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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)計工作。
摘要：本文主要介紹了全集成自動化控制系統(tǒng)，結(jié)合寶雞制絲線電控系統(tǒng)，闡述了其結(jié)構(gòu)特點，并對該系統(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
全集成自動化是一種集成的平臺，可用于整條生產(chǎn)線，從接受訂單到技術(shù)處理以及生產(chǎn)過程一直到發(fā)貨。全集成自動化控制系統(tǒng)，可以提高企業(yè)的生產(chǎn)效率，節(jié)約成本，實現(xiàn)產(chǎn)品的最大利潤化。現(xiàn)以寶雞8000kg/h制絲線控制系統(tǒng)為例介紹如下：
2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
全集成自動化控制系統(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)格地割裂開來，設(shè)備控制層是基礎(chǔ)，是控制的主體，大量的控制過程均在這里執(zhí)行。監(jiān)控層主要負(fù)責(zé)控制過程中的監(jiān)視和控制參數(shù)的輸入，是操作平臺。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)控制過程中的集中監(jiān)視和控制參數(shù)的下達(dá)，是操作平臺。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，并向廠級MES系統(tǒng)匯總生產(chǎn)數(shù)據(jù)、接收管理信息，是管理平臺。
圖1
2.1設(shè)備控制層
設(shè)備控制層采用現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)，每個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)場總線采用PROFINET網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。通過SCALANCE X200交換機(jī)將現(xiàn)場各子站的通訊模塊IM151-3 PN連接起來，現(xiàn)場總線實時采集信號，就地數(shù)字化，然后通過PROFINET網(wǎng)將信號傳送到CPU中進(jìn)行處理。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場總線相比，PROFINET是一個用于工業(yè)自動化的革新和開放的工業(yè)以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEC 61158），通過PROFINET，可將現(xiàn)場級的設(shè)備一直連接到管理層，使用PROFINET可以實現(xiàn)系統(tǒng)范圍內(nèi)的通訊，并支持工廠范圍內(nèi)的工程與組態(tài)，直到現(xiàn)場級均采用IT標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)備控制層主要特點是每個工藝段都是獨立的，可以通過觸摸屏來實現(xiàn)對本段的控制。
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，主要實現(xiàn)現(xiàn)場設(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，使監(jiān)控計算機(jī)具備了整個系統(tǒng)范圍內(nèi)監(jiān)控功能，與數(shù)據(jù)庫完全結(jié)合，生產(chǎn)數(shù)據(jù)自動寫入數(shù)據(jù)庫保存，以備管理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，監(jiān)控機(jī)通過C/S模式，監(jiān)測服務(wù)器中的數(shù)據(jù)，這種控制方式，既能保證控制功能的實現(xiàn)，又能降低成本，在監(jiān)控機(jī)上可以監(jiān)控每個工藝段的運行狀況，包括電機(jī)的啟停控制、故障報警，水份，溫度等參數(shù)的顯示。
（1）兩臺數(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)器是制絲線監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，將客戶端通過交換機(jī)連接到主服務(wù)器和冗余服務(wù)器上，正常工作時，一臺采集數(shù)據(jù)，另一臺作同步備份，如果其中一臺服務(wù)器發(fā)生故障時，另一臺冗余服務(wù)器會立刻投入到運行當(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)場所有PLC的程序工作狀態(tài)，安裝STEP7變成軟件，并可以在線對程序進(jìn)行修改和維護(hù)，可以對數(shù)采服務(wù)器進(jìn)行修改和增加變量，這樣，既不會影響生產(chǎn)，又可以修改參數(shù)。
（3）監(jiān)控計算機(jī)通過設(shè)備模擬圖（見圖2）分別顯示各生產(chǎn)段的生產(chǎn)運行狀況。以數(shù)字及直方圖的形式顯示模擬量當(dāng)前測量值或設(shè)定值，以動態(tài)圖形及不同的顏色顯示電機(jī)、閥門、光電管、限位開關(guān)、接近開關(guān)等元器件的當(dāng)前工作狀態(tài)，報警狀態(tài)閃爍顯示。通過監(jiān)控計算機(jī)控制全線各工藝段啟/停，修改進(jìn)柜煙絲（葉）煙牌，修改批次號碼或自動接收上游系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的批次號和牌號；可集控手動調(diào)整各種閥門和風(fēng)門。控制回路PID參數(shù)、牌號信息和設(shè)備工藝參數(shù)由集中監(jiān)控計算機(jī)自動設(shè)定，必要時可以進(jìn)行本地設(shè)定和修改PID參數(shù)，并能設(shè)定報警參數(shù)及測量元件的測量特性及測量量程。
圖2
（4）各PLC主站之間影響設(shè)備啟停的連鎖信號（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SCALANCE X414-3E交換機(jī)以CBA通訊方式實現(xiàn)，集控系統(tǒng)需對各種連鎖信號和數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)控并記錄，通訊故障或中斷時及時報警。設(shè)備啟動時、故障發(fā)生時同時用聲光報警提示。
2.3信息管理層
數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、綜合管理計算機(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。網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與集中監(jiān)控層共用。通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，對獲得信息進(jìn)行歸類、整理和綜合分析，向下對生產(chǎn)過程作統(tǒng)一調(diào)度，信息管理層由數(shù)據(jù)服務(wù)器，Web服務(wù)器和客戶應(yīng)用服務(wù)器組成，客戶應(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。
信息管理層主要用來存儲設(shè)備運行過程之中的運行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫軟件采用Microsoft公司SQLServer 2005產(chǎn)品。
客戶機(jī)應(yīng)用服務(wù)器用來對數(shù)據(jù)庫之中的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢。
Web server 將工程畫面轉(zhuǎn)存成Web頁方式，以便于遠(yuǎn)端客戶可通過Internet瀏覽器來瀏覽監(jiān)控畫面，這項功能主要用來遠(yuǎn)程監(jiān)視，如圖1虛線所示。
在數(shù)據(jù)庫中和制絲線接口有關(guān)的文件只有一個。它存放ERP和制絲線雙方傳送的數(shù)據(jù)，這也意味著制絲線既可以從這個表中讀取ERP傳送過來的數(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、班時班次代碼表、批次、牌號、作業(yè)計劃、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，上傳車間采集數(shù)據(jù)含工藝檢測值、生產(chǎn)過程情況、生產(chǎn)線報警記錄、質(zhì)量檢測值、計劃實施情況、儲柜情況表等數(shù)據(jù)。
3 系統(tǒng)功能特點
（1） 實現(xiàn)從傳感器/執(zhí)行器級到公司管理層的無逢信息流動，在工廠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)場運行，并通過網(wǎng)絡(luò)相互連接在一起。
（3） 分布式工廠設(shè)計降低了安裝維護(hù)成本，有利于系統(tǒng)升級擴(kuò)展。
（4） PROFINET基于工業(yè)以太網(wǎng)，它使用TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行參數(shù)化、組態(tài)和診斷，用于傳輸數(shù)據(jù)的實時通訊在一條總線上進(jìn)行。
4 結(jié)語
全集成自動化是現(xiàn)代企業(yè)發(fā)展的必然趨勢，能對市場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)品上市時間，給企業(yè)創(chuàng)造更大的利潤。
其他作者
韓佰恒（1965-），男，吉林雙陽人，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：11010802023656號