西門子PLC在煙草制絲機電集控上的應用

唐文堯，姚 睿，馮煥芬，夏同行，鄭 超

（貴州中煙工業有限責任公司遵義卷煙廠，貴州 遵義 563000）

0 引言

機電集控主要反映在柔性生產、智能制造和其他生產自動化應用中。近年來，隨著煙草制絲相關技術不斷提升，各個工序關鍵參數要求越發嚴格，自動化設備被廣泛用于滿足監控站點不斷變化的需求，通過精準化、智能化生產最終實現煙草工廠的高度自動化是社會發展的必然趨勢。

1 國內煙草制絲機電集控應用現狀

目前，煙草制絲工藝根據關鍵工序不同，分成各個關鍵工序段，一般每個關鍵工序段由一臺對應核心設備、數臺輔連設備以及數臺測量設備組成。每個工序段之后，由對應煙草貯柜貯存該工序煙草物料，并為下一工序提供煙草物料。傳統機電集控一般只負責單一工序內的集成控制。首先，單個關鍵工序內，以煙絲烘干工序為例，可編程控制器（Programmable Logic Controller，PLC）只需保證核心設備烘絲機自身穩定運行，對于進、出口水分儀以及出口溫度儀的測量參數，通過通信模塊連接后，只需將傳輸接收到的參數加以顯示。但受限于西門子PLCS7-400 系列PLC 的硬件條件，其很少將上述參數采集并參與烘絲機控制。其次，工序與工序之間，以貯柜為標準進行分割，互相只傳遞進、出柜時間，貯柜煙葉重量、貯柜牌號、貯柜批次號不參與閉環控制。最后，中控與工序之間，傳統煙草制絲中控單一工序設備由對應單一監控系統控制，對應數據參數也只能由該監控系統采集，監控系統之間互不關聯，該控制方式使得生產過程中的數據采集及分析有較大的不可控性。上述三點為傳統煙草制絲集控存在的問題，其核心均在于PLC 的運算速率和通信擴展能力受限。因此，使用新一代的西門子PLC 是提高煙草制絲效率和質量的必然趨勢。

2 工序段內煙草制絲設備的應用

以某煙草制絲生產線煙葉預處理段為例，該工序段由一臺西門子S7-1516PLC 進行控制，且該段編程平臺基于TIA 博途軟件，并集成應用于可視化設備WinCC，實現編程控制與監控一體化。煙葉預處理段監控畫面如圖1所示。

圖1 煙葉預處理段監控畫面

此畫面實時反映了該生產段內所有主機設備及輔連設備當前運行狀態，測量設備實時反饋數據。上述輔連、測量設備集成在現場I/O 子站箱，通過ET 200 模塊與該段PLC通信。其中，輔連設備如振槽、傳送帶，在操作人員下達生產開始指令后，通過光電、可視化圖像分析等傳輸物料真實到達后，輔連設備才開始啟動。當生產完成或出現斷料時，根據光電等傳輸的物料真實消失的信號，輔連設備即刻停止。相較于傳統的同時開啟/關閉，可以實現對設備的智能控制，從而減少不必要的能源消耗和機械磨損。對于測量設備如電子秤、水分儀以及溫度儀，在生產過程中，PLC 采集到對應的過程參數后，可實現自動閉環控制，當某一生產條件波動后，可使得成品工藝指標迅速自動調節至工藝要求內。相比傳統控制需要人工觀察后再根據經驗進行調節，不僅滯后性大大降低，還減少人工參與，批次內成品綜合指標也大大提高。得益于基于TIA 博途軟件的強大編程功能，集控編程人員可根據PLC 采集的報警錯誤指令，更廣泛、更精確、更迅速地在報警欄中反饋任一電氣設備出現的故障，使維修人員可以通過報警欄提供的信息迅速定位故障點，大大節省了維修故障所需的時間。

3 工序段之間的通信及控制

各個工序段之間，以總服務器為核心，使用型號為CP1623的西門子網卡，用以太網實現工序段之間各個PLC 的網絡實時連接與控制。①生產現場所有控制器均與總服務器進行實時通信，操作人員登錄獲得權限后，可在任意一臺控制器上實現對整個制絲生產線任一設備進行監控。②因所有工序段PLC 均將所有過程生產數據實時傳遞給服務器，各段PLC 可隨時采集上下游工序段批次生產信息，在操作人員準備生產某批次成品時，PLC 可根據上游信息，自動進行批次牌號防差錯比對，降低人為出錯的可能性。③對于有多條生產線的工廠，在需要時，不同生產線的上下游工序段可實現交叉生產，保障或提高生產效率。

4 中控與工序段之間的通信及控制

生產過程中，西門子S7-1500 系列PLC 可實時采集所有需要的過程數據，包括過程質量參數如電子秤采集的煙絲瞬時、累計重量數據，流量計采集的瞬時、累計流量數據以及紅外水分儀采集的水分與溫度數據；過程控制參數如電機運行頻率、氣動薄膜閥開度，再將其打包傳輸給總服務器。總服務器接收各個工序段PCL 采集的所有過程控制、過程質量參數后，再上傳至制造執行系統（Manufacturing Execution System，MES）進行數據分析，以批次為單位，對所有類型的過程數據進行整理、對比，使工藝人員通過觀察整理后的數據直接判斷該批次生產情況，同時也可以直接觀察所有的過程數據，在某一時段過程數據出現問題時，對該時段進行直接分析。中控控制器在登錄取得權限后，同樣可以對現場任一設備進行監控。