煙草制絲電控集成系統在制絲生產中的集成管理

方維嵐， 張東岳， 陳衛松， 黃瑞環

（1.上海煙草集團有限責任公司，上海200082；2.北京達特集成技術有限責任公司，北京100176）

0 引言

進入新世紀以來，國際、國內煙草行業競爭日益激烈，為了保證卷煙產品的品質和穩定性，制絲電控集成系統需要滿足更高的要求。制絲電控集成系統不僅包括與制絲線工藝段控制系統的集成，還包括與MES、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。本文從硬件和軟件兩方面著手，對制絲電控集成系統的整體數據接口模式進行深入分析與設計，采用分層集成設計的方法，使整個生產系統的信息傳遞更加穩定、可靠。

1 煙草制絲電控集成系統整體設計框架概述

制絲電控集成系統是根據煙草生產線的工藝需求，通過優選各種技術和產品，將各個分離子系統、不同的軟硬件產品連接成為一個完整、可靠、經濟、有效的系統，并在此基礎上為生產使用者開發定制的應用軟件，最終完成滿足生產需求的一套集成系統。制絲電控集成系統主要分為“生產執行管理系統”“集中監控系統”“PLC控制系統”3個層次，該系統集成主要包括與MES、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。

煙草制絲線電控集成系統整體框架如圖1所示。

圖1 煙草制絲線電控集成系統整體框架層次圖

2 煙草制絲電控集成系統功能概述

煙草制絲線電控集成系統作為生產線控制與信息管理的重要系統，既要實現對設備的精細化控制，又要執行MES系統所下達的任務及工藝參數，為MES提供數據支持，實現與原料高架庫、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。制絲生產線控制方式采用集中、分散型工業現場總線控制模式，將檢測、PLC、計算機圖形、網絡、通訊、數據庫、信息管理等諸多發展迅速的新技術結合在一起，使用方便靈活的硬件和軟件模塊化設計，以適應制絲生產線工藝控制要求和管理要求，將制造過程、生產管理和信息傳遞相統一，使上層的決策能夠迅速地作用在生產過程中，同時也使得當前的生產信息能迅速反饋到管理層，便于全廠的統一安排和優化調度，實現智能化生產，為實現數字化工廠奠定基礎。整體架構如圖2所示。

3 煙草制絲線電控集成系統在制絲生產中的集成管理

3.1 與制絲生產線工藝段單機電控系統的集成

在通常的煙草制絲線中，CX拆箱機、CBC切片回潮系統、AVP光譜除雜機、HT增溫增濕機、ST加料機、RC／EVO切絲機、TT烘絲機、KA供料裝置等設備通常都自帶單機電控系統，這些單機電控系統按生產需求配置工業級Profinet通訊模塊，且自帶操作終端，可以獨立完成該設備所包含的控制操作。

圖2 傳統的煙草制絲線電控集成系統功能框架圖

因此，根據上述特點，制絲線設備控制層PLC、集中監控層SCADA系統與單機設備獨立電控系統通過Profinet網絡通訊實現生產線的聯動控制，通過建立信息交換機制，傳送聯動準備、要料、運行等控制聯鎖信號，獲取生產批次、牌號、煙料信息、設備和生產工作狀態等重要信息，同時采集相應關鍵工藝質量參數。制絲線設備控制層PLC、集中監控層SCADA系統集成數據接口如圖3～4所示。

圖3 設備控制層PLC與制絲工藝段單機電控系統的集成數據接口圖

圖4 集中監控層SCADA與制絲工藝段單機電控系統的集成數據接口圖

3.2 與MES系統的集成

制絲電控集成系統與MES系統的集成主要通過生產執行管理系統來完成。MES系統與制絲生產執行管理系統之間的關系是指揮與執行的關系。在功能界面的劃分中，制絲生產執行管理系統具有維持制絲生產的必要功能，當MES系統出現故障時，制絲生產執行管理系統能在人工干預情況下正常組織生產。

制絲生產執行管理系統通過Web Service技術與MES系統進行業務數據交換，提供業務數據服務。過程控制數據通過OPC技術向MES系統提供生產實時數據，MES系統自行采集。生產執行管理系統與MES系統信息交互邏輯圖詳見圖5。

圖5 生產執行管理系統與MES系統信息交互邏輯圖

制絲生產執行管理系統的主要任務是接收MES系統下發的生產任務信息，參照原料高架庫、糖香料、工藝配方信息等編制制絲批次計劃，形成工單下發到生產現場，也能根據設備運行情況、儲柜信息及其他作業的執行情況調整和平衡不符合要求的任務，使工單按最終生產要求下發。在以計劃為主導的生產要求下，需要制絲生產執行管理系統對在線運行中的設備進行跟蹤和管理，及時獲得準確的工藝信息，監測在制品質量，統計物料投入及成品產出。

生產執行管理系統與MES系統集成數據接口如圖6所示。

3.3 與原料高架庫系統的集成

制絲線與原料高架庫自動化系統之間的集成包括設備控制層和生產管理層的集成。設備控制層集成主要實現設備的連鎖，保證煙包、煙箱的正常出庫和生產的延續，確保煙包、煙箱從配方庫順利進入制絲線的生產流程。原料高架庫與葉片處理段有關控制聯鎖狀態通過網絡通訊方式，傳送批次、牌號、產量、準備好等信息。設備控制層與原料高級庫系統的集成數據接口圖詳見圖7。

同時，制絲生產執行管理系統與原料高架庫物流系統間接口集成設計是保障制絲生產的根本條件，具體業務流程信息與數據交互信息如圖8所示。

圖6 生產執行管理系統與MES系統的集成數據接口圖

圖7 設備控制層與原料高級庫系統的集成數據接口圖

圖8 制絲生產執行管理系統與原料高架庫系統的集成數據接口圖

3.4 與糖料間系統的集成

與糖料間系統的集成主要由生產執行管理系統來完成。糖料廚房主要根據原料配方進行料液配比，并根據制絲生產執行管理系統的要求為生產提供糖料。制絲生產執行管理系統分解生成加料段批次生產工單，會將一天中所有批次生產工單發送給糖料廚房系統，糖料廚房系統根據接收到的生產任務單制定調制計劃，做出料液需求測算，并將相關信息傳送給制絲生產執行管理系統。生產執行管理系統與糖料廚房的集成數據接口業務主要由以下三部分組成，分別為“備料業務”“加料業務”“料液輸送業務”。具體業務接口如圖9～11所示。

圖9 制絲生產執行管理系統與糖料廚房備料業務集成數據接口圖

圖10 制絲生產執行管理系統與糖料廚房加料業務集成數據接口圖

圖11 制絲生產執行管理系統與糖料廚房料液輸送業務集成數據接口圖

3.5 與膨脹煙絲系統的集成

與膨脹煙絲系統的集成主要由設備控制層PLC與生產執行管理系統完成。

制葉絲線根據任務要求可以向膨脹煙絲系統提供煙絲，同時制葉絲線PLC與膨脹煙絲系統存在控制連鎖和信息交互的關系。雙方采用PLC直連方式進行網絡通訊，傳遞內容主要包括運行連鎖信號、批次號、批次比對、報警等信息。

同時，制絲生產執行管理系統要對膨脹煙絲系統的生產任務進行集成，包括膨前備料段、冷端、熱端、膨絲儲絲段（含膨絲入庫、膨絲外運），如圖12～16所示。

圖12 制絲生產執行管理系統與膨前備料段業務集成數據接口圖

圖13 制絲生產執行管理系統與膨絲冷端業集成數據接口圖

圖14 制絲生產執行管理系統與膨絲熱端業務集成數據接口圖

3.6 與半成品絲庫系統的集成

制絲生產執行管理系統會根據產品配方路徑信息將烘絲段批次生產任務單分解生成半成品絲入庫工單或摻配加香工單（含半成品絲出庫）。在摻配大批生產結束或換牌時，生成余料回收工單。

圖15 制絲生產執行管理系統與膨絲柜入柜業務集成數據接口圖

圖16 制絲生產執行管理系統與膨絲儲絲柜出柜業務集成數據接口圖

（1）半成品絲入庫工單（煙絲烘絲后直接入庫）

（2）摻配加香工單（煙絲烘絲后直接摻配，含半成品絲出庫工單）

摻配加香工單同時包含半成品絲庫出庫和摻配段兩個工單，半成品庫WMS系統將工單進行分解，工單結束后要同時將半成品庫出庫信息和摻配加香的生產任務執行情況等相關信息上報給制絲生產執行管理系統。

（3）余料回收工單（摻配大批生產結束或換牌時生成余料回收工單）

具體數據交互接口如圖17～19所示。

3.7 與成品絲庫（含風力喂絲）系統的集成

成品煙絲箱式儲存系統是制絲線電控集成系統的一部分，其生產任務由制絲生產執行管理系統統一管理。制絲生產執行管理系統生成成品煙絲箱式儲存入庫工單和成品煙絲箱式儲存出庫工單（含風力喂絲工單），分別控制成品煙絲的入庫和出庫（風力送絲）。具體數據交互接口如圖20～21所示。

圖17 制絲生產執行管理系統與半成品絲庫入庫業務集成數據接口圖

圖18 制絲生產執行管理系統與半成品絲庫摻配加香業務集成數據接口圖

圖19 制絲生產執行管理系統與半成品絲庫余料回收業務集成數據接口圖

圖20 制絲生產執行管理系統與成品絲庫入庫業務集成數據接口圖

圖21 制絲生產執行管理系統與成品絲庫出庫業務集成數據接口圖

4 結束語

煙草制絲電控集成系統通過與生產線多方系統的數據傳輸和集成，有力地保證了產品的質量，提高生產管理的科學性。系統通過為各相關系統預留良好的數據接口，以保證必要的信息傳遞暢通無阻，使上層管理者可以實時了解制絲、卷接包生產和物流自動化等生產現場的情況，為及時做出合理決策提供依據。同時實現了全程生產跟蹤監測，滿足了大型工業集成系統根據相關法規和市場要求提供生產物料的全程正向和逆向追溯功能的要求。