西门子PLC在烟草制丝机电集控上的应用

唐文尧，姚 睿，冯焕芬，夏同行，郑 超

（贵州中烟工业有限责任公司遵义卷烟厂，贵州 遵义 563000）

0 引言

机电集控主要反映在柔性生产、智能制造和其他生产自动化应用中。近年来，随着烟草制丝相关技术不断提升，各个工序关键参数要求越发严格，自动化设备被广泛用于满足监控站点不断变化的需求，通过精准化、智能化生产最终实现烟草工厂的高度自动化是社会发展的必然趋势。

1 国内烟草制丝机电集控应用现状

目前，烟草制丝工艺根据关键工序不同，分成各个关键工序段，一般每个关键工序段由一台对应核心设备、数台辅连设备以及数台测量设备组成。每个工序段之后，由对应烟草贮柜贮存该工序烟草物料，并为下一工序提供烟草物料。传统机电集控一般只负责单一工序内的集成控制。首先，单个关键工序内，以烟丝烘干工序为例，可编程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）只需保证核心设备烘丝机自身稳定运行，对于进、出口水分仪以及出口温度仪的测量参数，通过通信模块连接后，只需将传输接收到的参数加以显示。但受限于西门子PLCS7-400 系列PLC 的硬件条件，其很少将上述参数采集并参与烘丝机控制。其次，工序与工序之间，以贮柜为标准进行分割，互相只传递进、出柜时间，贮柜烟叶重量、贮柜牌号、贮柜批次号不参与闭环控制。最后，中控与工序之间，传统烟草制丝中控单一工序设备由对应单一监控系统控制，对应数据参数也只能由该监控系统采集，监控系统之间互不关联，该控制方式使得生产过程中的数据采集及分析有较大的不可控性。上述三点为传统烟草制丝集控存在的问题，其核心均在于PLC 的运算速率和通信扩展能力受限。因此，使用新一代的西门子PLC 是提高烟草制丝效率和质量的必然趋势。

2 工序段内烟草制丝设备的应用

以某烟草制丝生产线烟叶预处理段为例，该工序段由一台西门子S7-1516PLC 进行控制，且该段编程平台基于TIA 博途软件，并集成应用于可视化设备WinCC，实现编程控制与监控一体化。烟叶预处理段监控画面如图1所示。

图1 烟叶预处理段监控画面

此画面实时反映了该生产段内所有主机设备及辅连设备当前运行状态，测量设备实时反馈数据。上述辅连、测量设备集成在现场I/O 子站箱，通过ET 200 模块与该段PLC通信。其中，辅连设备如振槽、传送带，在操作人员下达生产开始指令后，通过光电、可视化图像分析等传输物料真实到达后，辅连设备才开始启动。当生产完成或出现断料时，根据光电等传输的物料真实消失的信号，辅连设备即刻停止。相较于传统的同时开启/关闭，可以实现对设备的智能控制，从而减少不必要的能源消耗和机械磨损。对于测量设备如电子秤、水分仪以及温度仪，在生产过程中，PLC 采集到对应的过程参数后，可实现自动闭环控制，当某一生产条件波动后，可使得成品工艺指标迅速自动调节至工艺要求内。相比传统控制需要人工观察后再根据经验进行调节，不仅滞后性大大降低，还减少人工参与，批次内成品综合指标也大大提高。得益于基于TIA 博途软件的强大编程功能，集控编程人员可根据PLC 采集的报警错误指令，更广泛、更精确、更迅速地在报警栏中反馈任一电气设备出现的故障，使维修人员可以通过报警栏提供的信息迅速定位故障点，大大节省了维修故障所需的时间。

3 工序段之间的通信及控制

各个工序段之间，以总服务器为核心，使用型号为CP1623的西门子网卡，用以太网实现工序段之间各个PLC 的网络实时连接与控制。①生产现场所有控制器均与总服务器进行实时通信，操作人员登录获得权限后，可在任意一台控制器上实现对整个制丝生产线任一设备进行监控。②因所有工序段PLC 均将所有过程生产数据实时传递给服务器，各段PLC 可随时采集上下游工序段批次生产信息，在操作人员准备生产某批次成品时，PLC 可根据上游信息，自动进行批次牌号防差错比对，降低人为出错的可能性。③对于有多条生产线的工厂，在需要时，不同生产线的上下游工序段可实现交叉生产，保障或提高生产效率。

4 中控与工序段之间的通信及控制

生产过程中，西门子S7-1500 系列PLC 可实时采集所有需要的过程数据，包括过程质量参数如电子秤采集的烟丝瞬时、累计重量数据，流量计采集的瞬时、累计流量数据以及红外水分仪采集的水分与温度数据；过程控制参数如电机运行频率、气动薄膜阀开度，再将其打包传输给总服务器。总服务器接收各个工序段PCL 采集的所有过程控制、过程质量参数后，再上传至制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）进行数据分析，以批次为单位，对所有类型的过程数据进行整理、对比，使工艺人员通过观察整理后的数据直接判断该批次生产情况，同时也可以直接观察所有的过程数据，在某一时段过程数据出现问题时，对该时段进行直接分析。中控控制器在登录取得权限后，同样可以对现场任一设备进行监控。