工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET革新卷煙制絲線的電控系統(tǒng)

　　卷煙企業(yè)的生產(chǎn)流程，主要是：制絲、卷接、包裝。而制絲線（Prime line）是確保保證卷煙質(zhì)量穩(wěn)定的生產(chǎn)線，同時制絲線也是的工藝流程最長、工序最繁雜、設(shè)備種類最多的生產(chǎn)線。制絲線的自動控制方式，是按葉線、梗線、配比、加香加料等工藝段劃分，先獨立通過PLC掛接現(xiàn)場總線（Fieldbus）的方式完成工藝段的控制，然后再通過以太網(wǎng)（Ethernet）將各工藝段相聯(lián)，最終完成相應(yīng)的數(shù)控采集、監(jiān)控。這種控制模式在當(dāng)前的卷煙行業(yè)內(nèi)得到了最廣泛的應(yīng)用。
　　2 當(dāng)前制絲線電控系統(tǒng)簡介及問題分析
　　2.1卷煙廠制絲線電控系統(tǒng)
　　制絲線電控系統(tǒng)是卷煙廠制絲生產(chǎn)線的控制核心。系統(tǒng)示意圖如圖1。

　　圖1 卷煙廠制絲線電控系統(tǒng)示意圖

　　原電控系統(tǒng)的各個工藝段由PLC、觸摸屏、現(xiàn)場I/O站組成控制系統(tǒng)，現(xiàn)場總線將各部件聯(lián)接；現(xiàn)場層與監(jiān)控管理層通過以太網(wǎng)交換機(jī)進(jìn)行聯(lián)接。
　　在生產(chǎn)現(xiàn)場，各工藝段的PLC負(fù)責(zé)本工藝段的控制，根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，發(fā)送相應(yīng)控制指令；現(xiàn)場總線傳送指令到達(dá)現(xiàn)場I/O站，完成對現(xiàn)場執(zhí)行器件的控制，同時采集現(xiàn)場傳感器的信號，回傳至PLC。觸摸屏顯示相關(guān)的生產(chǎn)參數(shù)，供現(xiàn)場人員了解生產(chǎn)線狀況，接收現(xiàn)場人員的生產(chǎn)操作命令。
　　監(jiān)控管理層，交換機(jī)通過以太網(wǎng)將現(xiàn)場層與監(jiān)控管理層聯(lián)接。服務(wù)器采集現(xiàn)場的生產(chǎn)信息，生成相應(yīng)報表；監(jiān)控計算機(jī)實時監(jiān)控現(xiàn)場生產(chǎn)狀況，并可發(fā)布生產(chǎn)調(diào)度計劃。
　　現(xiàn)有系統(tǒng)存在的問題
　　在原電控系統(tǒng)中，各工藝段相對獨立，工序固定單一，適合固定產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。但當(dāng)前卷煙市場競爭激烈，新產(chǎn)品的開發(fā)投產(chǎn)要求工藝技術(shù)不斷改進(jìn)，此時這類電控系統(tǒng)的剛性就暴露無遺。工藝段進(jìn)行調(diào)整時，整個工藝段的電控系統(tǒng)要重新設(shè)計；制絲線的整線調(diào)整就等同于新建一條生產(chǎn)線。此外，現(xiàn)場觸摸屏的人機(jī)界面功能單薄，而且當(dāng)現(xiàn)場操作觸摸屏出現(xiàn)問題時，其所負(fù)責(zé)的監(jiān)控的工藝段就無法實現(xiàn)人機(jī)交互的功能；更為嚴(yán)重的是，當(dāng)控制系統(tǒng)的集中監(jiān)控計算機(jī)停機(jī)（包括正常停機(jī)和故障停機(jī)）時，整條制絲生產(chǎn)線就不能正常生產(chǎn)。整個電控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)繁雜、難于維護(hù)，無法適應(yīng)目前先進(jìn)的柔性生產(chǎn)理念的要求。
　　新電控系統(tǒng)的設(shè)計
　　控制體系的選擇
　　卷煙廠的自動化已由簡單的生產(chǎn)車間自動控制、辦公室的計算機(jī)使用，延伸到了管理層、控制層、現(xiàn)場層的方方面面。正如菲尼克斯電氣在2004年首次提出信息控制一體化的理念 — 即以實時工業(yè)以太網(wǎng)（Real Time Ethernet）完成企業(yè)內(nèi)所有設(shè)備的聯(lián)接，實現(xiàn)信息流的暢通無阻。在此選用的工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET，正是基于這一理念，由INTERBUS CLUB（由菲尼克斯電氣主導(dǎo)）與PROFIBUS USER ORGANISATION（由西門子主導(dǎo)） 共同推出了。
　　PROFINET是一個整體的解決方案，它使用TCP/IP和IT標(biāo)準(zhǔn)，符合基于工業(yè)以太網(wǎng)的實時自動化體系。PROFINET能夠?qū)崿F(xiàn)與現(xiàn)場總線的無縫集成；它可以滿足用于所有客戶需要的統(tǒng)一的通信，將現(xiàn)場總線傳輸現(xiàn)場信息的實時性、使用方便、診斷功能強(qiáng)和經(jīng)濟(jì)性的特點，與工業(yè)以太網(wǎng)的多主站、通用性、同時能夠通過采用不同速率來傳輸大數(shù)量信息的特點有機(jī)地結(jié)合起來。
　　現(xiàn)場操作員終端的選擇
　　為更好地實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控，此次選用了PPC 5315工控機(jī)（菲尼克斯電氣）。此種型號的工控機(jī)滿足了原有的現(xiàn)場顯示需求，同時提供通用的WINDOWS運(yùn)行平臺，可以同時運(yùn)行多套主機(jī)商開發(fā)的程序；PCI、ISA通用擴(kuò)展槽、雙以太網(wǎng)口等接口，使通過外接擴(kuò)展卡增強(qiáng)系統(tǒng)功能異常簡單。另外考慮到工業(yè)現(xiàn)場溫度較高、濕度較大、且粉塵較多、設(shè)備工作時震動頻率大，此工控機(jī)采用無風(fēng)扇設(shè)計、工業(yè)硬盤且?guī)Х勒鸢惭b裝置。可維護(hù)性較好，同時數(shù)據(jù)信息得到良好保護(hù)。