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趙惠明（1981-）
男，河北遵化人，助理工程師，（秦皇島煙草機(jī)械有限責(zé)任公司，河北 秦皇島 066000）,現(xiàn)從事電氣產(chǎn)品設(shè)計(jì)工作。
摘要：本文主要介紹了全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)，結(jié)合寶雞制絲線(xiàn)電控系統(tǒng)，闡述了其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并對(duì)該系統(tǒng)的發(fā)展應(yīng)用前景作了描述。
關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)；技術(shù)； PROFINET；計(jì)算機(jī)
Abstract: The paper mainly introduces the integrated auto-control system combining with the architecture features of primary process in Baoji Cigarette Factory, and presents a description of its development in the future.
Key words: Network; Technology; Profinet; Computer
1 引言
全集成自動(dòng)化是一種集成的平臺(tái)，可用于整條生產(chǎn)線(xiàn)，從接受訂單到技術(shù)處理以及生產(chǎn)過(guò)程一直到發(fā)貨。全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的最大利潤(rùn)化。現(xiàn)以寶雞8000kg/h制絲線(xiàn)控制系統(tǒng)為例介紹如下：
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)按層次可劃分為設(shè)備控制層，集中監(jiān)控層，信息管理層。如圖1所示，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，大量的控制過(guò)程均在這里執(zhí)行。這三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并不是嚴(yán)格地割裂開(kāi)來(lái)，設(shè)備控制層是基礎(chǔ)，是控制的主體，大量的控制過(guò)程均在這里執(zhí)行。監(jiān)控層主要負(fù)責(zé)控制過(guò)程中的監(jiān)視和控制參數(shù)的輸入，是操作平臺(tái)。信息管理層負(fù)責(zé)信息的收集，數(shù)據(jù)的分析等任務(wù)。集中監(jiān)控層主要負(fù)責(zé)控制過(guò)程中的集中監(jiān)視和控制參數(shù)的下達(dá)，是操作平臺(tái)。生產(chǎn)數(shù)據(jù)管理層負(fù)責(zé)信息數(shù)據(jù)的收集與分析，并向廠(chǎng)級(jí)MES系統(tǒng)匯總生產(chǎn)數(shù)據(jù)、接收管理信息，是管理平臺(tái)。
圖1
2.1設(shè)備控制層
設(shè)備控制層采用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)控制系統(tǒng)，每個(gè)工藝段由電源控制柜、PLC主站、分布式I/O控制子站、觸摸屏、變頻器等組成；現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)采用PROFINET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過(guò)SCALANCE X200交換機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)各子站的通訊模塊IM151-3 PN連接起來(lái)，現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)實(shí)時(shí)采集信號(hào)，就地?cái)?shù)字化，然后通過(guò)PROFINET網(wǎng)將信號(hào)傳送到CPU中進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)相比，PROFINET是一個(gè)用于工業(yè)自動(dòng)化的革新和開(kāi)放的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61158），通過(guò)PROFINET，可將現(xiàn)場(chǎng)級(jí)的設(shè)備一直連接到管理層，使用PROFINET可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊，并支持工廠(chǎng)范圍內(nèi)的工程與組態(tài)，直到現(xiàn)場(chǎng)級(jí)均采用IT標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備控制層主要特點(diǎn)是每個(gè)工藝段都是獨(dú)立的，可以通過(guò)觸摸屏來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)本段的控制。
2.2集中監(jiān)控層
集中監(jiān)控層主要由監(jiān)控計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集服務(wù)器、工程師站及SCALANCE X414-3E交換機(jī)組成，主要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的控制、顯示設(shè)備狀態(tài)、參數(shù)設(shè)定及不同PLC之間數(shù)據(jù)交換等工作。通過(guò)冗余的環(huán)型光纖以太網(wǎng)將各主要控制段的S7-400 PLC和中控室連接起來(lái)，使監(jiān)控計(jì)算機(jī)具備了整個(gè)系統(tǒng)范圍內(nèi)監(jiān)控功能，與數(shù)據(jù)庫(kù)完全結(jié)合，生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動(dòng)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)保存，以備管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，監(jiān)控機(jī)通過(guò)C/S模式，監(jiān)測(cè)服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，這種控制方式，既能保證控制功能的實(shí)現(xiàn)，又能降低成本，在監(jiān)控機(jī)上可以監(jiān)控每個(gè)工藝段的運(yùn)行狀況，包括電機(jī)的啟停控制、故障報(bào)警，水份，溫度等參數(shù)的顯示。
（1）兩臺(tái)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器構(gòu)成冗余系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集服務(wù)器是制絲線(xiàn)監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，將客戶(hù)端通過(guò)交換機(jī)連接到主服務(wù)器和冗余服務(wù)器上，正常工作時(shí)，一臺(tái)采集數(shù)據(jù)，另一臺(tái)作同步備份，如果其中一臺(tái)服務(wù)器發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)冗余服務(wù)器會(huì)立刻投入到運(yùn)行當(dāng)中，這樣就增強(qiáng)了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
（2）工程師站主要管理現(xiàn)場(chǎng)所有PLC的程序工作狀態(tài)，安裝STEP7變成軟件，并可以在線(xiàn)對(duì)程序進(jìn)行修改和維護(hù)，可以對(duì)數(shù)采服務(wù)器進(jìn)行修改和增加變量，這樣，既不會(huì)影響生產(chǎn)，又可以修改參數(shù)。
（3）監(jiān)控計(jì)算機(jī)通過(guò)設(shè)備模擬圖（見(jiàn)圖2）分別顯示各生產(chǎn)段的生產(chǎn)運(yùn)行狀況。以數(shù)字及直方圖的形式顯示模擬量當(dāng)前測(cè)量值或設(shè)定值，以動(dòng)態(tài)圖形及不同的顏色顯示電機(jī)、閥門(mén)、光電管、限位開(kāi)關(guān)、接近開(kāi)關(guān)等元器件的當(dāng)前工作狀態(tài)，報(bào)警狀態(tài)閃爍顯示。通過(guò)監(jiān)控計(jì)算機(jī)控制全線(xiàn)各工藝段啟/停，修改進(jìn)柜煙絲（葉）煙牌，修改批次號(hào)碼或自動(dòng)接收上游系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的批次號(hào)和牌號(hào)；可集控手動(dòng)調(diào)整各種閥門(mén)和風(fēng)門(mén)。控制回路PID參數(shù)、牌號(hào)信息和設(shè)備工藝參數(shù)由集中監(jiān)控計(jì)算機(jī)自動(dòng)設(shè)定，必要時(shí)可以進(jìn)行本地設(shè)定和修改PID參數(shù)，并能設(shè)定報(bào)警參數(shù)及測(cè)量元件的測(cè)量特性及測(cè)量量程。
圖2
（4）各PLC主站之間影響設(shè)備啟停的連鎖信號(hào)（包括與上下游設(shè)備、除塵段、與自帶電控設(shè)備的主機(jī)之間）通過(guò)SCALANCE X414-3E交換機(jī)以CBA通訊方式實(shí)現(xiàn)，集控系統(tǒng)需對(duì)各種連鎖信號(hào)和數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控并記錄，通訊故障或中斷時(shí)及時(shí)報(bào)警。設(shè)備啟動(dòng)時(shí)、故障發(fā)生時(shí)同時(shí)用聲光報(bào)警提示。
2.3信息管理層
數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、綜合管理計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)等和標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)構(gòu)成信息管理層的硬件平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與集中監(jiān)控層共用。通過(guò)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)獲得信息進(jìn)行歸類(lèi)、整理和綜合分析，向下對(duì)生產(chǎn)過(guò)程作統(tǒng)一調(diào)度，信息管理層由數(shù)據(jù)服務(wù)器，Web服務(wù)器和客戶(hù)應(yīng)用服務(wù)器組成，客戶(hù)應(yīng)用機(jī)位于調(diào)度室和質(zhì)檢室，方便產(chǎn)品調(diào)配和檢驗(yàn)。
信息管理層主要用來(lái)存儲(chǔ)設(shè)備運(yùn)行過(guò)程之中的運(yùn)行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用Microsoft公司SQLServer 2005產(chǎn)品。
客戶(hù)機(jī)應(yīng)用服務(wù)器用來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)之中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢(xún)。
Web server 將工程畫(huà)面轉(zhuǎn)存成Web頁(yè)方式，以便于遠(yuǎn)端客戶(hù)可通過(guò)Internet瀏覽器來(lái)瀏覽監(jiān)控畫(huà)面，這項(xiàng)功能主要用來(lái)遠(yuǎn)程監(jiān)視，如圖1虛線(xiàn)所示。
在數(shù)據(jù)庫(kù)中和制絲線(xiàn)接口有關(guān)的文件只有一個(gè)。它存放ERP和制絲線(xiàn)雙方傳送的數(shù)據(jù)，這也意味著制絲線(xiàn)既可以從這個(gè)表中讀取ERP傳送過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，也可以把自己需要傳送給ERP的數(shù)據(jù)存放在這里。接受ERP或MES下傳指令含工藝參數(shù)代碼表、班時(shí)班次代碼表、批次、牌號(hào)、作業(yè)計(jì)劃、工藝參數(shù)設(shè)定表、在制品代碼表等，并根據(jù)要求把ERP或MES的數(shù)據(jù)傳送到PLC控制器，上傳車(chē)間采集數(shù)據(jù)含工藝檢測(cè)值、生產(chǎn)過(guò)程情況、生產(chǎn)線(xiàn)報(bào)警記錄、質(zhì)量檢測(cè)值、計(jì)劃實(shí)施情況、儲(chǔ)柜情況表等數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)功能特點(diǎn)
（1） 實(shí)現(xiàn)從傳感器/執(zhí)行器級(jí)到公司管理層的無(wú)逢信息流動(dòng)，在工廠(chǎng)各部分之間的快速數(shù)據(jù)交換，從任何位置都可獲取信息。
（2） 智能設(shè)備在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相互連接在一起。
（3） 分布式工廠(chǎng)設(shè)計(jì)降低了安裝維護(hù)成本，有利于系統(tǒng)升級(jí)擴(kuò)展。
（4） PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)，它使用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)來(lái)進(jìn)行參數(shù)化、組態(tài)和診斷，用于傳輸數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)通訊在一條總線(xiàn)上進(jìn)行。
4 結(jié)語(yǔ)
全集成自動(dòng)化是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，能對(duì)市場(chǎng)的需求快速而靈活的做出反應(yīng)，充分挖掘企業(yè)生產(chǎn)能力，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，給企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤(rùn)。
其他作者
韓佰恒（1965-），男，吉林雙陽(yáng)人，副總工程師。
參考文獻(xiàn)：
[1]PROFINET產(chǎn)品樣本IK PI.2005.
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)