西門子自動化產(chǎn)品在煙草集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 琪，張志洋，趙忠?guī)?/p>

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)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(zhì)量也提出更高的要求，因此煙草機(jī)器設(shè)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(shù)產(chǎn)品來提高煙草生產(chǎn)和動力設(shè)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(zhì)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(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱力轉(zhuǎn)換站、供氣站、凝水站、污水處理站、軟化水站等構(gòu)成，動力設(shè)備主要作用是進(jìn)行污水、軟化水的處理，以及負(fù)責(zé)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(yīng)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(qiáng)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(wù)價值逐漸體現(xiàn)。在PLC技術(shù)應(yīng)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(yīng)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(qiáng)通信開放性；②將現(xiàn)場作業(yè)和總線結(jié)合，在實際應(yīng)用中需要使用大量傳感器接口和相應(yīng)執(zhí)行器；③通信程序設(shè)計簡單化，例如其自動接收與發(fā)送的功能，只要編寫一側(cè)的程序就能實現(xiàn)，為減少程序編寫量還在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對接口軟件的設(shè)計完善，使其更好地和其他軟件對接，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

2.2 PLC 在煙草集控系統(tǒng)中的應(yīng)用作用

PLC 在煙草行業(yè)中的應(yīng)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(yù)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(shè)計生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)的閉環(huán)式控制。當(dāng)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(diào)節(jié)，大型PLC 設(shè)備安裝有PID 模塊；③新型PLC 設(shè)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(zhuǎn)換等。在數(shù)據(jù)處理中首先進(jìn)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(zhuǎn)送到其他裝置中，利用遠(yuǎn)程設(shè)備實現(xiàn)操作和控制。其次對開關(guān)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(shè)備對多臺設(shè)備進(jìn)行控制。根據(jù)所要控制對象的特點將其加工成相應(yīng)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(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煙草廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)由自動化生產(chǎn)設(shè)備和車間生產(chǎn)現(xiàn)場數(shù)采工作站、WinCC 集控層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層構(gòu)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(shè)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(wù)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(jìn)入到服務(wù)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(wù)器采集管理。集控系統(tǒng)的服務(wù)器直接使用服務(wù)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(jìn)行數(shù)據(jù)交換來獲得設(shè)備配置信息和其他基礎(chǔ)性信息，集控系統(tǒng)同時完成數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)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(jī)手動、頻率調(diào)節(jié)和報警信息等界面，其中流程界面是開機(jī)顯示界面，顯示的是動力系統(tǒng)各個設(shè)備的運行情況，可以查看相關(guān)設(shè)備的詳細(xì)信息。在各個站中設(shè)置PID 控制調(diào)節(jié)模塊以實現(xiàn)相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)、狀態(tài)查詢等功能。選擇電機(jī)控制方式，按下自動控制按鈕，各系統(tǒng)設(shè)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(jī)[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(diào)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(jī)過熱、過壓、過流、缺相的保護(hù)功能。控制系統(tǒng)以自動化控制為主，結(jié)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(biāo)。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(shè)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(jié)合廣泛且分布式的、可擴(kuò)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(shè)備的運行情況。

4 自動化產(chǎn)品及技術(shù)在煙草動力系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 在污水處理中的應(yīng)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(zhì)以及超標(biāo)的金屬含量，這種較惡劣的水質(zhì)情況可能會對動力系統(tǒng)及其設(shè)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(jìn)行集中控制。污水處理中使用的自動化控制設(shè)備必須具備極高的靈活性和靈敏度，能實現(xiàn)對水質(zhì)實時、精確監(jiān)控，并及時將污水處理問題進(jìn)行反饋和調(diào)節(jié)。實現(xiàn)對污水中溫度、酸堿度、電導(dǎo)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(jié)合控制單元把電動閥門等控制器完成反饋和調(diào)節(jié)控制。

（2）參數(shù)測量和控制。自動化技術(shù)在污水處理環(huán)節(jié)中的應(yīng)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(jìn)行實時控制。溫度的測量中是利用傳感器技術(shù)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?yīng)的電壓信號進(jìn)行傳遞，并結(jié)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(xué)的曝氣方案，需要借助自動化技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行精確測定[2]。

4.2 在除塵站中的應(yīng)用

煙草廠除塵站由除塵風(fēng)機(jī)、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(diào)配任務(wù)。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(jìn)行監(jiān)管。該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，除了對系統(tǒng)整體運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控外，還可以根據(jù)需求進(jìn)行單體設(shè)備運行狀態(tài)的查看，實現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與及時預(yù)警。

（1）自動化控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用遠(yuǎn)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(shè)置多臺工控機(jī)。其中的下位機(jī)PLC 程序會將系統(tǒng)進(jìn)一步細(xì)分為若干子系統(tǒng)，如粉塵捕集系統(tǒng)、在線清灰系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)等，并且在系統(tǒng)設(shè)計期間，也會優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計思路，如采用模塊化思路來細(xì)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(jìn)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(jī)實現(xiàn)聯(lián)鎖，在控制系統(tǒng)啟動后粉塵機(jī)會根據(jù)指令自動打開閥門，進(jìn)行粉塵收集工作的準(zhǔn)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(guān)閉電動閥門；②在線清灰系統(tǒng)。采用袋式除塵器進(jìn)行脈沖在線清灰，綜合分室反吹與脈沖清灰的技術(shù)，使用自動控制清灰工作機(jī)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(shè)定調(diào)取FC1，F(xiàn)C1 對多個除塵倉中的多個脈沖閥進(jìn)行自動化控制；③風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。除塵風(fēng)機(jī)使用高壓變頻控制方式，將風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)入口閥門開啟，清灰系統(tǒng)隨之運行，在粉塵機(jī)停機(jī)后延時幾秒后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)，再停止幾秒后關(guān)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(diào)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(dǎo)致粉塵二次進(jìn)入濾袋導(dǎo)致濾袋堵塞或破損。可以將系統(tǒng)中所有虛幻參數(shù)利用自制功能模塊FB1 完成格式轉(zhuǎn)換并存儲在相關(guān)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(shè)備及其系統(tǒng)的運行穩(wěn)定。除塵倉前后壓強(qiáng)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(dǎo)致濾袋被堵塞、粉塵板結(jié)，導(dǎo)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(dǎo)致濾袋破損、管道堵塞或閥門關(guān)閉，導(dǎo)致箱體出現(xiàn)泄漏，進(jìn)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(shè)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(fù)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(jìn)行現(xiàn)場運行調(diào)試，但是在調(diào)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(zhuǎn)的情況；③集控系統(tǒng)需要利用PLC 自動控制設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息，在采集程序設(shè)計時應(yīng)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剩肞LC 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(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)采集緩沖功能。

6 結(jié)語

綜上所述，在煙草行業(yè)中，采用PLC 自動化相關(guān)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(shè)計，可及時反映系統(tǒng)及其設(shè)備運行中存在異常，對不合理之處進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，可提升系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定性。