1 DIET線的設(shè)計(jì)要求
本控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案吸收了目前國內(nèi)外CO2煙絲膨脹中的先進(jìn)控制技術(shù)，并結(jié)合了富通電子企業(yè)有限公司近十余年CO2煙絲膨脹線開發(fā)研究成果，以及煙草行業(yè)對CO2煙絲膨脹工藝過程提質(zhì)降耗、改善吸味、管控一體的要求。針對目前工業(yè)企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的開放性、集散性、智能性、信息電子化和網(wǎng)絡(luò)化的特點(diǎn)，確定了總體設(shè)計(jì)思路為“集中管理，綜合監(jiān)控，分散控制”，即本系統(tǒng)采用集中―分散型工業(yè)總線控制方式，將傳感器、PLC、計(jì)算機(jī)圖形、網(wǎng)絡(luò)、通訊等諸多迅速發(fā)展的技術(shù)結(jié)合在一起，用方便靈活的硬件和軟件模塊組合設(shè)計(jì)，以適應(yīng)煙廠各種不同特點(diǎn)的工藝控制要求和管理要求，即是滿足工藝要求的精確控制系統(tǒng)和滿足管理現(xiàn)代化的管理信息系統(tǒng)。
2 DIET線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
整個(gè)車間的控制和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共分為2層，即設(shè)備控制層和監(jiān)控管理層。示意圖如圖1、圖2所示。
(1) 設(shè)備層
設(shè)備層是整個(gè)車間控制系統(tǒng)的核心，包含所有的現(xiàn)場執(zhí)行器、傳感器元件、電控單機(jī)設(shè)備，以及參與控制與管理的電控元?dú)饧跋嚓P(guān)設(shè)備。整個(gè)設(shè)備層由PROFIBUS-DP網(wǎng)將整個(gè)工藝段的電控設(shè)備與該段的主CPU有機(jī)的聯(lián)接在一起。
(2) 監(jiān)控管理層
監(jiān)控層主要由控制主站、操作人員終端和控制網(wǎng)（工業(yè)以太網(wǎng)）組成。控制網(wǎng)將各控制主站間的PLC連接起來并接中控室的數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。各控制主站間、控制主站與監(jiān)控管理層間通過西門子公司的SIMATIC 100M（高速工業(yè)以太網(wǎng)）交換數(shù)據(jù)，完成各工藝段間相關(guān)數(shù)據(jù)（啟、停、故障、批次等）的傳遞。
放置各工藝段現(xiàn)場的操作員終端選用觸摸式人機(jī)界面，通過各控制主站CPU的MPI接口與網(wǎng)絡(luò)相連，完成各工藝（或設(shè)備）的本地監(jiān)示和控制操作。
管理層采用以太網(wǎng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)線的監(jiān)控、生產(chǎn)調(diào)度與管理。整個(gè)系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)采集服務(wù)器（兼工程師站、Web服務(wù)器）、交換機(jī)、監(jiān)控計(jì)算機(jī)、管理計(jì)算機(jī)、打印機(jī)以及車間級工藝調(diào)度計(jì)算機(jī)、檢測室計(jì)算機(jī)等組成。
圖1 整個(gè)車間的控制和管理系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)共分為2層
圖2 宜昌金絲BOC型CO2膨脹煙絲線電控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配置網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖
3 設(shè)備層工藝段劃分 設(shè)備層為最低層，它采用西門子公司的PROFIBUS網(wǎng)中的PROFIBUS-DP協(xié)議。在現(xiàn)場測控元件比較集中的地方，利用ET-200S系列產(chǎn)品接連到PROFIBUS-DP網(wǎng)上，這樣可減少硬件連線，減少故障點(diǎn)，大大方便了系統(tǒng)的維護(hù)。所有分布式I/O產(chǎn)品都按一定的控制范圍安裝于分布式I/O控制箱內(nèi)。分布式I/O控制箱則就近安裝于所控制的設(shè)備中間。安裝完成的防護(hù)等級達(dá)到IP54。在設(shè)備層共使用了3組西門子S7-400PLC及1組S7-300PLC。
全線控制系統(tǒng)共劃分為2個(gè)工藝段，即：冷端控制系統(tǒng)（EP1）、熱端控制系統(tǒng)（EP2）。
4 WinCC監(jiān)控系統(tǒng)的組成和功能4.1 監(jiān)控系統(tǒng)的硬件配置
在控制層共設(shè)置三臺西門子工控機(jī)，其中一臺作為現(xiàn)場操作站，放在浸漬器下蓋門處，二臺放置中控室。主要負(fù)責(zé)人機(jī)界面與PLC之間的通訊，不同控制段的數(shù)據(jù)由本段PLC負(fù)責(zé)采集，送到PLC后由人機(jī)界面采用?？刂茖又饕捎霉I(yè)以太網(wǎng)，在此層上位機(jī)除完成對PLC內(nèi)地址的讀寫操作外，還可完成一些簡單的報(bào)表和趨勢圖的顯示及打印，示意圖如圖3所示。
圖3 CO2膨絲 機(jī)組的基礎(chǔ)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
WinCC 服務(wù)器和操作站的硬件配置為：
SIEMENS工業(yè)PC 機(jī)；
CPU Pentium IV 2.2GHz (Server)；
CPU Pentium IV 2GHz (Client)；
硬盤60G，軟驅(qū)1.44MB；
RAM 1G（Server）；RAM 512M(Client)；
CD-RW (Server)；
CD-ROM (Client)；
64M 緩存顯卡；
19” 液晶顯示器；
Intel 10/100 自適應(yīng)以太網(wǎng)卡；
SIEMENS CP1613 (Server)；
工業(yè)防水鍵盤，軌跡球。
4.2 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)
CO2膨絲 機(jī)組的基礎(chǔ)自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)見上圖，筆者選用的是西門子公司的光纖將2個(gè)S7-400 PLC 控制器和1 個(gè)S7-300 PLC 控制器連到3COM 中心交換機(jī)的PLC 網(wǎng)段。工程師站、便攜編程器和HP 網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)采用雙絞線按568B 的標(biāo)準(zhǔn)連到操作臺上PC 機(jī)網(wǎng)段的邊緣交換機(jī)上。PLC 控制器與WinCC Server 之間采用SIMATIC 工業(yè)以太網(wǎng)ISO 協(xié)議通訊，WinCC Server 與WinCC Client 之間采用TCP/IP 協(xié)議通訊。PLC 室與兩個(gè)操作室之間通過光纜連接。PLC 控制器與PLC 控制器、傳動(dòng)裝置、R I/O 站通過PROFIBUS DP 現(xiàn)場總線連接。故通訊網(wǎng)絡(luò)的可靠性決定了整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)可靠運(yùn)行
4.3 軟件配置
自動(dòng)化控制系統(tǒng)軟件采用西門子公司的PCS7 V5.2 軟件包，PLC 控制器采用STEP 7 V5.2，HMI 監(jiān)控系統(tǒng)采用WinCC V5.1 版本。HMI 服務(wù)器和操作站都是采用WINDOWS 2000 操作系統(tǒng),具有開放的編程環(huán)境。WinCC V5.1中Sybase SQL Anywhere 數(shù)據(jù)庫運(yùn)行于服務(wù)器上，存儲(chǔ)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，可以通過多臺HMI Client 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換。作為Client/Server 結(jié)構(gòu)，HMI 上監(jiān)控的數(shù)據(jù)全部通過服務(wù)器提交查詢、修改等指令，通過光纖以太網(wǎng)再傳送至PLC，完成對現(xiàn)場設(shè)備的在線監(jiān)控與操作。
WinCC 作為 HMI 軟件系統(tǒng)，它將工廠控制軟件真正集成進(jìn)自動(dòng)化過程中；用戶友好組件允許新的或已存在的應(yīng)用程序的無錯(cuò)誤集成；一個(gè)過程可視化應(yīng)用程序能夠使用戶方便地觀察自動(dòng)控制過程的全部特征。
WinCC 將WINDOWS應(yīng)用程序的體系結(jié)構(gòu)和便于使用的圖形設(shè)計(jì)程序結(jié)合起來。WinCC 包括用于解決過程監(jiān)控和控制任務(wù)的所有元素：
WinCC 項(xiàng)目工程環(huán)境：
圖形―設(shè)計(jì)工廠現(xiàn)場；
歸檔―將帶時(shí)間標(biāo)識的數(shù)據(jù)/事件存儲(chǔ)到SQL 數(shù)據(jù)庫；
報(bào)表編輯器―為要求的數(shù)據(jù)產(chǎn)生報(bào)表；
數(shù)據(jù)管理器―定義并采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)。
WinCC 運(yùn)行系統(tǒng)：
允許在工廠現(xiàn)場或控制室的操作員與機(jī)械應(yīng)用相互作用。
HMI 的編程工具WinCC 具有可擴(kuò)充性、開放性：
基于客戶機(jī)/服務(wù)器模式；
從簡單到復(fù)雜的任務(wù)擴(kuò)充；
集成ODBC/SQL數(shù)據(jù)庫；
強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)接口（如OPC、OLE、ActiveX）；
通用的腳本語言ANSI C；
針對所有主要PLC 廠商的通訊接口。
4.4 WinCC實(shí)現(xiàn)的主要功能
(1) 監(jiān)控系統(tǒng)操作員管理功能
通過上位機(jī)系統(tǒng)可對車間管理人員的操作權(quán)限進(jìn)行管理，即在每天開機(jī)前上位機(jī)可對現(xiàn)場操作站的操作權(quán)限進(jìn)行分配。
圖4 監(jiān)控系統(tǒng)操作員
(2) 工藝參數(shù)的管理功能
由于不同等級的煙絲對于熱端的工藝參數(shù)有著不同的要求，所以通過上位機(jī)可對不同煙絲所對應(yīng)的一組工藝參數(shù)進(jìn)行處理，如圖5所示。
圖5 對工藝參數(shù)進(jìn)行處理
(3) 統(tǒng)計(jì)功能
通過對監(jiān)控軟件的腳本進(jìn)行編程，可對上位機(jī)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，計(jì)算出成品煙絲合格率，如圖6所示。
圖6 對上位機(jī)所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)運(yùn)算
(4) 監(jiān)控功能
位于冷熱端的工控機(jī)可對冷熱端、燃燒爐的工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，并可實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程操作及工藝參數(shù)的修改；
位于浸漬器上蓋門及壓縮機(jī)組的觸摸屏可使操作人員對浸漬器及壓縮機(jī)組進(jìn)行相應(yīng)的本地操作，并在觸摸屏上對浸漬器的19步步序及壓縮機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行指示；
上位機(jī)則可對膨脹段設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，但三臺上位機(jī)有著不同授權(quán)，每一臺上位機(jī)只能對具有授權(quán)的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控；
可對水分、溫度及流量等信號進(jìn)行趨勢圖顯示及打印。如圖7所示。
(5) 報(bào)警功能
上位機(jī)均有報(bào)警功能，并可對報(bào)警進(jìn)行應(yīng)答及復(fù)位，而且還可顯示出報(bào)警點(diǎn)位置，并通過不同顏色來區(qū)分哪些報(bào)警以做了復(fù)位，哪些報(bào)警只是做了應(yīng)答。如圖8所示。
圖7 監(jiān)控
圖8 報(bào)警
4.5 WinCC上位監(jiān)控作環(huán)境
溫度低于30℃，相對濕度50%-60%。
室內(nèi)設(shè)施：
地面采用防靜電地板，并可在地板夾層內(nèi)走線；
隔離、防塵；
視線良好，能觀察車間全貌。
提供與生產(chǎn)線獨(dú)立的220VAC電源，容量10kVA。
提供獨(dú)立接地點(diǎn)，接地電阻小于等于1Ω。
5 結(jié)語 綜上所述，宜昌金絲CO2膨脹煙絲線的WinCC 監(jiān)控系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)硬件和軟件控制思想方面都有一定的先進(jìn)性，對其它CO2線都有值得借鑒和學(xué)習(xí)地方。通過對西門子自動(dòng)化系統(tǒng)的集成降低了整個(gè)生產(chǎn)線操作故障率與操作工地勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。由于該機(jī)組自動(dòng)化水平較高，使得整個(gè)生產(chǎn)線只有6個(gè)操作工負(fù)責(zé)操作和生產(chǎn)。目前該系統(tǒng)已調(diào)試完成，運(yùn)行穩(wěn)定。
