張東岳

摘 ? 要：在中國(guó)進(jìn)入到新世紀(jì)以來，經(jīng)濟(jì)水平和科技水平都得到了飛速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)逐漸加大，特別是在煙草行業(yè)。在煙草行業(yè)中為了提高煙草產(chǎn)品的品質(zhì)，就需要使用先進(jìn)的制絲線電控集成系統(tǒng)。制絲線電控集成系統(tǒng)不僅包括與制絲線工藝段控制系統(tǒng)集成，還包括與MES系統(tǒng)、原料高架庫(kù)、糖料間、膨脹煙絲生產(chǎn)線、半成品絲庫(kù)（含摻配）、成品絲庫(kù)（含風(fēng)力喂絲）等系統(tǒng)的集成。本文首先對(duì)制絲線集控系統(tǒng)進(jìn)行分析，然后從硬件和軟件兩方面進(jìn)行研究，對(duì)制絲線電控集成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用先進(jìn)的分層設(shè)計(jì)方法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

關(guān)鍵詞：制絲電控集成系統(tǒng) ?分層設(shè)計(jì) ?網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TS43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）07（b）-0006-03

自從中國(guó)進(jìn)入到新世紀(jì)以來，科技水平不斷進(jìn)步，人們的生活水平越來越高，對(duì)生活消費(fèi)品的質(zhì)量要求也越來越高，對(duì)國(guó)內(nèi)的煙草制造廠家提出了相當(dāng)高的要求。因此國(guó)內(nèi)的煙草生產(chǎn)廠家為了提高自己產(chǎn)品的質(zhì)量，在生產(chǎn)工藝上面進(jìn)行不斷的革新和進(jìn)步，特別是在煙草生產(chǎn)的控制系統(tǒng)上面，使用最先進(jìn)的控制技術(shù)來提高生產(chǎn)出來的煙草產(chǎn)品質(zhì)量。在提高煙草產(chǎn)品質(zhì)量過程中很重要的一個(gè)部分就是提高制絲工藝的技術(shù)水平，目前廠家為了提高制絲工藝的水平，使用了大量的先進(jìn)的自動(dòng)化設(shè)備，因此要求制絲線的控制系統(tǒng)必須要穩(wěn)定可靠。如果制絲控制系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，那么就會(huì)導(dǎo)致制絲生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)出現(xiàn)問題，進(jìn)而會(huì)嚴(yán)重地影響生產(chǎn)出來的煙草產(chǎn)品質(zhì)量。在制絲線控制系統(tǒng)中能夠保證制絲生產(chǎn)過程穩(wěn)定最關(guān)鍵的就是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，如果網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不合理，那么在長(zhǎng)時(shí)間使用后，網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)傳輸速度會(huì)越來越慢，并且更為嚴(yán)重的情況就是導(dǎo)致了傳輸?shù)臄?shù)據(jù)丟失，從而使生產(chǎn)停止，帶來嚴(yán)重的后果。因此設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的制絲線集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有十分重要的意義。

本文為了實(shí)現(xiàn)整個(gè)制絲線集控系統(tǒng)的可靠性，主要是從制絲線電控集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)制絲線生產(chǎn)系統(tǒng)整體進(jìn)行研究和分析，設(shè)計(jì)出穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

1 ?制絲線電控集成系統(tǒng)概述

目前在煙草企業(yè)集成管理中，最重要的一個(gè)管理環(huán)節(jié)就是制絲線生產(chǎn)過程，對(duì)制絲線生產(chǎn)過程的管理占據(jù)了企業(yè)整體管理的大部分人力和物力。從煙草企業(yè)的管理角度出發(fā)，制絲線集成電控系統(tǒng)應(yīng)該具有如下的功能。

（1）制絲線電控集成系統(tǒng)最基礎(chǔ)的控制就是能夠控制絲線生產(chǎn)設(shè)備，使它們可以合理地進(jìn)行工作，從而生產(chǎn)出滿意的產(chǎn)品。

（2）制絲線電控集成系統(tǒng)還應(yīng)對(duì)制絲線生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，便于企業(yè)進(jìn)行管理。

（3）制絲線電控集成系統(tǒng)必須要對(duì)制絲線生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，具有故障檢測(cè)和保護(hù)功能。

2 ?制絲線電控集成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)制絲線電控集成系統(tǒng)的功能和企業(yè)管理對(duì)集成電控系統(tǒng)的要求，以及目前煙草生產(chǎn)廠家在制絲工藝中所應(yīng)用的先進(jìn)控制技術(shù)，和在制絲生產(chǎn)工藝中運(yùn)用的先進(jìn)自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合，對(duì)制絲電控集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行深入的研究和分析，采用分層設(shè)計(jì)的方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)。將整個(gè)的制絲線電控集成系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有效分成三層架構(gòu)，分別是：底層的設(shè)備控制層、用于實(shí)時(shí)監(jiān)控的監(jiān)控層以及對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行管理的管理層，如圖1所示。

在制絲線電控集成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的最底層采用PROFINET為主要通信方式，同時(shí)結(jié)合了先進(jìn)的工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)提高數(shù)據(jù)的傳輸能力。在制絲線電控集成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的集中監(jiān)控管理層面采用控制層環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)，來保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的穩(wěn)定。在制絲電控集成系統(tǒng)的生產(chǎn)管理層面采用的是先進(jìn)的信息層廠級(jí)環(huán)網(wǎng)冗余結(jié)構(gòu)。這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)可以保證整個(gè)集控系統(tǒng)生產(chǎn)過程安全穩(wěn)定可靠。

3 ?制絲線電控集成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)各層設(shè)計(jì)

在設(shè)計(jì)好系統(tǒng)的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)后，需要對(duì)各個(gè)分層進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，下面將對(duì)各個(gè)分層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）底層的自動(dòng)化設(shè)備控制層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

在電控集成系統(tǒng)中關(guān)系到生產(chǎn)煙草質(zhì)量好壞的最直接的一個(gè)層面就是設(shè)備控制層面。設(shè)備控制層對(duì)于整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)來說是一個(gè)控制的大腦，它直接控制著生產(chǎn)系統(tǒng)的每個(gè)生產(chǎn)設(shè)備。只有設(shè)計(jì)好了設(shè)備控制層才可以對(duì)其他各個(gè)分層進(jìn)行設(shè)計(jì)。

底層的自動(dòng)化設(shè)備應(yīng)具有的功能如下。

①具有遠(yuǎn)程和在本地對(duì)生產(chǎn)過程或者設(shè)備進(jìn)行控制的功能，主要是在本地和遠(yuǎn)程都可以對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備進(jìn)行控制。

②故障監(jiān)測(cè)報(bào)警和保護(hù)功能，在生產(chǎn)過程中如果某個(gè)生產(chǎn)設(shè)備發(fā)生故障就需要及時(shí)的發(fā)出報(bào)警，然后采取一定的保護(hù)策略。

③對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行控制的功能，主要是可以進(jìn)行生產(chǎn)配方的對(duì)比，以及對(duì)工單自動(dòng)的下發(fā)從而進(jìn)行自動(dòng)的生產(chǎn)的功能。

④對(duì)生產(chǎn)過程中的設(shè)備進(jìn)行管理的功能，該功能主要是對(duì)各單機(jī)電控設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的管理，對(duì)設(shè)備參數(shù)具備維護(hù)功能。

根據(jù)上述設(shè)備控制層的功能，在設(shè)備控制中主要是采用了工業(yè)以太網(wǎng)來進(jìn)行通信，工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET通信穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)。在控制主站上面設(shè)計(jì)帶有相應(yīng)的PN接口，通過PN接口可以方便地通過工業(yè)以太網(wǎng)來對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)生產(chǎn)自動(dòng)化設(shè)備進(jìn)行連接。如果現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備中，沒有PROFINET通訊接口，那么也可以對(duì)PROFINET協(xié)議進(jìn)行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，或者使用主站控制器上面的PROFIBUS-DP進(jìn)口來進(jìn)行通信，這樣就完成了底層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

（2）用于實(shí)時(shí)監(jiān)控的監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

根據(jù)上面的制絲線集控系統(tǒng)整體的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，監(jiān)控層是在管理層和控制層中間，主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的制絲生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，然后將管理層的控制信息傳給控制層，將控制層的信息傳給管理層。因此在監(jiān)控層中設(shè)備一般包括用于監(jiān)控的上位機(jī)，應(yīng)用對(duì)象服務(wù)器，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器來對(duì)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。除此之外還應(yīng)該有網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備來完成網(wǎng)絡(luò)通信以及相應(yīng)的監(jiān)控軟件通信軟件等等。

監(jiān)控層主要是把從底層采集的數(shù)據(jù)根據(jù)一定的處理方式進(jìn)行過濾，然后才可以傳給管理層。監(jiān)控還需要具有一定的通訊接口和相關(guān)的數(shù)據(jù)接口來和管理層進(jìn)行通信來完成管理層指令的傳達(dá)。監(jiān)控層還需要和生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的主控器進(jìn)行相應(yīng)的通信，來對(duì)整個(gè)生產(chǎn)制絲工藝進(jìn)行相應(yīng)的監(jiān)控和管理。

因此根據(jù)上面對(duì)監(jiān)控層的功能要求，監(jiān)控層需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量比較大，所以通信介質(zhì)采用光纖進(jìn)行通信，使用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議的通訊方式。由于監(jiān)控層起到了承上啟下的作用，因此必須對(duì)監(jiān)控層的電源進(jìn)行相應(yīng)的冗余來保證監(jiān)控層在工作的時(shí)候可靠，一般監(jiān)控層中的設(shè)備都是采用UPS作為監(jiān)控層相關(guān)計(jì)算設(shè)備的主電源，然后使用現(xiàn)場(chǎng)的配電箱電源來作為相應(yīng)的冗余，這樣就可以保證監(jiān)控層在斷電的時(shí)候也可以穩(wěn)定地工作。

（3）生產(chǎn)過程進(jìn)行管理的管理層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。

在整個(gè)的制絲線電控集成系統(tǒng)中，管理層作為整個(gè)系統(tǒng)的最上層，對(duì)于煙草生產(chǎn)企業(yè)來說，是整個(gè)煙草企業(yè)最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。管理層在整個(gè)企業(yè)管理中的作用和監(jiān)控層在整個(gè)電控集成系統(tǒng)中的功能是類似的，都是起到了承上啟下的作用，管理層是把現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備層數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)的整個(gè)信息化的管理系統(tǒng)中，對(duì)整個(gè)煙草生產(chǎn)過程的全部信息進(jìn)行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理，根據(jù)生產(chǎn)要求完成對(duì)生產(chǎn)的調(diào)度。管理層還可以把現(xiàn)場(chǎng)采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過管理層自身的數(shù)據(jù)管理軟件進(jìn)行分析和整理，然后把這些統(tǒng)計(jì)好的信息傳遞到整個(gè)企業(yè)的信息化管理系統(tǒng)中，這樣企業(yè)管理者就可以對(duì)生產(chǎn)進(jìn)度等信息實(shí)時(shí)的了解，為下一步的企業(yè)戰(zhàn)略提供相應(yīng)的參考。除此之外，管理層還可以接收來自整個(gè)企業(yè)管理層下發(fā)的煙草生產(chǎn)計(jì)劃，然后傳遞給底層來完成相應(yīng)的生產(chǎn)。在管理層還可以對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)品的指標(biāo)進(jìn)行相應(yīng)的改變來指導(dǎo)實(shí)際的生產(chǎn)過程。不僅如此，管理層還可以根據(jù)底層采集到的煙草生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及設(shè)備的狀態(tài)數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)的生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行管理。

由于管理層的作用如此重要，因此根據(jù)上面管理層的功能以及相應(yīng)的要求，管理層網(wǎng)絡(luò)通信主要是采用工業(yè)以太網(wǎng)作為主要的通信方式。在管理中的主要設(shè)備包含裝有用于生產(chǎn)指令下發(fā)軟件的上位機(jī)以及相關(guān)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)來對(duì)生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。

在進(jìn)行完每個(gè)分層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)以后，設(shè)計(jì)出來的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖如圖2所示。

4 ?結(jié)論

本文主要是對(duì)制絲線電控集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)計(jì)，主要是采用了先進(jìn)的分層設(shè)計(jì)理念，將整個(gè)制絲線電控集成系統(tǒng)分為底層的設(shè)備層、中間的監(jiān)控層和上層的管理層，然后對(duì)制絲電控集成系統(tǒng)每個(gè)分層進(jìn)行相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。在底層的自動(dòng)化設(shè)備控制層網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中，分析了底層設(shè)備控制層的主要功能是對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的控制，根據(jù)這個(gè)要求設(shè)計(jì)了使用工業(yè)以太網(wǎng)來完成通信。對(duì)于用于實(shí)時(shí)監(jiān)控的監(jiān)控層網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了控制層冗余環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來保證監(jiān)控層穩(wěn)定可靠。對(duì)于生產(chǎn)過程進(jìn)行管理的管理層網(wǎng)絡(luò)，設(shè)計(jì)了信息層廠級(jí)冗余環(huán)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)來保證管理層可以實(shí)時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集處理分析，然后為企業(yè)相關(guān)的決策提供重要的參考依據(jù)。 本文設(shè)計(jì)出來的制絲線電控集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有穩(wěn)定可靠，冗余度高的特點(diǎn)可以滿足煙草企業(yè)日益增長(zhǎng)的工藝的需求。

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