煙草制絲線電控集成系統網絡架構設計與分析

張東岳

摘 ? 要：在中國進入到新世紀以來，經濟水平和科技水平都得到了飛速發展，各個行業之間的競爭逐漸加大，特別是在煙草行業。在煙草行業中為了提高煙草產品的品質，就需要使用先進的制絲線電控集成系統。制絲線電控集成系統不僅包括與制絲線工藝段控制系統集成，還包括與MES系統、原料高架庫、糖料間、膨脹煙絲生產線、半成品絲庫（含摻配）、成品絲庫（含風力喂絲）等系統的集成。本文首先對制絲線集控系統進行分析，然后從硬件和軟件兩方面進行研究，對制絲線電控集成系統網絡架構進行設計，采用先進的分層設計方法保證系統的穩定性和可靠性。

關鍵詞：制絲電控集成系統 ?分層設計 ?網絡架構

中圖分類號：TS43 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（b）-0006-03

自從中國進入到新世紀以來，科技水平不斷進步，人們的生活水平越來越高，對生活消費品的質量要求也越來越高，對國內的煙草制造廠家提出了相當高的要求。因此國內的煙草生產廠家為了提高自己產品的質量，在生產工藝上面進行不斷的革新和進步，特別是在煙草生產的控制系統上面，使用最先進的控制技術來提高生產出來的煙草產品質量。在提高煙草產品質量過程中很重要的一個部分就是提高制絲工藝的技術水平，目前廠家為了提高制絲工藝的水平，使用了大量的先進的自動化設備，因此要求制絲線的控制系統必須要穩定可靠。如果制絲控制系統出現了問題，那么就會導致制絲生產工藝的生產出現問題，進而會嚴重地影響生產出來的煙草產品質量。在制絲線控制系統中能夠保證制絲生產過程穩定最關鍵的就是網絡架構，如果網絡架構不合理，那么在長時間使用后，網絡中數據傳輸速度會越來越慢，并且更為嚴重的情況就是導致了傳輸的數據丟失，從而使生產停止，帶來嚴重的后果。因此設計出穩定可靠的制絲線集成系統的網絡架構具有十分重要的意義。

本文為了實現整個制絲線集控系統的可靠性，主要是從制絲線電控集成系統的網絡架構上進行設計，對制絲線生產系統整體進行研究和分析，設計出穩定可靠的網絡架構。

1 ?制絲線電控集成系統概述

目前在煙草企業集成管理中，最重要的一個管理環節就是制絲線生產過程，對制絲線生產過程的管理占據了企業整體管理的大部分人力和物力。從煙草企業的管理角度出發，制絲線集成電控系統應該具有如下的功能。

（1）制絲線電控集成系統最基礎的控制就是能夠控制絲線生產設備，使它們可以合理地進行工作，從而生產出滿意的產品。

（2）制絲線電控集成系統還應對制絲線生產過程中的數據進行采集，便于企業進行管理。

（3）制絲線電控集成系統必須要對制絲線生產過程進行實時的監控，具有故障檢測和保護功能。

2 ?制絲線電控集成系統網絡架構總體設計

根據制絲線電控集成系統的功能和企業管理對集成電控系統的要求，以及目前煙草生產廠家在制絲工藝中所應用的先進控制技術，和在制絲生產工藝中運用的先進自動化設備相結合，對制絲電控集成系統的網絡架構進行深入的研究和分析，采用分層設計的方法來進行設計。將整個的制絲線電控集成系統中的網絡架構有效分成三層架構，分別是：底層的設備控制層、用于實時監控的監控層以及對生產過程進行管理的管理層，如圖1所示。

在制絲線電控集成系統網絡架構中的最底層采用PROFINET為主要通信方式，同時結合了先進的工業以太網技術提高數據的傳輸能力。在制絲線電控集成網絡架構中的集中監控管理層面采用控制層環網冗余結構，來保證整個網絡架構的穩定。在制絲電控集成系統的生產管理層面采用的是先進的信息層廠級環網冗余結構。這樣的網絡架構設計可以保證整個集控系統生產過程安全穩定可靠。

3 ?制絲線電控集成系統網絡架構各層設計

在設計好系統的總體網絡架構后，需要對各個分層進行相應的網絡架構設計，下面將對各個分層的網絡架構進行設計。

（1）底層的自動化設備控制層網絡設計。

在電控集成系統中關系到生產煙草質量好壞的最直接的一個層面就是設備控制層面。設備控制層對于整個生產系統來說是一個控制的大腦，它直接控制著生產系統的每個生產設備。只有設計好了設備控制層才可以對其他各個分層進行設計。

底層的自動化設備應具有的功能如下。

①具有遠程和在本地對生產過程或者設備進行控制的功能，主要是在本地和遠程都可以對生產現場的設備進行控制。

②故障監測報警和保護功能，在生產過程中如果某個生產設備發生故障就需要及時的發出報警，然后采取一定的保護策略。

③對生產工藝進行控制的功能，主要是可以進行生產配方的對比，以及對工單自動的下發從而進行自動的生產的功能。

④對生產過程中的設備進行管理的功能，該功能主要是對各單機電控設備的狀態進行相應的管理，對設備參數具備維護功能。

根據上述設備控制層的功能，在設備控制中主要是采用了工業以太網來進行通信，工業以太網PROFINET通信穩定可靠，抗干擾能力強。在控制主站上面設計帶有相應的PN接口，通過PN接口可以方便地通過工業以太網來對現場的各個生產自動化設備進行連接。如果現場的設備中，沒有PROFINET通訊接口，那么也可以對PROFINET協議進行相應的轉換，或者使用主站控制器上面的PROFIBUS-DP進口來進行通信，這樣就完成了底層的網絡設計。

（2）用于實時監控的監控層網絡設計。

根據上面的制絲線集控系統整體的網絡架構設計，監控層是在管理層和控制層中間，主要對現場的制絲生產設備進行監控，對現場的數據進行采集，然后將管理層的控制信息傳給控制層，將控制層的信息傳給管理層。因此在監控層中設備一般包括用于監控的上位機，應用對象服務器，數據庫服務器來對監控數據進行存儲。除此之外還應該有網絡通信設備來完成網絡通信以及相應的監控軟件通信軟件等等。

監控層主要是把從底層采集的數據根據一定的處理方式進行過濾，然后才可以傳給管理層。監控還需要具有一定的通訊接口和相關的數據接口來和管理層進行通信來完成管理層指令的傳達。監控層還需要和生產現場的主控器進行相應的通信，來對整個生產制絲工藝進行相應的監控和管理。

因此根據上面對監控層的功能要求，監控層需要傳輸的數據量比較大，所以通信介質采用光纖進行通信，使用工業以太網協議的通訊方式。由于監控層起到了承上啟下的作用，因此必須對監控層的電源進行相應的冗余來保證監控層在工作的時候可靠，一般監控層中的設備都是采用UPS作為監控層相關計算設備的主電源，然后使用現場的配電箱電源來作為相應的冗余，這樣就可以保證監控層在斷電的時候也可以穩定地工作。

（3）生產過程進行管理的管理層網絡設計。

在整個的制絲線電控集成系統中，管理層作為整個系統的最上層，對于煙草生產企業來說，是整個煙草企業最重要的一個環節。管理層在整個企業管理中的作用和監控層在整個電控集成系統中的功能是類似的，都是起到了承上啟下的作用，管理層是把現場的設備層數據傳輸到企業的整個信息化的管理系統中，對整個煙草生產過程的全部信息進行統一的監控和管理，根據生產要求完成對生產的調度。管理層還可以把現場采集到的生產數據，通過管理層自身的數據管理軟件進行分析和整理，然后把這些統計好的信息傳遞到整個企業的信息化管理系統中，這樣企業管理者就可以對生產進度等信息實時的了解，為下一步的企業戰略提供相應的參考。除此之外，管理層還可以接收來自整個企業管理層下發的煙草生產計劃，然后傳遞給底層來完成相應的生產。在管理層還可以對生產產品的指標進行相應的改變來指導實際的生產過程。不僅如此，管理層還可以根據底層采集到的煙草生產數據以及設備的狀態數據對整個的生產系統進行管理。

由于管理層的作用如此重要，因此根據上面管理層的功能以及相應的要求，管理層網絡通信主要是采用工業以太網作為主要的通信方式。在管理中的主要設備包含裝有用于生產指令下發軟件的上位機以及相關的存儲數據庫來對生產數據進行保存。

在進行完每個分層的網絡設計以后，設計出來的總體網絡架構圖如圖2所示。

4 ?結論

本文主要是對制絲線電控集成系統的網絡架構進行相應的設計，主要是采用了先進的分層設計理念，將整個制絲線電控集成系統分為底層的設備層、中間的監控層和上層的管理層，然后對制絲電控集成系統每個分層進行相應的網絡設計。在底層的自動化設備控制層網絡設計中，分析了底層設備控制層的主要功能是對現場設備進行相應的控制，根據這個要求設計了使用工業以太網來完成通信。對于用于實時監控的監控層網絡，設計了控制層冗余環網的結構來保證監控層穩定可靠。對于生產過程進行管理的管理層網絡，設計了信息層廠級冗余環網的結構來保證管理層可以實時對現場生產的數據進行采集處理分析，然后為企業相關的決策提供重要的參考依據。 本文設計出來的制絲線電控集成系統的網絡架構具有穩定可靠，冗余度高的特點可以滿足煙草企業日益增長的工藝的需求。

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