的圍之。通過界定階段的工作，我們要明確項目的目標，測算項目預期收益，確定項目核心團隊成員等。一些工具和方法，將幫助團隊完成上述工作。常用的方法和工具有：顧客需求（VOC）分析、卡諾模型（Kano model）、SIPOC分析、相關方分析、排列圖等。所有這些工作的結(jié)果，將納入項

35、目立項表（Project charter）或特許任務書的文件，并得到主管領導的批準。2.1.2 系統(tǒng)測量（measure）測量階段是DMAIC過程的第二個階段，它既是界定階段的后續(xù)活動，也是連接分析階段的橋梁。測量是項目工作的關鍵環(huán)節(jié)，是以事實和數(shù)據(jù)驅(qū)動管理的具體體現(xiàn)。從測量階段起就要開始收集數(shù)據(jù)，并著手對數(shù)據(jù)進行分析。通過測量階段的數(shù)據(jù)收集和評估工作，可以獲得對問題和改進機會的定量化認識，并在此基礎上獲得項目實施方面的信息。正如前面所指出的，任何過程的輸入輸出關系均可以表達為：Y=f(X)式中，Y為過程的輸出結(jié)果；X為影響Y的過程輸入。正是那些關鍵的輸入變量X決定了輸出變量Y。六西格瑪項目的

36、實施過程，就是不斷地揭示兩者之間關系的過程。測量階段的工作重點是在界定階段工作的基礎上，進一步明確Y的測量，并通過收集X和Y的測量數(shù)據(jù)，定量化地描述Y。特別是通過過程分析，認識Y的波動規(guī)律，揭示過程改進的機會，識別實現(xiàn)項目目標的可能途徑和改進方向。在這個階段，需要大量的工具和方法幫助項目我們完成上述工作。比如，各種過程分析工具，文檔和圖形分析工具以與過程能力分析方法等。為了保證測量數(shù)據(jù)的準確可靠，我們還需要對測量系統(tǒng)的能力做出評估。2.1.3 系統(tǒng)分析（analyze）分析階段是DMAIC各個階段中最難以預見的階段。我們所使用的方法將在很大程度上取決于所涉與的問題與數(shù)據(jù)的特點。在這階段，DMA

37、IC我們應詳細研究資料，增強對過程和問題的理解，進而識別問題的原因，使用各分析步驟來尋找“問題根源”。有時，問題的根本原因是顯而易見的，此時，我們能很快通過分析找到；有時，影響問題的原因很多，而且非常復雜，多年來許多人都根據(jù)他們習慣的方法去工作，而沒有考慮和證明其合理性。當這種情況發(fā)生時，我們可能需要花幾周或更長的時間，使用各種工具和試用各種不同的觀點去分析，才可能得出正確的結(jié)果。我們用循環(huán)分析方法來實現(xiàn)對原因的探索。這個循環(huán)從數(shù)據(jù)的測量開始，通過對過程的分析，提出對原因的初始推測或者假設；接著收集和關注更多數(shù)據(jù)和其他看的見的證據(jù)，對這些推測或者假設做出進一步的判斷；分析循環(huán)繼續(xù)進行，各種假定

38、不斷地被確認或被拒絕，直到真正的問題根源通過嚴謹?shù)臄?shù)據(jù)分析被明確識別出來。分析步驟中最大的挑戰(zhàn)之一是正確使用工具，能夠用簡單工具找到根本原因，就不用復雜工具。有時原因是深藏而不易識別的，有時問題與其他較多因素相關聯(lián)而被糾纏混雜在一起，這是就需要用到更高級的統(tǒng)計技術或其他管理技術來確定和驗證根本原因15。2.1.4 改進（improve）通過前面三個階段的項目工作，我們對要解決的問題以與引起該問題產(chǎn)生的根本原因等有了比較準確的把握，奠定了從根本上解決這些問題的基礎。至此，我們進入了關鍵性的“改進”階段。改進階段的目標是形成針對根本原因的最佳解決方案，并且驗證這些方案是否有效的。一般來說，為了達到

39、上述目的，需要完成以下方面的工作：1) 產(chǎn)生解決方案。通常這些解決方案的產(chǎn)生需要專業(yè)知識和對流程的認識與經(jīng)驗等。2) 評價解決方案。改進方案產(chǎn)生后，需要對其優(yōu)劣進行評價。一般將從改進方案的可行性、成本投入、周期等方面，評價改進方案的優(yōu)勢與劣勢。3) 完成改進方案的風險評估。一個好的改進方案，是不能夠以給顧客或企業(yè)帶來較高的風險為代價的。4) 改進方案有效性驗證。任何改進方案均需要驗證其有效性，才能最終被確認為團隊將采取的方案。2.1.5 控制（control）作為DMAIC過程的最后一個階段，控制十分關鍵。要保持改進的成果，需要將改進階段對流程的修改或新的流程作業(yè)指導書納入作業(yè)標準和受控的文件

40、體系，并建立過程控制系統(tǒng)?？刂齐A段的主要目的是避免回到舊的習慣和程序，對人們的工作方式形成長期影響并得以保持。我們不僅需要測量和監(jiān)視結(jié)果，還要不斷說服和推銷觀念，兩者都是必要的。六西格瑪控制細節(jié)應該包括：1) 建立監(jiān)視過程，明確已經(jīng)取得的改進。2) 制定應變方案。3) 確定關鍵控制點、控制參數(shù)和控制方法。4) 形成新的程序文件或作業(yè)標準。2.2 西門子PLC S7-200SIMATIC S7-200 PLC16 是超小型化的PLC，它適用于各行各業(yè)，各種場合中的自動檢測、監(jiān)測與控制等。S7-200 PLC的強大功能使其無論單機運行，或連成網(wǎng)絡都能實現(xiàn)復雜的控制功能。PLC工作原理（如圖2.1）

41、：當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。圖 2.1 PLC的組成框圖PLC編程語言：根據(jù)國際電工委員會制定的工業(yè)控制編程語言標準（IEC1131-3），PLC有五種標準編程語言：梯形圖語言（LD）、指令表語言（IL）、功能模塊語言（FBD）、順序功能流程圖語言（SFC）、結(jié)構(gòu)文化本語言（ST）。梯形圖語言（LD）是PLC程序設計中最常用的編程語言。它是與繼電器線路類似的一種編程語言。由于電氣設計人員對繼電器控制較為熟悉，因此，梯形圖編程語言

42、得到了廣泛的歡迎和應用。梯形圖編程語言（如圖2.2）的特點是：與電氣操作原理圖相對應，具有直觀性和對應性；與原有繼電器控制相一致，電氣設計人員易于掌握。梯形圖編程語言與原有的繼電器控制的不同點是，梯形圖中的能流不是實際意義的電流，部的繼電器也不是實際存在的繼電器，應用時，需要與原有繼電器控制的概念區(qū)別對待。圖 2.2 PLC梯形語言Modbus 協(xié)議是應用于電子控制器上的一種通用語言。通過此協(xié)議,控制器相互之間、控制器經(jīng)由網(wǎng)絡（例如以太網(wǎng)）和其它設備之間可以通信。它已經(jīng)成為一通用工業(yè)標準。有了它，不同廠商生產(chǎn)的控制設備可以連成工業(yè)網(wǎng)絡,進行集中監(jiān)控。此協(xié)議定義了一個控制器能認識使用的消息結(jié)構(gòu),

43、而不管它們是經(jīng)過何種網(wǎng)絡進行通信的。它描述了控制器請求訪問其它設備的過程,如果回應來自其它設備的請求,以與怎樣偵測錯誤并記錄。它制定了消息域格局和容的公共格式。當在Modbus網(wǎng)絡上通信時,此協(xié)議決定了每個控制器須要知道它們的設備地址，識別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動。如果需要回應，控制器將生成反饋信息并用Modbus協(xié)議發(fā)出。在其它網(wǎng)絡上,包含了Modbus協(xié)議的消息轉(zhuǎn)換為在此網(wǎng)絡上使用的幀或包結(jié)構(gòu)。這種轉(zhuǎn)換也擴展了根據(jù)具體的網(wǎng)絡解決節(jié)地址、路由路徑與錯誤檢測的方法。標準的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口,它定義了連接口的針腳、電纜、信號位、傳輸波特率、奇偶校驗。控制器

44、能直接或經(jīng)由Modem組網(wǎng)。控制器通信使用主從技術，即僅設備（主設備）能初始化傳輸（查詢）。其它設備（從設備）根據(jù)主設備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應反應。典型的主設備：主機和可編程儀表。典型的從設備：可編程控制器。主設備可單獨和從設備通信，也能以廣播方式和所有從設備通信。如果單獨通信,從設備返回消息作為回應，如果是以廣播方式查詢的，則不作任何回應。Modbus協(xié)議建立了主設備查詢的格式：設備（或廣播）地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯誤檢測域。從設備回應消息也由Modbus協(xié)議構(gòu)成，包括確認要行動的域、任何要返回的數(shù)據(jù)、和錯誤檢測域。如果在消息接收過程中發(fā)生錯誤，或從設備不能執(zhí)行其命令，從設備將建

45、立錯誤消息并把它作為回應發(fā)送出去17。PROFIBUS，是一種國際化開放式不依賴于設備生產(chǎn)商的現(xiàn)場總線標準。PROFIBUS傳送速度可在 9.6kbaud12Mbaud圍選擇且當總線系統(tǒng)啟動時，所有連接到總線上的裝置應該被設成一樣的速度。廣泛適用于制造業(yè)自動化、流程工業(yè)自動化和樓宇、交通電力等其他領域自動化。PROFIBUS是一種用于工廠自動化車間級監(jiān)控和現(xiàn)場設備層數(shù)據(jù)通信與控制的現(xiàn)場總線技術?？蓪崿F(xiàn)現(xiàn)場設備層到車間級監(jiān)控的分散式數(shù)字控制和現(xiàn)場通信網(wǎng)絡，從而為實現(xiàn)工廠綜合自動化和現(xiàn)場設備智能化提供了可行的解決方案。PROFIBUS協(xié)議結(jié)構(gòu)是根據(jù)ISO7498國際標準，以開放式系統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)絡（Op

46、en System Interconnection-OSI）作為參考模型的。該模型共有七層，第一層為物理層，第二層為數(shù)據(jù)鏈路層，第三六層末使用，第七層為應用層。1) PROFIBUSDP：定義了第一二層和用戶接口。第三到七層未加描述。用戶接口規(guī)定了用戶與系統(tǒng)以與不同設備可調(diào)用的應用功能，并詳細說明了各種不同PROFIBUSDP設備的設備行為。 2) PROFIBUSFMS：定義了第一二七層，應用層包括現(xiàn)場總線信息規(guī)（Fieldbus Message Specification - FMS）和低層接口(Lower Layer Interface LLI)。FMS包括了應用協(xié)議并向用戶提供了可廣泛

47、選用的強有力的通信服務。LLI協(xié)調(diào)不同的通信關系并提供不依賴設備的第二層訪問接口。 3) PROFIBUSPA：PA的數(shù)據(jù)傳輸采用擴展的PROFIBUSDP協(xié)議。另外，PA還描述了現(xiàn)場設備行為的PA行規(guī)。根據(jù)IEC11582標準，PA的傳輸技術可確保其本征安全性，而且可通過總線給現(xiàn)場設備供電。使用連接器可在DP上擴展PA網(wǎng)絡18。 2.3 上位機系統(tǒng)可編程邏輯控制器PLC作為一種高性能的控制裝置，在控制領域已經(jīng)得到了廣泛應用，在使用PLC的控制方式中，上位監(jiān)控系統(tǒng)是其中重要組成部分。目前PLC與上位機（計算機）通信方式主要有以下幾種：1) 通過PLC開發(fā)商提供的系統(tǒng)協(xié)議與網(wǎng)絡適配器，構(gòu)成特定公

48、司產(chǎn)品的部網(wǎng)絡，其通信協(xié)議不公開?；ヂ?lián)通信必須使用開發(fā)商提供的上為組態(tài)軟件，并采用支持相應協(xié)議的外設。這種方式顯示畫面和功能往往難以滿足不同用戶的需要。2) 購買通用的上位組態(tài)軟件，實現(xiàn)上為機與PLC的通信。利用PLC廠商提供的標準通信口或由用戶自定義的自由通信口實現(xiàn)上位機與PLC互聯(lián)通信。這種方式不需要增加投資，特別適合小規(guī)?？刂葡到y(tǒng)。WinCC19 (Window s Control Center,窗口控制中心)是西門子公司實現(xiàn) PLC與上位機之間通信與上位機監(jiān)控畫面制作的組態(tài)軟件，WinCC為在標準 PC和W indowsXP環(huán)境下實現(xiàn) HMI(人機界面 )的功能。SIMATICWinC

49、C是第一個使用最新的 32位技術的過程監(jiān)視系統(tǒng)。搶先式多任務的特點適合于對過程事件的快速反應。WinCC是一個開放的HM I軟件，可與世界上主要控制器廠商的產(chǎn)品進行數(shù)據(jù)通信。它與 SIMATIC- S5/S7/505系列的通信接口，如 Profibus、FDL、DP、DDE、OPC等都包括在 WinCC基本軟件包中。此外,其他的通信接口，如 FMS、 PMC、 SIPART DR或連接其他廠商控制器的接口(AEG，Modicon，AllenBredlly，GE-Fanuc，M itsubishi)在 WinCC的可選功能中提供。另外，它隨系統(tǒng)而擴展,包括運行版和開發(fā)完全版。在容量上分為 128

50、、 256、1024和64個PowerTag變量，指來自控制器和外部過程的變量(部變量不計算在)。WinCC允許將一個32位的模擬量的PowerTag變量分為獨立的32個數(shù)字量，使用上與正常數(shù)字量的 PowerTag變量一樣。因此可提供給整個過程的 I/O點數(shù)比所標的 PowerTag變量數(shù)多?？傊?，WinCC將Windows應用程序的現(xiàn)代體結(jié)構(gòu)與使用方便的圖形設計程序結(jié)合在一起，能很方便地生成人機界面,建立完整的過程監(jiān)控解決方案。各系統(tǒng)集成商還可以將WinCC作為其系統(tǒng)的擴展基礎,通過開放接口開發(fā)自己的應用軟件。OPC20以OLE、COM（組件對象模型Component Object Mod

51、el）和DCOM（分布式組件對象模型）技術為基礎，采用客戶/服務器（Client/Server）模式，定義了一套適于過程控制應用，支持過程數(shù)據(jù)訪問、報警、事件與歷史數(shù)據(jù)訪問等功能的接口，便于不同供應商的軟硬件實現(xiàn)“即插即用”的連接與系統(tǒng)集成。作為工業(yè)控制系統(tǒng)的一種核心數(shù)據(jù)交換技術，OPC標準可以應用在許多領域，并且其功能還在不斷豐富發(fā)展之中。OPC適合于應用在很短事件更新過程數(shù)據(jù)的工業(yè)場合。OPC接口可以適用在數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)和管理控制臺之間，從數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)或分布式控制系統(tǒng)（DCS）將數(shù)據(jù)傳輸?shù)礁呒壍目蛻魬茫瑢崿F(xiàn)在線數(shù)據(jù)監(jiān)測，還可以實現(xiàn)PLC、DCS、FCS（Fieldbus Contr

52、ol System）等不同類型控制系統(tǒng)和設備的集成。甚至只要在數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)上建立OPC規(guī)，OPC客戶就可以與實時和歷史數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。OPC接口還可以通過網(wǎng)絡把最下層的控制設備的原始數(shù)據(jù)提供給作為OPC客戶端的應用程序，也適用于應用程序和物流設備的直接連接，OPC是具有高度柔性的接口標準，屏蔽不同系統(tǒng)之間的差異，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口，所以可以應用于多鐘場合。COM 是一種發(fā)展軟件組件的方法，所謂的軟件組件，是指一個可以提供應用程序、操作系統(tǒng)、以與其它組件服務的二進制可執(zhí)行程序。事實上，發(fā)展自訂的 COM 對象就好象是在建構(gòu)一套可以動態(tài)執(zhí)行的對象導向 API 一般。你可以在應用程序執(zhí)行的時期

53、隨意拼上或移除所需要的組件。依據(jù) COM 這樣的概念，發(fā)展應用程序就像是堆積木一樣，每一個 COM 組件就是一塊積木，你可以利用各式各樣不同的積木，拼湊出你所需要的應用程序。在實作上，COM 透過一組一組的接口 (Interface) 提供服務，所有 COM 組件的使用者，都必須透過這些 Interface 來使用組件提供的功能。OPC 的規(guī)格中便定義了許多 OPC Server （如圖2.3）應該提供的 Interface，要撰寫一個 OPC Server 的 COM 組件，你必須在你的組件中加入這些接口，并提供它們的實作，Client 便可以透過這些接口，操作連接到 OPC Server

54、的硬件裝置，這也就是 OPC Server/Client 運作的方式18。圖 2.3 OPC Server/Client 運作的方式OPC客戶機（如圖2.4和2.5）是訪問過程數(shù)據(jù)、消息和OPC服務器歸檔的應用程序，而OPC服務器則是處理過程數(shù)據(jù)的應用程序、各種網(wǎng)絡協(xié)議和訪問這些數(shù)據(jù)的接口之間的中間設備，它提供給不同制造商的應用程序一個標準的軟件接口，它有三層接口，依次呈包含關系。圖 2.4 OPCServer OPCGroup OPCItem 關系OPC Server/Client （如圖2.5）是一套利用微軟的 COM/DCOM 技術達成工業(yè)自動化資料取得的架構(gòu)。OPC Server 提供

55、了許多的接口，Client 端通過這些接口，可以取得與 OPC Server 相連的硬件裝置的信息，而無須了解這些硬件裝置的細節(jié)信息。也就是說，程序設計者可以使用一樣的程序代碼，操作不同的硬件裝置，充分達成 software reuse 的理想。同時，由于 COM/DCOM 已實作了網(wǎng)絡部分的細節(jié)，也使得 Client 對 OPC Server 進行遠程訪問非常容易，使程序設計者很容易地達成遠程控制的目標。圖 2.5 OPC 體系結(jié)構(gòu)2.4 C語言隨著微型計算機的日益普與，出現(xiàn)了許多C語言版本。由于沒有統(tǒng)一的標準, 使得這些C語言之間出現(xiàn)了一些不一致的地方。為了改變這種情況，美國國家標準研究所

56、(ANSI)為C語言制定了一套ANSI標準，成為現(xiàn)行的C語言標準。C語言是世界上最流行、使用最廣泛的高級程序設計語言之一。在操作系統(tǒng)和系統(tǒng)使用程序以與需要對硬件進行操作的場合，用C語言明顯優(yōu)于其它高級語言，以前有許多大型應用軟件都是用C語言編寫的（由于面向?qū)ο缶幊碳夹g的出現(xiàn)，大型軟件轉(zhuǎn)由C+、JAVA、C#再配合C語言開發(fā)；C語言在面對大型的軟件開發(fā)時，會顯得有些吃力）C語言繪圖能力強，具有可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件，三維，二維圖形和動畫。它是數(shù)值計算的高級語言。在本系統(tǒng)開發(fā)中，C語言主要用于腳本的開發(fā)，用于圖形編輯器的動作編輯器21-22。創(chuàng)建C動作的一般步驟如下：1) 打開圖形編輯器。2) 選擇期望的屬性或事件。3) 編寫執(zhí)行期望計算的函數(shù)主題、動作。4) 翻譯已完成的函數(shù)。5) 對于為對象屬性創(chuàng)建的C動作，必須定義觸發(fā)器。對于為對象事件創(chuàng)建的C動作，由于事件本事就是觸發(fā)器，所以不用再定義觸發(fā)器。6) 通過單擊動作編輯器的確