SIMATIC S7-300 PLC在煙草機械電控系統中的應用

李 捷，林翌臻，劉瑞東，陳 明，沈苗杰，周晉寧，張 敏，陸海華，沈冬暉，陳贊贊

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SIMATIC S7-300 PLC在煙草機械電控系統中的應用

李 捷，林翌臻，劉瑞東，陳 明，沈苗杰，周晉寧，張 敏，陸海華，沈冬暉，陳贊贊

（浙江中煙工業有限責任公司寧波卷煙廠，浙江寧波 315000）

隨著電子通信技術的發展成熟，PLC技術也越來越先進，并且逐步實現了在工業自動化控制等領域雄踞一方的局面。其中西門子電子公司開發的SIMATIC S7-300 PLC技術最為先進，目前已經占據了PLC市場的大部分份額。本文主要討論西門子PLC技術在煙草機械電控系統中的應用。以西門子PLC技術為研究主要對象，分析其工作特點和優勢，闡述其在煙草控制系統中的四種應用模式。希望給有關技術人員以啟發。

煙草機械；電控系統；PLC

0 引言

隨著工業化水平的提高，利用機械代替人力，實現工業全面自動化是目前工業發展不可撼動的發展方向，全行各業都在尋求工業自動化智能化的發展道路。煙草行業在我國，是由國家控制的，給國家帶來巨大稅收的高利潤行業。僅僅2015年一年，就創稅收88930億元。為了滿足煙草市場的龐大 需求，實現中國煙草的精細加工，需要進一步提高煙草電控系統的發展[1]。西門子電子公司開發的 SIMATIC S7-300 PLC自動化控制系統，因為具備可以集中控制，控制精度高，管理方便等一系列優點，現在已經成為我國煙草公司主要采用的電控系統，這套系統不僅提高了煙草的加工效率，還促進了整個行業的發展。

1 煙草工業發展現狀

由于煙草行業特殊的行業性質，在中國，煙草行業一直是國家控股企業，中國煙草管理局負責協調分配煙草行業的“人、財、物、產、供、銷、內、外、貿”等一系列生產經營工作。同世界上其他國家相比，我國的煙草產出量和消費總量一直處于世界前列，煙草行業不僅為我國的國家財政收入貢獻了很多，也是我國國家稅收的重要資金來源。根據國家煙草局發布的數據，僅2015年一年，煙草行業就創稅收88930億元。可以說，煙草行業是“貴族行業”。

但是自上世紀八十年代，中國煙草總公司成立以來，接近20年的發展，我國的煙草行業已經積累了很多詬病，傳統的經營和生產模式在新世紀新科學技術的沖擊下，暴露了很多問題，制約了整個行業的進一步發展。其行業問題總結為以下兩點：

1.1 行業因素

煙草行業的發展遇到的瓶頸，和整個行業的發展環境緊密相關。首先從國內環境看，我國的煙草法律不健全，自1997年國家頒布《煙草專賣法實施條例》后，長達二十年的時間內沒有誕生一部新法律。行業已經遇到新挑戰，生產已經現代化，但是經營的法規條例依然是上世紀的，根本上不能滿足當今我國的煙草經營管理需求。其次是國家自身的控制政策方面，始終以平均主義為原則，力求平衡每個煙草公司的發展，導致我國煙草行業難以出現龍頭企業，沒有國家一流的煙草品牌和國外煙草公司巨頭競爭。大環境的不合作，是導致我國煙草行業漸趨萎靡的主要因素。

1.2 自身因素

自身因素實是在行業因素影響的基礎上產生的。整個行業由于受國家平均主義的控制，煙草企業分布分散，主要以地方品牌為主，品牌與品牌之間缺乏交流和團結協作，沒有擰成一股繩。所以我國的煙草品牌，例如處于我國煙草銷量前十的紅塔山、紅河、白沙、大紅鷹、云煙、芙蓉王、利群、金圣、黃山、一枝筆，主要是獨立打拼，難以形成競爭力，沒有龍頭企業帶領，各大品牌只能是在自己的地盤上小打小鬧式的固守地方市場，這是行業內部無力改變的大環境導致的。但是由于煙草是高利潤的行業，所以我國煙草的經營還存在假冒偽劣的造假現象，經營模式混亂，產品以次充好。雖然國家出臺了買賣煙草必須辦理煙草經營許可證書的制度，但是依然未能解決實際經營問題。

為此，我國煙草行業在國家的帶領下開始了積極尋求改革突破創新的經營新方式。“十二五”期間，在習近平總書記的指揮下我國煙草行業提出了“卷煙上水平”的發展目標，并確立了三大發展課題，力求充分利用新科學技術，實現整個行業的生產調整。在整個社會各個行業都積極迎接入世十周年后進一步擴大的市場份額和市場競爭力的時候，我國的煙草行業也應當積極應對挑戰，鑒定革命信心，在國家政策指導下，實現全行業的健康創新發展，促進整個國民生產總值進一步提高。

2 S7- 300 PLC控制系統

2.1 PLC控制系統的簡介

PLC是一種電子控制裝置，以計算機強大的算法和指令輸出能力為依托，能夠靈活控制工業生產中的一系列機器設備[2]，目前已經逐步取代了電子繼電器控制系統，成為工業生產自動化控制領域的先進技術。

PLC電子控制裝置分為多種類型，但是不同種類之間具有共同點：一是程序簡單，主要以簡單的指令和易于理解的梯形圖語言為主，對操控人員解讀程序的能力要求并不高，因此PLC控制裝置的通用性較好，普及度高[3]。二是PLC是專門針對工業生產中自動化控制而設計的，術業有專攻，因此能夠適應不同的工業生產環境，即使在高溫、高腐蝕，高壓等復雜的工業生產環境下，PLC系統依然能繼續工作。四是由于PLC系統內部加入了過濾波動的技術，所以抗干擾能力強，能夠確保自動控制系統不受外力的干擾。

2.2 S7-300 PLC控制系統

S7-300 PLC是西門子電子公司開發的一種全新的控制電子裝置，廣泛應用于工業生產中的機器自動控制，開啟全新的工業自動化控制模式。S7-300是模塊化小型PLC系統，在原有的PLC控制裝置上又有所改進，增強了不同模塊之間的組合成不同要求系統的隨意配對能力[4]。滿足中等性能要求的工業設備。西門子PLC電子控制裝置的主要特點是控制主體體積小，處理速度快，可靠性更高。

與其他類型的PLC電控系統相比，西門子S7- 300 PLC具有以下特點。

一是S7-300 PLC控制系統的結構主要以模塊化的方式呈現，運算速度可達（0.6~0.1ms）高度運算。為了實現工業生產中特殊工業復雜的機器指令，西門子S7-300 PLC采取了浮點數比較的運算方法，運算精度更高。

二是控制裝置的接口采取標準用戶接口，具有多種不同的通信接口，有利于用戶給所有的工業控制模塊進行參數指標的設置，并且控制裝置的界面更加人性化，方便操作人員管理。

三是實時傳輸，提高了控制指令的傳輸速度。S7-300 PLC控制系統更加注重智能化功能的加強，利用CPU檢測控制系統的運轉是否正常，記錄是否正確以及是否出現特殊情況等等。

四是高強度的技術保密工作。工業生產中，先進的專利工業技術是一個企業制勝的關鍵。S7-300 PLC自動控制系統加入了多條控制口令，能夠防止工業技術被復制或篡改，有效保護工業技術機密。S7-300 PLC在保密工作中加入了傳統的“鑰匙”開鎖模式，其操作控制機關就像“鑰匙”一樣，可以插進拔出，一旦拔掉機關，整個操縱方式將無法改變，確保了工業操作過程不會被更改。

五是具有強大的通信功能，S7-300 PLC控制系統可與Step 7編程軟件相連，從而利用Step 7的用戶界面聯通自動控制裝置的通信功能，更加方便了控制模式的操作和組態。

3 西門子PLC在煙草機械電控系統中的應用

中國煙草行業迫切需要革新煙草生產技術的發展，才能滿足龐大的市場需求，通過節省煙草加工時間而間接提高煙草生產效率，從而獲得更多的市場利潤。和傳統的手工卷煙不同，現在的煙草行業都以機器化大規模生產為主，尋找可靠的機器自動化控制系統是提高行業生產效率的關鍵[5]。西門子電子公司開發的S7-300 PLC控制系統，由于一系列優點，目前在工業生產領域已經得到廣泛應用，先進的自動控制技術自然吸引了煙草生產者的目光，西方發達國家，早已經開始利用S7-300 PLC控制系統進行自動化的煙草生產。

我國煙草生產領域的專家們也看到了西門子電子公司開發的S7-300 PLC控制系統帶給中國煙草行業的發展希望，提出了在煙草生產中大量應用該技術的建議和研究措施[6]。雖然目前國家并沒有明確推廣這一技術，但是中國未來的煙草生產，必須倚仗可靠的工業機械自動化控制系統。將S7-300 PLC控制系統與煙草生產相結合，可以在具體生產中建立以下五種控制系統。

3.1 倉庫設備系統

倉庫設備系統，即煙草儲存的倉庫管理系統。包括煙草的運輸帶、煙草搬運車、產品堆放機器以 及貨架等等，這些設備不可能靠人力操作，必須借助機器自動化控制系統，實現倉庫物品分類堆放、自動入庫、上架和出倉的工作[7]。類似于快遞物流公司采取的先進的商品自動歸類的“小黃人”分類機器，通過電腦終端發布指令，“小黃人”能自主分辨商品的種類，自動記憶商品運往的區域，自動將商品按照不同的收貨地址投入相應的倉庫[8]。將S7-300 PLC控制系統與煙草生產倉庫儲備系統相結合，能夠減少人力資源的浪費，使煙草倉庫管理變得更加高效。

3.2 自動控制系統

自動控制系統是煙草倉庫設備系統的配套系統，主要負責監督煙草入庫工作的工作質量，防止出現機器自動歸類識別錯誤的問題。自動控制系統根據控制方式的不同，又細分為集中控制、分布式控制、分離式控制[9]。本文詳細介紹分布式控制形式，該控制模式主要是對煙草運輸帶、煙草搬運車、產品堆放機器以及貨架等機器設備自動工作的工作質量監控。商品入庫過程中，商品的對方和輸送是入庫歸類是否準確的基礎[10]。為此，我們可以學習義烏市物流公司集輸送與分類兩種功能于一體的“小黃人”分類系統，單獨設置一個PLC控制裝置，專門負責監督商品的入庫工作。

為了方便控制機器設備，可將自動控制系統與倉庫設備系統互聯，實現產品分類、輸送、上架、上架工作檢查等工作于一體的智能化一體入庫計劃。

3.3 庫存管理系統

庫存管理系統主要負責對入庫煙草的管理，包括在倉庫中的產品質量保護工作和商品出庫工作兩部分[11]。首先在煙草儲存過程中，通過PLC技術，建立對整個倉庫以及儲存煙草狀態的記錄工作，包括倉庫溫度、濕度等條件的檢測，對入庫的煙草產品的倉庫存放位置、保質期、品種、用途等明細記錄，生成儲存記錄信息[12]。產生煙草商品的交易時，庫存管理系統能夠，迅速判斷該種類煙草的存儲位置，貨架號，保質期等信息，配合倉庫設備系統，實現目標煙草商品的出庫工作。并做好商品出庫登記工作，及時更新商品在架數據庫，實現煙草倉庫的智能化管理。

3.4 生產控制系統

該系統主要作用于對煙草生產過程中工業機器的自動化操作管理。是目前S7-300 PLC控制系統在工業生產中的主要利用方式[13]。通過將煙草生產的整個程序的所有機器與S7-300 PLC控制系統互聯，能夠實現機器自動化生產。

3.5 通信系統

通信系統指的是將前四種控制系統互聯的系統，保持各個系統之間通信狀態聯通。例如在倉庫儲備系統和倉庫管理系統之間，只有實現了互聯，相互配合才能實現商品的順利出庫。從而保證了整個煙草生產程序的正常運行，提高了煙草生產的效率[14]。

4 S7-300 PLC控制系統的優勢

S7-300是模塊化小型PLC系統，在原有的PLC控制裝置上又有所改進，增強了不同模塊之間的組合成不同要求系統的隨意配對能力。S7-300 PLC控制系統助力中國煙草行業的發展，具有許多優勢。

首先是西門子電子公司，本身就是電器行業的領軍人物，其下有多個先進電子設備的研發專利，技術人才隊伍強大，研發資金雄厚。公司本身的技術和資金實力，確保了S7-300 PLC控制系統在改進和維修方面的優勢[15]。

其次是S7-300 PLC控制系統一系列的技術優勢。指令的處理速度快，操作方式人性化，操作技術保密工作完善，集合了其他類型的PLC技術的所有優點，本身又適合中性規模的機器自動控制，有利于中小企業引進，適合煙草生產等中小型工業生產的自動控制要求。

5 結束語

隨著工業化水平的提高，利用機械代替人力，解放人力實現工業全面自動化是目前工業發展不可撼動的發展方向。煙草工業要實現“十二五”期間制定的發展目標，就必須接受全行業的自動化工業改革。雖然西門子S7-300 PLC控制系統已經在煙草行業的工業生產中得到試用并反響良好，但是在我國分散的煙草經營中，如何普及西門子S7-300 PLC新技術，助力中國煙草行業煥發生機依然是一項嚴峻的挑戰。我國的煙草行業在自身尋求技術突破的時候，筆者希望能夠大力加強技術研發的投資力度，培養自己品牌的工業生產技術人才，多與同行求合作，互利共贏，共同打造中國煙草的龍頭企業。

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Application of SIMATIC S7-300 PLC in Electric Control System of Tobacco Machinery

LI Jie, LIN Yi-zhen, LIU Rui-dong, CHEN Ming, SHEN Miao-jie, ZHOU Jin-ning, ZHANG Min, LU Hai-hua, SHEN Dong-hui, CHEN Zan-zan

(China Tobacco Zhejiang Industry Co., Ltd. Ningbo Cigarette Factory, Ningbo, Zhejiang, 315000)

With development and maturity of electronic communication technology, PLC technology has been more and more advanced, and gradually dominated in the field of industrial automation control. And SIMATIC S7-300 PLC technology, developed by Siemens Electronics, the most advanced, has been occupying most share of PLC market. The article takes Siemens PLC technology as the main research object, discusses its application in electronic control system of tobacco machinery, and analyzes its characteristics and advantages, and discribes its four application modes in tobacco control system, hope to bring inspiration for relevant technical staffs.

Tobacco machinery; Electronic control system; PLC

U260.352

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.020

本文系浙江省重點科技創新團隊支持項目(編號：2010R50008)

李捷(1977-)，男，寧波，工程師，碩士，研究方向為卷煙設備管理和項目管理；林翌臻(1984-)，男，奉化，工程師，本科，研究方向為機電一體化和卷煙設備的管理；劉瑞東(1976-)，男，內蒙古，工程師，本科，研究方向為煙草工程。

本文著錄格式：李 捷，林翌臻，劉瑞東，等. SIMATIC S7-300 PLC在煙草機械電控系統中的應用[J]. 軟件，2017，38（4）：108-112