智能制造在安徽中煙蚌埠卷煙廠制絲生產線的應用

王玉巧，劉軍鋒

(1.黃河科技學院，河南鄭州，450063； 2.云南昆船電子設備有限公司，云南昆明，650236)

1 智能管控系統構架

如圖1所示，構建了一套集先進控制技術、工業互聯網、協同制造、垂直集成和網絡化的制絲生產線電控系統、集中監控系統、生產管理系統（以下簡稱制絲線管控系統）。一方面蚌埠卷煙廠制絲信息建設需要采用面向工業智能制造的雙總線系統架構，通過信息網絡的扁平化，將PLC、智能儀表、檢測執行器件、計算機等諸多迅速發展的技術產品通過工業互聯結合在一起，用方便靈活的硬件和軟件模塊化設計，以適應用戶各種不同特點的工藝控制要求和管理要求，即滿足工藝要求的精細化控制和滿足現代化的精益化管理；另一方面，通過雙總線服務，實現對制絲車間相關系統的信息集成，包括協同管理系統、MES、生產數據監視系統、無線定位作業系統、自動化物流等系統。

圖1 蚌埠卷煙廠易地技術改造制絲線管控系統架構示意圖

2 系統功能

2.1 系統層級設計

制絲線管控系統主要分為設備層層級、控制層層級、車間層級的三層設計，如圖2所示。

2.1.1 設備層設計

設備層主要包括管控系統負責控制的煙機設備、傳感器、儀器儀表、條碼、智能檢測設備等[1~2]。

2.1.2 控制層設計

控制層主要包括PLC控制系統和數據采集與監視控制系統（SCADA）[3]。

⑴PLC控制系統

硬件部分：包括配電回路柜、PLC控制柜、現場分布式控制箱、現場操作站、現場執行機構、傳感器檢測機構等設備。

軟件平臺：PLC 編程組態軟件、操作站組態軟件及相關控制管理軟件。

信息交換途徑：現場總線網/工業以太網。

圖2 蚌埠卷煙廠制絲線管控系統智能制造標準體系結構圖

⑵數據采集與監視控制系統（SCADA）硬件組成：監控服務器、數據庫服務器、應用服務器、監控計算機、工程師站、UPS電源、打印機和以太網網絡器件等設備[4]。

軟件平臺：監控組態軟件、數據管理軟件、網絡通訊軟件、生產數據管理軟件，同時考慮了與視頻大屏幕系統、LED顯示系統的系統接口[5]。

信息交換途徑：工業以太網/以太網。

功能：該層采用當前主流C/S客戶服務器模式，向上連接生產管理層計算，獲取生產計劃、物料調度信息、配方數據信息，向下采集現場設備的狀態及各種生產數據，并歸檔和上報，完成對現場生產線設備的監控操作等。

2.1.3 車間層設計

車間層主要包括車間應急管理系統和工廠制造執行系統（MES）。

(1)車間生產管理系統

硬件組成：由數據庫服務器、生產管理客戶機組成。

軟件平臺：數據庫軟件及生產管理系統。

信息交換途徑：工業以太網/以太網。

(2)工廠制造執行系統（MES）

面向卷煙廠制絲車間執行層的生產信息化管理系統。

2.2 智能設計

制絲線管控系統在滿足制絲線生產控制的基礎上，系統架構還考慮了與其他系統的集成，其系統集成的主要內容包括：通過軟硬件技術，實現對智能單機控制系統、生產線控制工藝段、集中監控系統、車間生產管理系統、廠級信息系統和MES，多個系統之間的集成。能夠根據控制系統的需求實現糖香料廚房、除塵及異味處理等控制系統的集成。根據項目特點，實現與其他新興業態系統的集成。

3 應用結果分析

3.1 設備控制系統

底層電控系統以SIEMENS公司PLC采用S71500系列高性能處理器為主控制器，主干控制網采用雙冗余星型結構，子網采用分布式星型子網，并通過以ProfiNet為主干網絡、ProfiBus_DP/PA為輔助網絡，滿足整個制絲車間自動化控制系統的通訊需求，并在此基礎上實現對智能設備或傳感器的數據的采集，信息的交互，最終通過人機界面實現對設備的控制[10]。

設備控制系統作為制絲線管控系統中最重要的的系統，擔負著整條生產線按工藝要求正常生產出合格產品，為企業帶來經濟效益的關鍵使命。一方面，設備控制系統通過先進的網絡通訊技術和柔性化構件技術，形成整個控制系統的整體結構，另一方面，控制系統通過主控處理器和輸入輸出節點，控制著整個制絲線的運行。

3.2 集中監控系統

集中監控系統主要完成對生產過程的實時監視與控制，同時采集生產數據、報警數據、過程數據進入大數據平臺以供MES或者ERP系統使用。系統首先通過管理網絡從生產管理系統中獲取和生產過程相關的配方信息、工藝標準信息、生產計劃信息和作業任務信息，然后通過監控網絡將生產指令信息、控制參數信息下達到設備控制系統中，操作生產線完成生產過程。

集中監控系統的硬件平臺采用虛擬化服務器技術，主干網絡結構采用高度冗余的光纖星網，監控軟件采用Wincc軟件，結構采用C/S結構的模式。所有底層I/O信息點將由I/O服務器進行實時采集，中控室監控計算機將根據所監控的范圍通過以太網絡從I/O服務器獲取實時I/O信息，同時通過監控網絡和I/O服務器將生產指令信息、參數設定信息寫入對應工藝段的主控PLC或單機控制系統的PLC中。

3.3 無線定位系統

因此，針對蚌埠卷煙廠此次易地技改項目，在蚌埠卷煙廠聯合工房車間內部署一套無線定位系統，實現整個聯合工房車間內無線定位和設備管理的要求。利用WLAN相關技術實現蚌埠卷煙廠聯合工房車間機組的智能化巡檢，保障蚌埠卷煙廠車間巡檢作業的規范化、專業化和安全管理。

3.4 生產管理系統

制絲線生產管理系統是企業管理和生產執行的交互層，它是制絲車間的生產信息中心、指揮中心、分析中心和業務中心。

首先，制絲線生產管理系統通過互聯網ERP系統或者廠級MES系統獲訂單信息、生產計劃、物料信息以及工藝控制技術標準、產品的質量檢測標準、生產設備的維修和保養計劃信息等。

其次，生產管理系統可以從廠級MES系統接收或在本系統制定生產計劃。根據企業的生產安排和生產線的狀態信息、物料信息和設備故障信息來執行或制定制絲車間各生產線、工藝段/工序單元的生產任務，并把生產任務下達到對應的工藝段/工序單元上。集中監控系統接收到生產任務指令后下發至PLC，并根據生產任務信息設置生產參數，再通過監控系統來確保生產任務的順利執行。

生產管理系統具備車間級MES系統的部分功能，與廠級MES系統、ERP系統或其子系統互通有無，優勢互補。

4 結論

蚌埠卷煙廠新廠制絲新增2條 5000kg/h葉線、1 條2000kg/h 梗絲生產線、1條膨脹煙絲生產線。實現制絲生產的精細化加工、個性化定制、柔性制造、智能化控制、數字化管理，動態調度和庫存管理，滿足生產和管理要求的制絲管控系統。