摘要:传统烟草制丝线是以品牌配方的模式组织生产,为适应分组加工新工艺在制丝线中的应用,要求在品牌配方的基础上,引入模块的概念,因此传统制丝线的控制程序已不能满足分组加工工艺的要求。讨论在传统制丝线控制系统的基础上,通过对其PLC 控制系统的优化,达到了分组加工工艺的要求,提高了设备运行效率和控制精度。关键词:烟草制丝线　PLC 　控制系统1 　引言传统烟草制丝线的工艺流程是先将复烤厂加工后的烟叶及烟梗分别进行回潮、加料、切丝、烘丝,然后将烟丝按照工艺要求进行掺配、加香,最终形成卷烟品牌配方成品烟丝。近年来,以降焦减害、提高吸烟安全性、提高卷烟产品品质等目的“中式卷烟”快速兴起,分组加工工艺作为实现“中式卷烟”的一种重要手段,正受到越来越多的关注。分组加工工艺是在传统工艺的基础上,将多条制丝线上的品牌配方分成若干横向子模块或纵向子模块,对子模块按不同的工艺进行加工,再将子模块组装成品牌配方,进行掺配、加香, 最终形成品牌配方成品烟丝。 2 　工艺流程概述为适应分组加工新工艺的要求,对原有制丝线的工艺布局重新规划,调整后的制丝线工艺流程如图1 所示。 图1 　调整后的制丝线工艺流程　调整后的制丝线具有以下生产线路。 1) 传统工艺线路: ①8 000 kg/ h 制丝线→HDT烘丝机→掺配加香→成品烟丝; ②8 000 kg/ h 制丝线→KL K烘丝机→掺配加香→成品烟丝; ③3 000kg/ h 制丝线→HDT 烘丝机→掺配加香→成品烟丝; ④3 000 kg/ h 制丝线→KL K烘丝机→掺配加香→成品烟丝。 2) 分组加工工艺线路: ①8 000 kg/ h 制丝线子模块→HDT烘丝机→叶丝暂存柜; ②8 000kg/ h 制丝线子模块→KL K 烘丝机→叶丝暂存柜; ③3 000 kg/ h 制丝线子模块→HDT 烘丝机→叶丝暂存柜; ④3 000 kg/ h 制丝线子模块→KL K烘丝机→叶丝暂存柜; ⑤叶丝暂存柜(模块组装成品牌配方) →掺配加香→成品烟丝。 3 　控制系统的组成及其配置根据调整后工艺要求,控制系统划分为6 个工艺段,由6 组PLC 分别控制:8 000 kg/ h 叶片处理段Z1 ,叶丝处理段Z2 , HDT 烘丝及掺配处理段Z3 ,3 000 kg/ h 叶片处理段Z7 , KL K烘丝机处理段Z10 和叶丝暂存柜处理段Z11 。其中Z1 ,Z2 ,Z3 ,Z7 为原有控制系统,根据分组加工工艺要求修改其PLC 及监控机任务处理程序; Z10 ,Z11为新增控制段。改造后的控制系统网络结构见图2 ,分为数据管理层、集中监控层、过程控制层和设备控制层。 图2 　控制系统网络结构 3. 1 　数据管理层数据管理层包括一台管理计算机、交换机及网络打印机。管理计算机上安装微软SQLServer 2000 数据库、Visual Basic 开发软件、RSView32 和RSSql 软件。RSSql 是RockwellRSBizWare 系列软件在制造企业应用的产品模块之一; 在控制端, RSSql 可以连接RSLinx 和RSView32 ;在数据库端,RSSql 可以通过OL EDB 连接Microsof t SQL Server 2000 数据库。本层是厂级网与控制系统的接口,向上与厂管理系统及MES 系统进行数据通信,向厂领导和各职能部门发布生产数据,为厂里的决策提供依据;向下对监控计算机下发生产批次、任务信息。在管理计算机上安装两块网卡,一块以太网卡通过交换机与厂级网MES 系统连接;另一块西门子S7 1613 以太网卡通过OSM 交换机与控制系统连接。在管理计算机上还可以进行报表的统计、保存、查询、打印,贮柜储存物料的信息查询等操作。 3. 2 　集中监控层集中监控层包括4 台监控计算机、1 台工程师站和2 台带光纤口的西门子OSM ITP62工业以太网交换机。选用的OSM 集成基于Web 管理功能,可通过IE 浏览器观察网络上各个交换机的状态,根据登录权限还可对之进行相应操作,这样便于远程监控控制系统通信状态。每台监控计算机上安装西门子S7 1613 以太网卡及RSView32 组态软件,通过OSM 交换机与PLC 及管理计算机进行数据交换;工程师站上安装RS Logix5000 软件并通过OSM 交换机联入光纤环网,可以在中央控制室内对各控制段PLC 程序在线查看及修改。 3. 3 　过程控制层过程控制层包括PLC 控制柜、现场操作终端及其带光纤口的西门子OSM ITP62 工业以太网交换机,共计6 套,控制6 个工艺段。各PLC 系统之间以及PLC 与监控机之间通过抗电磁干扰能力强的100M 光纤环网连接。PLC 控制柜内的机架上安装Rockwell Con2t rolLogix 5563 CPU , 并配有以太网卡( 1756ENB T) 和DeviceNet 网卡(1756 DNB) 。以太网卡用于将控制段PLC 通过OSM 联入光纤环网,DeviceNet 网卡用于联接控制段内的现场总线设备,包括I/ O 子站、变频器、皮带秤、水分仪等设备。现场操作终端安装在PLC 控制柜的柜门上,现场操作终端选用PANEL VIEW 1000 触摸屏,集成了以太网卡,通过OSM 交换机与PLC数据通讯。 3. 4 　设备控制层包括I/ O 子站、变频器、软启动器、皮带秤、水分仪、流量计以及传感器检测机构和现场执行机构等设备。　I/ O 子站的内部布局如图3 所示。包括Turck BL20 接口模块(BL20 GW DNET) 、电 图3 　I/ O 子站内部布局图源模块、数字量输入DI、数字量输出DO、模拟量输入AI、模拟量输出AO 和Turck 负载馈电器,BL20 接口模块的功能是将子站联入DeviceNet网;4 kW 以下电机除采用变频器外用负载馈电器直接启动。变频器、水分仪、皮带秤、流量计均选用带有DeviceNet 网卡的产品,作为子站直接联入Devi2ceNet 网。 4 　控制系统功能及其特点 4. 1 　批次任务管理功能管理计算机从MES 系统接收生产批次任务,并把生产批次任务分解下发至相应的控制段监控机。监控计算机有3 种控制选择模式,分别为MES 控制/ 远程控制/ 本地控制。正常生产时,选择MES 控制模式,控制系统执行由管理计算机分解后的MES 系统下发的批次任务; 当MES 系统出现故障时,选择远程控制模式,控制系统执行在监控机上手工录入的批次任务;当需要在现场调试、检修设备时,选择本地控制模式,可以通过现场的启动、停止按钮对电机进行本地控制。 4. 2 　集中监控功能监控计算机通过图形化界面对生产线进行实时监控。控制功能包括生产线的控制模式选择,工艺参数和设备参数的设定,生产线启动、停止操作等。监视功能采用图形界面,并完全按照生产线工艺流程布置,具有生产线设备单机、分段或全局工艺流程运行状态显示以及工艺参数和设备参数的实时显示功能。监控机上还具有安全权限管理设置功能,操作人员或系统管理人员进入监控系统必须先登录,通过不同用户身份的安全级别进行权限控制,从而保证系统的安全、正常运行。 4. 3 　生产报表、统计功能每一批任务完成自动形成生产报表,包括任务批次号、使用的配方参数、开始和结束时间,重要工艺指标的最大、最小、平均值及标准偏差等统计参数,便于质检部门评价产品质量。 4. 4 　设备控制功能控制系统具有手动和自动两种工作方式,维修设备时,采用单机手动方式;正常生产时,采用自动方式。在手动方式下,操作员可以在现场通过本地开关盒上的按钮完成电机的启停,通过现场操作终端画面上的按钮实现单个电磁阀的通断。在自动方式下,操作员可通过工艺段监控计算机操作画面上的启动/ 停止功能键实现对生产线的自动控制, 最终满足工艺参数的要求。 4. 5 　电机保护和紧急断电功能控制系统对每台电机都提供保护功能,同时提供紧急断电功能,在各工艺段关键位置设置明显的紧急按钮,以备在紧急情况下能迅速切断整个工艺段的动力电源和控制电源。 4. 6 　回路控制功能对需要调节的润叶筒温度、增温增湿机压力、加香流量等进行PID 回路控制,回路控制画面如图4 所示。PID 参数在监控机上设置,有手动和自动两种控制模式。在手动控制模式时,各回路控制器输出由操作员直接输入数据调节;在自动控制模式时,各回路控制器输出由PID 软件自动调节。 图4 　回路控制画面 4. 7 　在线诊断功能控制系统可以在线诊断工艺段或主机设备启动条件是否满足,并提示尚未满足的条件,为操作人员的操作提供指导。控制系统的运行非常依赖于网络,一旦出现网络故障,会导致工艺段甚至整个生产线停产,通过网络在线诊断可以对工业以太网和现场总线故障显示、定位, 为维修人员快速排除网络故障提供帮助。 4. 8 　报警功能各工艺段均有完善的故障声光报警及消除声光报警功能,可在监控机上对报警进行确认和复位,并通过不同颜色区分报警的状态,是故障已消失,还是仍处于故障状态。 4. 9 　变频控制功能喂料机上的提升带及贮柜底带等需调节转速的电机均采用变频器进行控制, 并选装Devi2ceNet 接口网卡,使各段变频器均以现场总线方式与PLC 通讯,实现数字化信息交换。 5 　分组加工工艺的特殊功能采用分组加工工艺时,传统方