張 琪，張志洋，趙忠?guī)?/p>

（山東中煙工業(yè)有限責任公司青州卷煙廠，山東濰坊 262500）

0 引言

隨著煙草行業(yè)企業(yè)的發(fā)展，對生產(chǎn)效率與質量也提出更高的要求，因此煙草機器設備更新?lián)Q代納入到企業(yè)發(fā)展重要日程中，引入并融合自動化技術產(chǎn)品來提高煙草生產(chǎn)和動力設備的自動化水平以及控制系統(tǒng)的能力。提高煙草企業(yè)生產(chǎn)效率與質量。

1 煙草行業(yè)動力系統(tǒng)概述

動力系統(tǒng)由空壓站、除塵站、制冷站、空調調節(jié)系統(tǒng)、熱力轉換站、供氣站、凝水站、污水處理站、軟化水站等構成，動力設備主要作用是進行污水、軟化水的處理，以及負責整個煙草廠生產(chǎn)、辦公單位的水、電、氣、汽的保障。

2 PLC 在煙草行業(yè)集控系統(tǒng)中的應用

2.1 PLC 含義和特點

PLC 是可靠且易于改造的控制器，該自動化產(chǎn)品具有能耗小、體積小、抗干擾性強的優(yōu)點。隨著科技的快速發(fā)展，各個行業(yè)對產(chǎn)品自動化要求提高，PLC 的服務價值逐漸體現(xiàn)。在PLC技術應用過程中需要搭配其他系統(tǒng)一起使用，借此來提高工作效率，節(jié)約生產(chǎn)資源。

PLC 的應用特點可概括為以下3 點：①PLC 產(chǎn)品使用的通信協(xié)議統(tǒng)一，方便不同商家產(chǎn)品之間的信息聯(lián)動，增強通信開放性；②將現(xiàn)場作業(yè)和總線結合，在實際應用中需要使用大量傳感器接口和相應執(zhí)行器；③通信程序設計簡單化，例如其自動接收與發(fā)送的功能，只要編寫一側的程序就能實現(xiàn)，為減少程序編寫量還在此基礎上進行對接口軟件的設計完善，使其更好地和其他軟件對接，擴大其應用范圍。

2.2 PLC 在煙草集控系統(tǒng)中的應用作用

PLC 在煙草行業(yè)中的應用體現(xiàn)在以下3 各方面：①PLC 產(chǎn)品因為通信功能完善，且預留通信所需的接口，可實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，具有較好的聯(lián)網(wǎng)和通信的功能；②PLC 主要控制對象是產(chǎn)品生產(chǎn)過程，包括各種模擬量、流量、溫度、壓力等參數(shù)的控制，能實現(xiàn)對產(chǎn)品設計生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的閉環(huán)式控制。當前在煙草行業(yè)中，采用的閉環(huán)式控制系統(tǒng)大部分是PID 調節(jié)，大型PLC 設備安裝有PID 模塊；③新型PLC 設備集成多種功能，包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)排列、數(shù)據(jù)轉換等。在數(shù)據(jù)處理中首先進行處理數(shù)據(jù)和存儲器存儲數(shù)據(jù)的比較，再將數(shù)據(jù)轉送到其他裝置中，利用遠程設備實現(xiàn)操作和控制。其次對開關量的邏輯控制，利用PLC 代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器，實現(xiàn)對邏輯和順序的控制，同時利用PLC設備對多臺設備進行控制。根據(jù)所要控制對象的特點將其加工成相應的模板，此后一系列操作根據(jù)此模板開展，在系統(tǒng)靈活性和功能方面都更加完善和靈活。

3 系統(tǒng)結構和系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)結構

煙草廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)由自動化生產(chǎn)設備和車間生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)采工作站、WinCC 集控層和業(yè)務應用層構成，其中現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集工作站的主要作用是，一方面從設備上根據(jù)接口采集管理需要采集數(shù)據(jù)，另一方面則為其他管理系統(tǒng)提供部署在生產(chǎn)現(xiàn)場的軟硬件工作平臺，便于其他系統(tǒng)之后的部署工作。集控系統(tǒng)中的服務器為整個子系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)中心，即數(shù)據(jù)采集工作站所采集的所有數(shù)據(jù)都要進入到服務器中實現(xiàn)集中化管理，生產(chǎn)系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)也全部都由服務器采集管理。集控系統(tǒng)的服務器直接使用服務器的數(shù)據(jù)，通過分層處理后使集控系統(tǒng)更專注數(shù)據(jù)的跟蹤分析和后期展示，集控系統(tǒng)和其他系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換來獲得設備配置信息和其他基礎性信息，集控系統(tǒng)同時完成數(shù)據(jù)直接轉換，為其他系統(tǒng)提供處理后的數(shù)據(jù)并存儲在數(shù)據(jù)庫中。

控制系統(tǒng)中的監(jiān)控畫面包括流程界面、工藝選擇、電機手動、頻率調節(jié)和報警信息等界面，其中流程界面是開機顯示界面，顯示的是動力系統(tǒng)各個設備的運行情況，可以查看相關設備的詳細信息。在各個站中設置PID 控制調節(jié)模塊以實現(xiàn)相應的控制調節(jié)、狀態(tài)查詢等功能。選擇電機控制方式，按下自動控制按鈕，各系統(tǒng)設備便能自動運行，選擇手動控制中可以現(xiàn)場手動開啟電機[1]。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有按照生產(chǎn)工藝要求自動啟停、自動調節(jié)工藝參數(shù)、故障診斷以及聲光報警、聯(lián)鎖啟停、顯示工藝流程情況和工藝參數(shù)的功能，同時還具有實現(xiàn)對電機過熱、過壓、過流、缺相的保護功能?？刂葡到y(tǒng)以自動化控制為主，結合觸摸屏和本地手動控制方式。

西門子自動化產(chǎn)品的煙草集控系統(tǒng)，基于Wincc 集控平臺，實現(xiàn)對動力源集控子系統(tǒng)的配置，并利用Web 發(fā)布，將分散的數(shù)據(jù)集合在一起，實現(xiàn)集中化管理的目標。同時也實現(xiàn)綜合分析、統(tǒng)一規(guī)劃和利用全部資源，在一個系統(tǒng)中能及時直觀地了解其他各設備的運行狀況以及執(zhí)行情況。通過有效、實時的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分布的現(xiàn)場數(shù)據(jù)信息，結合廣泛且分布式的、可擴展的自動化平臺，能實時動態(tài)反映動力系統(tǒng)的各種動力源及其設備的運行情況。

4 自動化產(chǎn)品及技術在煙草動力系統(tǒng)中的應用

4.1 在污水處理中的應用

煙草生產(chǎn)產(chǎn)生的污水狀況比較惡劣，其中含有較多的酸堿性物質以及超標的金屬含量，這種較惡劣的水質情況可能會對動力系統(tǒng)及其設備產(chǎn)生很大的傷害。為此，需要采用自動化產(chǎn)品對污水處理進行集中控制。污水處理中使用的自動化控制設備必須具備極高的靈活性和靈敏度，能實現(xiàn)對水質實時、精確監(jiān)控，并及時將污水處理問題進行反饋和調節(jié)。實現(xiàn)對污水中溫度、酸堿度、電導率、水位等多種參數(shù)精確監(jiān)測和采集，并實現(xiàn)信息自動化處理。

（1）污水處理自動化系統(tǒng)的組成和特點。污水處理中使用的PLC 自動化控制系統(tǒng)主要采用三級控制方式，結合控制單元把電動閥門等控制器完成反饋和調節(jié)控制。

（2）參數(shù)測量和控制。自動化技術在污水處理環(huán)節(jié)中的應用主要包括酸堿度、溫度和溶解氧量的測量和控制。其中酸堿度測量采用電位法得到污水酸堿度電信號，再經(jīng)過處理后傳遞給控制器進行實時控制。溫度的測量中是利用傳感器技術實現(xiàn)對各個階段水溫的測定，常用靈敏度較高的鉑熱電阻為傳感器，將污水中水溫信號變?yōu)橄鄳碾妷盒盘栠M行傳遞，并結合分析計算軟件得到水溫具體值。對于溶解氧量的測量，是為了制定更加科學的曝氣方案，需要借助自動化技術和設備進行精確測定[2]。

4.2 在除塵站中的應用

煙草廠除塵站由除塵風機、除塵倉、自動控制閥門等部分組成，各部分在常規(guī)運行中，依托于PLC 系統(tǒng)來完成調配任務。同時在除塵站工作期間，會利用獲取到的Wincc 監(jiān)控畫面，對于整個運營過程進行監(jiān)管。該系統(tǒng)在應用過程中，除了對系統(tǒng)整體運行狀態(tài)進行監(jiān)控外，還可以根據(jù)需求進行單體設備運行狀態(tài)的查看，實現(xiàn)遠程操作與及時預警。

（1）自動化控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用遠程分布式I/O 模式，采用熱插拔總線用來連接其他部位，從而為系統(tǒng)檢修創(chuàng)造便利。而且主控室中設置多臺工控機。其中的下位機PLC 程序會將系統(tǒng)進一步細分為若干子系統(tǒng)，如粉塵捕集系統(tǒng)、在線清灰系統(tǒng)、風機系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)等，并且在系統(tǒng)設計期間，也會優(yōu)化現(xiàn)有的設計思路，如采用模塊化思路來細分系統(tǒng)運行功能，同時也簡化了控制代碼總量，更加便于信息存儲工作的進行。

（2）控制流程實現(xiàn)：①粉塵捕集系統(tǒng)，各個除塵管道上的電動閥門自動投入和粉塵機實現(xiàn)聯(lián)鎖，在控制系統(tǒng)啟動后粉塵機會根據(jù)指令自動打開閥門，進行粉塵收集工作的準備，該過程會提前正式啟動前幾秒鐘，同理在系統(tǒng)完成工作后也會延長幾秒后再關閉電動閥門；②在線清灰系統(tǒng)。采用袋式除塵器進行脈沖在線清灰，綜合分室反吹與脈沖清灰的技術，使用自動控制清灰工作機制，采用多個脈沖閥門根據(jù)時間循環(huán)動作編制成一個功能塊FC1，清灰系統(tǒng)控制作為一個模塊編制成一個功能塊FC2，根據(jù)FC2 再根據(jù)時間設定調取FC1，F(xiàn)C1 對多個除塵倉中的多個脈沖閥進行自動化控制；③風機系統(tǒng)。除塵風機使用高壓變頻控制方式，將風機定子溫度、軸承溫度作為報警引入聯(lián)鎖，在電動閥門開啟時同時啟動風機，風機入口閥門開啟，清灰系統(tǒng)隨之運行，在粉塵機停機后延時幾秒后再關閉風機，再停止幾秒后關閉清灰系統(tǒng)；④卸灰系統(tǒng)，開啟自動排灰程序后按順序循環(huán)排灰[3]。

（3）調試和處理：除塵器清灰周期與清灰時間將影響灰塵捕集的性能與運行狀態(tài)，若清灰的時間太短，會因為過度頻繁的清灰而導致粉塵二次進入濾袋導致濾袋堵塞或破損?？梢詫⑾到y(tǒng)中所有虛幻參數(shù)利用自制功能模塊FB1 完成格式轉換并存儲在相關程序中，可以根據(jù)實際情況隨時更改清灰和排灰的時間、動作次數(shù)等參數(shù)，確保設備及其系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。除塵倉前后壓強的差值變化也會對系統(tǒng)運行產(chǎn)生影響，如果壓差太大則會導致濾袋被堵塞、粉塵板結，導致清灰系統(tǒng)灰斗積灰堵塞，無法發(fā)揮清灰系統(tǒng)的作用；若壓差太小，則會導致濾袋破損、管道堵塞或閥門關閉，導致箱體出現(xiàn)泄漏，進而對整個生產(chǎn)產(chǎn)生影響。為此，可以將壓差做成聲光報警并增設一個定阻清灰控制程序，在壓差過大的情況下通過清灰次數(shù)的增加來使壓力恢復正常。

5 系統(tǒng)實現(xiàn)困難和解決

在集控系統(tǒng)功能實現(xiàn)的過程中，想要確保系統(tǒng)后期運行可靠穩(wěn)定，有必要進行現(xiàn)場運行調試，但是在調試中出現(xiàn)了以下問題：①Web 刷新較慢，發(fā)布的頁面數(shù)據(jù)更新很慢；②系統(tǒng)中部分頁面切換使用了內(nèi)部變量，但是多個Web 用戶登錄系統(tǒng)時就會出現(xiàn)在沒有按下按鈕的情況下頁面自動跳轉的情況；③集控系統(tǒng)需要利用PLC 自動控制設備采集數(shù)據(jù)信息，在采集程序設計時應盡量將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集中在一個連續(xù)塊地址上，批量傳輸?shù)男矢哂趩为殧?shù)據(jù)傳輸?shù)男?，利用PLC 時，為避免因集控系統(tǒng)故障出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，應設置數(shù)據(jù)采集緩沖功能。

6 結語

綜上所述，在煙草行業(yè)中，采用PLC 自動化相關產(chǎn)品，實現(xiàn)對煙草生產(chǎn)中動力口的統(tǒng)一規(guī)劃和設計，可及時反映系統(tǒng)及其設備運行中存在異常，對不合理之處進行改進優(yōu)化，可提升系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性。