智能制造在安徽中烟蚌埠卷烟厂制丝生产线的应用

王玉巧，刘军锋

(1.黄河科技学院，河南郑州，450063； 2.云南昆船电子设备有限公司，云南昆明，650236)

1 智能管控系统构架

如图1所示，构建了一套集先进控制技术、工业互联网、协同制造、垂直集成和网络化的制丝生产线电控系统、集中监控系统、生产管理系统（以下简称制丝线管控系统）。一方面蚌埠卷烟厂制丝信息建设需要采用面向工业智能制造的双总线系统架构，通过信息网络的扁平化，将PLC、智能仪表、检测执行器件、计算机等诸多迅速发展的技术产品通过工业互联结合在一起，用方便灵活的硬件和软件模块化设计，以适应用户各种不同特点的工艺控制要求和管理要求，即满足工艺要求的精细化控制和满足现代化的精益化管理；另一方面，通过双总线服务，实现对制丝车间相关系统的信息集成，包括协同管理系统、MES、生产数据监视系统、无线定位作业系统、自动化物流等系统。

图1 蚌埠卷烟厂易地技术改造制丝线管控系统架构示意图

2 系统功能

2.1 系统层级设计

制丝线管控系统主要分为设备层层级、控制层层级、车间层级的三层设计，如图2所示。

2.1.1 设备层设计

设备层主要包括管控系统负责控制的烟机设备、传感器、仪器仪表、条码、智能检测设备等[1~2]。

2.1.2 控制层设计

控制层主要包括PLC控制系统和数据采集与监视控制系统（SCADA）[3]。

⑴PLC控制系统

硬件部分：包括配电回路柜、PLC控制柜、现场分布式控制箱、现场操作站、现场执行机构、传感器检测机构等设备。

软件平台：PLC 编程组态软件、操作站组态软件及相关控制管理软件。

信息交换途径：现场总线网/工业以太网。

图2 蚌埠卷烟厂制丝线管控系统智能制造标准体系结构图

⑵数据采集与监视控制系统（SCADA）硬件组成：监控服务器、数据库服务器、应用服务器、监控计算机、工程师站、UPS电源、打印机和以太网网络器件等设备[4]。

软件平台：监控组态软件、数据管理软件、网络通讯软件、生产数据管理软件，同时考虑了与视频大屏幕系统、LED显示系统的系统接口[5]。

信息交换途径：工业以太网/以太网。

功能：该层采用当前主流C/S客户服务器模式，向上连接生产管理层计算，获取生产计划、物料调度信息、配方数据信息，向下采集现场设备的状态及各种生产数据，并归档和上报，完成对现场生产线设备的监控操作等。

2.1.3 车间层设计

车间层主要包括车间应急管理系统和工厂制造执行系统（MES）。

(1)车间生产管理系统

硬件组成：由数据库服务器、生产管理客户机组成。

软件平台：数据库软件及生产管理系统。

信息交换途径：工业以太网/以太网。

(2)工厂制造执行系统（MES）

面向卷烟厂制丝车间执行层的生产信息化管理系统。

2.2 智能设计

制丝线管控系统在满足制丝线生产控制的基础上，系统架构还考虑了与其他系统的集成，其系统集成的主要内容包括：通过软硬件技术，实现对智能单机控制系统、生产线控制工艺段、集中监控系统、车间生产管理系统、厂级信息系统和MES，多个系统之间的集成。能够根据控制系统的需求实现糖香料厨房、除尘及异味处理等控制系统的集成。根据项目特点，实现与其他新兴业态系统的集成。

3 应用结果分析

3.1 设备控制系统

底层电控系统以SIEMENS公司PLC采用S71500系列高性能处理器为主控制器，主干控制网采用双冗余星型结构，子网采用分布式星型子网，并通过以ProfiNet为主干网络、ProfiBus_DP/PA为辅助网络，满足整个制丝车间自动化控制系统的通讯需求，并在此基础上实现对智能设备或传感器的数据的采集，信息的交互，最终通过人机界面实现对设备的控制[10]。

设备控制系统作为制丝线管控系统中最重要的的系统，担负着整条生产线按工艺要求正常生产出合格产品，为企业带来经济效益的关键使命。一方面，设备控制系统通过先进的网络通讯技术和柔性化构件技术，形成整个控制系统的整体结构，另一方面，控制系统通过主控处理器和输入输出节点，控制着整个制丝线的运行。

3.2 集中监控系统

集中监控系统主要完成对生产过程的实时监视与控制，同时采集生产数据、报警数据、过程数据进入大数据平台以供MES或者ERP系统使用。系统首先通过管理网络从生产管理系统中获取和生产过程相关的配方信息、工艺标准信息、生产计划信息和作业任务信息，然后通过监控网络将生产指令信息、控制参数信息下达到设备控制系统中，操作生产线完成生产过程。

集中监控系统的硬件平台采用虚拟化服务器技术，主干网络结构采用高度冗余的光纤星网，监控软件采用Wincc软件，结构采用C/S结构的模式。所有底层I/O信息点将由I/O服务器进行实时采集，中控室监控计算机将根据所监控的范围通过以太网络从I/O服务器获取实时I/O信息，同时通过监控网络和I/O服务器将生产指令信息、参数设定信息写入对应工艺段的主控PLC或单机控制系统的PLC中。

3.3 无线定位系统

因此，针对蚌埠卷烟厂此次易地技改项目，在蚌埠卷烟厂联合工房车间内部署一套无线定位系统，实现整个联合工房车间内无线定位和设备管理的要求。利用WLAN相关技术实现蚌埠卷烟厂联合工房车间机组的智能化巡检，保障蚌埠卷烟厂车间巡检作业的规范化、专业化和安全管理。

3.4 生产管理系统

制丝线生产管理系统是企业管理和生产执行的交互层，它是制丝车间的生产信息中心、指挥中心、分析中心和业务中心。

首先，制丝线生产管理系统通过互联网ERP系统或者厂级MES系统获订单信息、生产计划、物料信息以及工艺控制技术标准、产品的质量检测标准、生产设备的维修和保养计划信息等。

其次，生产管理系统可以从厂级MES系统接收或在本系统制定生产计划。根据企业的生产安排和生产线的状态信息、物料信息和设备故障信息来执行或制定制丝车间各生产线、工艺段/工序单元的生产任务，并把生产任务下达到对应的工艺段/工序单元上。集中监控系统接收到生产任务指令后下发至PLC，并根据生产任务信息设置生产参数，再通过监控系统来确保生产任务的顺利执行。

生产管理系统具备车间级MES系统的部分功能，与厂级MES系统、ERP系统或其子系统互通有无，优势互补。

4 结论

蚌埠卷烟厂新厂制丝新增2条 5000kg/h叶线、1 条2000kg/h 梗丝生产线、1条膨胀烟丝生产线。实现制丝生产的精细化加工、个性化定制、柔性制造、智能化控制、数字化管理，动态调度和库存管理，满足生产和管理要求的制丝管控系统。