煙草生產(chǎn)自動化控制和管理系統(tǒng)探討

1、煙草生產(chǎn)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(chǎn)自 動化控制的多層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計思想; 討論了基于西門子工業(yè)以太網(wǎng)控制系 統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計方法,闡述了基于 Profibus 和 EThernet 的 3級網(wǎng)絡(luò)控制系 統(tǒng)的軟硬件組態(tài)及通訊技術(shù)。關(guān)鍵詞 煙草生產(chǎn);自動化;控制;管理近年來, 隨著自動化技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的快速發(fā)展, 現(xiàn)代化工業(yè)生 產(chǎn)控制正在向以網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)、 以控制器為核心, 集自動控制與信息管理于一體的 網(wǎng)絡(luò)控制方向快速發(fā)展, 其本質(zhì)是利用計算機技術(shù)對生產(chǎn)設(shè)備及參數(shù)進行多層次 的網(wǎng)絡(luò)化控制、 監(jiān)視和管理, 提高生產(chǎn)和管理效

2、率。 本文以天水卷煙廠制絲線設(shè) 備為控制對象, 介紹一種煙草企業(yè)制絲線的小型多層網(wǎng)絡(luò)控制管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié) 構(gòu)、 硬軟件配置及各層網(wǎng)絡(luò)功能, 其主要思想是將煙草生產(chǎn)自動化控制系統(tǒng)設(shè)計 為由設(shè)備控制層子網(wǎng)絡(luò)、 集中監(jiān)控層子網(wǎng)絡(luò)和管理控制層子網(wǎng)絡(luò)的 3層網(wǎng)絡(luò)控制 系統(tǒng),各層子網(wǎng)絡(luò)之間的通訊根據(jù)其硬件不同采用不同的通訊協(xié)議和技術(shù)。1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)制絲線控制和管理系統(tǒng)共分三個層次:即設(shè)備控制層、 集中監(jiān)控層和生產(chǎn)數(shù) 據(jù)管理層。三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是相互聯(lián)系、緊密結(jié)合的,設(shè)備控制層是基礎(chǔ),是控制 的主體。 集中監(jiān)控層主要負責(zé)控制過程中的集中監(jiān)視和控制參數(shù)的下達, 是操作 平臺。生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理層負責(zé)信息數(shù)據(jù)的收集與分析

3、,并向廠級 ERP 系統(tǒng)匯總生 產(chǎn)數(shù)據(jù)、接收管理信息,是管理平臺。1.1設(shè)備控制層結(jié)構(gòu)設(shè)備控制層根據(jù)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(shè)備控制器、現(xiàn)場操作站、網(wǎng) 絡(luò)器件及端接器件通過現(xiàn)場設(shè)備總線 (SIEMENS Profibus-DP 網(wǎng) 組成,系統(tǒng)由主 站和從站構(gòu)成,通過高速雙向串行線、現(xiàn)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(wǎng)與分散的現(xiàn)場設(shè)備 (如 閥門、接近開關(guān)、光電開關(guān)、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(jié)構(gòu)集中監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù) I /O 服務(wù)器組成的 SIEMENS 工業(yè)光纖以太網(wǎng) 絡(luò)、 5臺監(jiān)控計算機、 1臺工程師站、 2臺數(shù)據(jù) I /O 服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)交換數(shù)據(jù),完成各工藝段間相關(guān)數(shù)據(jù)的傳遞。1.3生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理層結(jié)構(gòu)監(jiān)控管理層是整個車間生產(chǎn)調(diào)度與管理的核心, 除完成對生產(chǎn)線的監(jiān)控任務(wù)外,還要進行對提供生產(chǎn)必備條件的公用設(shè)備運行工況的監(jiān)控以及二者的協(xié)調(diào)

5、。 車間工藝調(diào)度監(jiān)控機接受從廠級網(wǎng)下發(fā)來的生產(chǎn)任務(wù)和工藝參數(shù), 并將生產(chǎn)任務(wù) 分解以及工藝參數(shù)確認(rèn), 授權(quán)有關(guān)人員對系統(tǒng)進行瀏覽、 參數(shù)調(diào)整:完成預(yù)定的 統(tǒng)計和報表制作任務(wù)。整個系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器 (兼工程師站 、數(shù)據(jù)庫服 務(wù)器、監(jiān)控計算機、車間工藝調(diào)度監(jiān)控機、打印機及信息網(wǎng)等組成。2. 系統(tǒng)軟硬件配置2.1設(shè)備控制層硬件配置:各工藝段設(shè)備控制層以 SIEMENS$7-400系列 PLC 為控制核心, ET200S 分布式現(xiàn)場 I /O 通過 SiemensProfiBus-DP 現(xiàn)場總線組成,包含所有的 現(xiàn)場執(zhí)行器、傳感器、電控單機設(shè)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(guān)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。軟件配置:設(shè)備層 PLC 系統(tǒng)的硬件組態(tài)及程序設(shè)計是通過 SimaticSTep7V 5.2編 程軟件進行的, 根據(jù)控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu), STep7軟件分別對各層子網(wǎng)絡(luò)的硬件進行 組態(tài),并對各主從 PLC 進行網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置。2.2集中監(jiān)控層(1兩臺工控機作為冗余數(shù)據(jù)采集 (I/O 服務(wù)器, 通過冗余工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)采 集現(xiàn)場數(shù)據(jù)、下達工藝參數(shù)。(25臺監(jiān)控計算機通過冗余數(shù)據(jù)采集服務(wù)器對各工藝段設(shè)備運轉(zhuǎn)進行監(jiān)控、 調(diào)度管理。(3網(wǎng)絡(luò)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(shè)計為 5工位。操作臺設(shè)置有相應(yīng)的操作面板,在操 作面板上可實現(xiàn)本地/遠程鑰匙

7、開關(guān)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(shù)據(jù)庫采用 MICROSOF 工公司 SOL SERVER2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。(2服務(wù)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(chǎn)數(shù)據(jù)管理層生產(chǎn)管理層由數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、 冗于磁盤陣列、 網(wǎng)絡(luò)交換機、 管理計算機及數(shù)據(jù)庫 軟件 SOL SERVER2000、 InSQL8.0等構(gòu)成。(1I/O 服務(wù)器選用 IBM 公司服務(wù)器,雙至強 CPU 、 1G 內(nèi)存, 100M

8、網(wǎng)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(shè)置一臺網(wǎng)絡(luò)交換機,提供集中監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通訊及預(yù)留與工廠級網(wǎng)絡(luò)的 通訊接口。網(wǎng)絡(luò)交換機選用 Cisco 公司 CISCO 2511產(chǎn)品:(1數(shù)據(jù)庫采用 SQL SERVER2000及工:業(yè)數(shù)據(jù)庫 InSQL 8.0。(2數(shù)據(jù)管理軟件針對天水卷煙廠的實際需求,編制生產(chǎn)調(diào)度管理、工藝參 數(shù)管理、質(zhì)量實時管理、設(shè)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(shè)備控制層用于設(shè)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(shù)據(jù)傳輸外, 設(shè)備控制 層 PROFIBUS-DP 還提供智能化設(shè)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(shè)備模擬圖分別顯示各生產(chǎn)段的生產(chǎn)運行狀況, 顯示實時生產(chǎn) 參數(shù)。 主要顯示封面、 全圖、 設(shè)備模擬圖、 直方圖、 趨勢圖、 故障報警、 控制器、 工藝參數(shù)等工藝參數(shù)和控制參數(shù)。集控線控管理、用戶管理、安全權(quán)限管理、配方管理、工藝參數(shù)管理、生產(chǎn) 數(shù)據(jù)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)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(chǎn)記 錄的打印3.3生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理層系統(tǒng)功能生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理層功能包括:系統(tǒng)管理、生產(chǎn)調(diào)度管理、工藝參數(shù)管理、質(zhì)量 實時管理、設(shè)備實時管理等。4. 結(jié)束語本文提 m 的多層網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)的設(shè)計思想具有結(jié)構(gòu)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(wǎng)絡(luò)通訊十分順暢,