方維嵐， 張東岳， 陳衛(wèi)松， 黃瑞環(huán)

（1.上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司，上海200082；2.北京達(dá)特集成技術(shù)有限責(zé)任公司，北京100176）

0 引言

進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，國(guó)際、國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，為了保證卷煙產(chǎn)品的品質(zhì)和穩(wěn)定性，制絲電控集成系統(tǒng)需要滿足更高的要求。制絲電控集成系統(tǒng)不僅包括與制絲線工藝段控制系統(tǒng)的集成，還包括與MES、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。本文從硬件和軟件兩方面著手，對(duì)制絲電控集成系統(tǒng)的整體數(shù)據(jù)接口模式進(jìn)行深入分析與設(shè)計(jì)，采用分層集成設(shè)計(jì)的方法，使整個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的信息傳遞更加穩(wěn)定、可靠。

1 煙草制絲電控集成系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框架概述

制絲電控集成系統(tǒng)是根據(jù)煙草生產(chǎn)線的工藝需求，通過(guò)優(yōu)選各種技術(shù)和產(chǎn)品，將各個(gè)分離子系統(tǒng)、不同的軟硬件產(chǎn)品連接成為一個(gè)完整、可靠、經(jīng)濟(jì)、有效的系統(tǒng)，并在此基礎(chǔ)上為生產(chǎn)使用者開(kāi)發(fā)定制的應(yīng)用軟件，最終完成滿足生產(chǎn)需求的一套集成系統(tǒng)。制絲電控集成系統(tǒng)主要分為“生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)”“集中監(jiān)控系統(tǒng)”“PLC控制系統(tǒng)”3個(gè)層次，該系統(tǒng)集成主要包括與MES、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。

煙草制絲線電控集成系統(tǒng)整體框架如圖1所示。

圖1 煙草制絲線電控集成系統(tǒng)整體框架層次圖

2 煙草制絲電控集成系統(tǒng)功能概述

煙草制絲線電控集成系統(tǒng)作為生產(chǎn)線控制與信息管理的重要系統(tǒng)，既要實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精細(xì)化控制，又要執(zhí)行MES系統(tǒng)所下達(dá)的任務(wù)及工藝參數(shù)，為MES提供數(shù)據(jù)支持，實(shí)現(xiàn)與原料高架庫(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。制絲生產(chǎn)線控制方式采用集中、分散型工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線控制模式，將檢測(cè)、PLC、計(jì)算機(jī)圖形、網(wǎng)絡(luò)、通訊、數(shù)據(jù)庫(kù)、信息管理等諸多發(fā)展迅速的新技術(shù)結(jié)合在一起，使用方便靈活的硬件和軟件模塊化設(shè)計(jì)，以適應(yīng)制絲生產(chǎn)線工藝控制要求和管理要求，將制造過(guò)程、生產(chǎn)管理和信息傳遞相統(tǒng)一，使上層的決策能夠迅速地作用在生產(chǎn)過(guò)程中，同時(shí)也使得當(dāng)前的生產(chǎn)信息能迅速反饋到管理層，便于全廠的統(tǒng)一安排和優(yōu)化調(diào)度，實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，為實(shí)現(xiàn)數(shù)字化工廠奠定基礎(chǔ)。整體架構(gòu)如圖2所示。

3 煙草制絲線電控集成系統(tǒng)在制絲生產(chǎn)中的集成管理

3.1 與制絲生產(chǎn)線工藝段單機(jī)電控系統(tǒng)的集成

在通常的煙草制絲線中，CX拆箱機(jī)、CBC切片回潮系統(tǒng)、AVP光譜除雜機(jī)、HT增溫增濕機(jī)、ST加料機(jī)、RC／EVO切絲機(jī)、TT烘絲機(jī)、KA供料裝置等設(shè)備通常都自帶單機(jī)電控系統(tǒng)，這些單機(jī)電控系統(tǒng)按生產(chǎn)需求配置工業(yè)級(jí)Profinet通訊模塊，且自帶操作終端，可以獨(dú)立完成該設(shè)備所包含的控制操作。

圖2 傳統(tǒng)的煙草制絲線電控集成系統(tǒng)功能框架圖

因此，根據(jù)上述特點(diǎn)，制絲線設(shè)備控制層PLC、集中監(jiān)控層SCADA系統(tǒng)與單機(jī)設(shè)備獨(dú)立電控系統(tǒng)通過(guò)Profinet網(wǎng)絡(luò)通訊實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的聯(lián)動(dòng)控制，通過(guò)建立信息交換機(jī)制，傳送聯(lián)動(dòng)準(zhǔn)備、要料、運(yùn)行等控制聯(lián)鎖信號(hào)，獲取生產(chǎn)批次、牌號(hào)、煙料信息、設(shè)備和生產(chǎn)工作狀態(tài)等重要信息，同時(shí)采集相應(yīng)關(guān)鍵工藝質(zhì)量參數(shù)。制絲線設(shè)備控制層PLC、集中監(jiān)控層SCADA系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)接口如圖3～4所示。

圖3 設(shè)備控制層PLC與制絲工藝段單機(jī)電控系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)接口圖

圖4 集中監(jiān)控層SCADA與制絲工藝段單機(jī)電控系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)接口圖

3.2 與MES系統(tǒng)的集成

制絲電控集成系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的集成主要通過(guò)生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)來(lái)完成。MES系統(tǒng)與制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)之間的關(guān)系是指揮與執(zhí)行的關(guān)系。在功能界面的劃分中，制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)具有維持制絲生產(chǎn)的必要功能，當(dāng)MES系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)能在人工干預(yù)情況下正常組織生產(chǎn)。

制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)通過(guò)Web Service技術(shù)與MES系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)交換，提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)服務(wù)。過(guò)程控制數(shù)據(jù)通過(guò)OPC技術(shù)向MES系統(tǒng)提供生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，MES系統(tǒng)自行采集。生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與MES系統(tǒng)信息交互邏輯圖詳見(jiàn)圖5。

圖5 生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與MES系統(tǒng)信息交互邏輯圖

制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是接收MES系統(tǒng)下發(fā)的生產(chǎn)任務(wù)信息，參照原料高架庫(kù)、糖香料、工藝配方信息等編制制絲批次計(jì)劃，形成工單下發(fā)到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，也能根據(jù)設(shè)備運(yùn)行情況、儲(chǔ)柜信息及其他作業(yè)的執(zhí)行情況調(diào)整和平衡不符合要求的任務(wù)，使工單按最終生產(chǎn)要求下發(fā)。在以計(jì)劃為主導(dǎo)的生產(chǎn)要求下，需要制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)對(duì)在線運(yùn)行中的設(shè)備進(jìn)行跟蹤和管理，及時(shí)獲得準(zhǔn)確的工藝信息，監(jiān)測(cè)在制品質(zhì)量，統(tǒng)計(jì)物料投入及成品產(chǎn)出。

生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與MES系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)接口如圖6所示。

3.3 與原料高架庫(kù)系統(tǒng)的集成

制絲線與原料高架庫(kù)自動(dòng)化系統(tǒng)之間的集成包括設(shè)備控制層和生產(chǎn)管理層的集成。設(shè)備控制層集成主要實(shí)現(xiàn)設(shè)備的連鎖，保證煙包、煙箱的正常出庫(kù)和生產(chǎn)的延續(xù)，確保煙包、煙箱從配方庫(kù)順利進(jìn)入制絲線的生產(chǎn)流程。原料高架庫(kù)與葉片處理段有關(guān)控制聯(lián)鎖狀態(tài)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通訊方式，傳送批次、牌號(hào)、產(chǎn)量、準(zhǔn)備好等信息。設(shè)備控制層與原料高級(jí)庫(kù)系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)接口圖詳見(jiàn)圖7。

同時(shí)，制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與原料高架庫(kù)物流系統(tǒng)間接口集成設(shè)計(jì)是保障制絲生產(chǎn)的根本條件，具體業(yè)務(wù)流程信息與數(shù)據(jù)交互信息如圖8所示。

圖6 生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與MES系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)接口圖

圖7 設(shè)備控制層與原料高級(jí)庫(kù)系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)接口圖

圖8 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與原料高架庫(kù)系統(tǒng)的集成數(shù)據(jù)接口圖

3.4 與糖料間系統(tǒng)的集成

與糖料間系統(tǒng)的集成主要由生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)來(lái)完成。糖料廚房主要根據(jù)原料配方進(jìn)行料液配比，并根據(jù)制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)的要求為生產(chǎn)提供糖料。制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)分解生成加料段批次生產(chǎn)工單，會(huì)將一天中所有批次生產(chǎn)工單發(fā)送給糖料廚房系統(tǒng)，糖料廚房系統(tǒng)根據(jù)接收到的生產(chǎn)任務(wù)單制定調(diào)制計(jì)劃，做出料液需求測(cè)算，并將相關(guān)信息傳送給制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)。生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與糖料廚房的集成數(shù)據(jù)接口業(yè)務(wù)主要由以下三部分組成，分別為“備料業(yè)務(wù)”“加料業(yè)務(wù)”“料液輸送業(yè)務(wù)”。具體業(yè)務(wù)接口如圖9～11所示。

圖9 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與糖料廚房備料業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖10 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與糖料廚房加料業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖11 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與糖料廚房料液輸送業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

3.5 與膨脹煙絲系統(tǒng)的集成

與膨脹煙絲系統(tǒng)的集成主要由設(shè)備控制層PLC與生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)完成。

制葉絲線根據(jù)任務(wù)要求可以向膨脹煙絲系統(tǒng)提供煙絲，同時(shí)制葉絲線PLC與膨脹煙絲系統(tǒng)存在控制連鎖和信息交互的關(guān)系。雙方采用PLC直連方式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通訊，傳遞內(nèi)容主要包括運(yùn)行連鎖信號(hào)、批次號(hào)、批次比對(duì)、報(bào)警等信息。

同時(shí)，制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)要對(duì)膨脹煙絲系統(tǒng)的生產(chǎn)任務(wù)進(jìn)行集成，包括膨前備料段、冷端、熱端、膨絲儲(chǔ)絲段（含膨絲入庫(kù)、膨絲外運(yùn)），如圖12～16所示。

圖12 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與膨前備料段業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖13 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與膨絲冷端業(yè)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖14 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與膨絲熱端業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

3.6 與半成品絲庫(kù)系統(tǒng)的集成

制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)會(huì)根據(jù)產(chǎn)品配方路徑信息將烘絲段批次生產(chǎn)任務(wù)單分解生成半成品絲入庫(kù)工單或摻配加香工單（含半成品絲出庫(kù)）。在摻配大批生產(chǎn)結(jié)束或換牌時(shí)，生成余料回收工單。

圖15 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與膨絲柜入柜業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖16 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與膨絲儲(chǔ)絲柜出柜業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

（1）半成品絲入庫(kù)工單（煙絲烘絲后直接入庫(kù)）

（2）摻配加香工單（煙絲烘絲后直接摻配，含半成品絲出庫(kù)工單）

摻配加香工單同時(shí)包含半成品絲庫(kù)出庫(kù)和摻配段兩個(gè)工單，半成品庫(kù)WMS系統(tǒng)將工單進(jìn)行分解，工單結(jié)束后要同時(shí)將半成品庫(kù)出庫(kù)信息和摻配加香的生產(chǎn)任務(wù)執(zhí)行情況等相關(guān)信息上報(bào)給制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)。

（3）余料回收工單（摻配大批生產(chǎn)結(jié)束或換牌時(shí)生成余料回收工單）

具體數(shù)據(jù)交互接口如圖17～19所示。

3.7 與成品絲庫(kù)（含風(fēng)力喂絲）系統(tǒng)的集成

成品煙絲箱式儲(chǔ)存系統(tǒng)是制絲線電控集成系統(tǒng)的一部分，其生產(chǎn)任務(wù)由制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)統(tǒng)一管理。制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)生成成品煙絲箱式儲(chǔ)存入庫(kù)工單和成品煙絲箱式儲(chǔ)存出庫(kù)工單（含風(fēng)力喂絲工單），分別控制成品煙絲的入庫(kù)和出庫(kù)（風(fēng)力送絲）。具體數(shù)據(jù)交互接口如圖20～21所示。

圖17 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與半成品絲庫(kù)入庫(kù)業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖18 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與半成品絲庫(kù)摻配加香業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖19 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與半成品絲庫(kù)余料回收業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖20 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與成品絲庫(kù)入庫(kù)業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

圖21 制絲生產(chǎn)執(zhí)行管理系統(tǒng)與成品絲庫(kù)出庫(kù)業(yè)務(wù)集成數(shù)據(jù)接口圖

4 結(jié)束語(yǔ)

煙草制絲電控集成系統(tǒng)通過(guò)與生產(chǎn)線多方系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和集成，有力地保證了產(chǎn)品的質(zhì)量，提高生產(chǎn)管理的科學(xué)性。系統(tǒng)通過(guò)為各相關(guān)系統(tǒng)預(yù)留良好的數(shù)據(jù)接口，以保證必要的信息傳遞暢通無(wú)阻，使上層管理者可以實(shí)時(shí)了解制絲、卷接包生產(chǎn)和物流自動(dòng)化等生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的情況，為及時(shí)做出合理決策提供依據(jù)。同時(shí)實(shí)現(xiàn)了全程生產(chǎn)跟蹤監(jiān)測(cè)，滿足了大型工業(yè)集成系統(tǒng)根據(jù)相關(guān)法規(guī)和市場(chǎng)要求提供生產(chǎn)物料的全程正向和逆向追溯功能的要求。