煙草制絲線電控集成系統(tǒng)網(wǎng)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(jīng)濟水平和科技水平都得到了飛速發(fā)展，各個行業(yè)之間的競爭逐漸加大，特別是在煙草行業(yè)。在煙草行業(yè)中為了提高煙草產(chǎn)品的品質，就需要使用先進的制絲線電控集成系統(tǒng)。制絲線電控集成系統(tǒng)不僅包括與制絲線工藝段控制系統(tǒng)集成，還包括與MES系統(tǒng)、原料高架庫、糖料間、膨脹煙絲生產(chǎn)線、半成品絲庫（含摻配）、成品絲庫（含風力喂絲）等系統(tǒng)的集成。本文首先對制絲線集控系統(tǒng)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(tǒng)網(wǎng)絡架構進行設計，采用先進的分層設計方法保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

關鍵詞：制絲電控集成系統(tǒng) ?分層設計 ?網(wǎng)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(chǎn)廠家為了提高自己產(chǎn)品的質量，在生產(chǎn)工藝上面進行不斷的革新和進步，特別是在煙草生產(chǎn)的控制系統(tǒng)上面，使用最先進的控制技術來提高生產(chǎn)出來的煙草產(chǎn)品質量。在提高煙草產(chǎn)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(tǒng)必須要穩(wěn)定可靠。如果制絲控制系統(tǒng)出現(xiàn)了問題，那么就會導致制絲生產(chǎn)工藝的生產(chǎn)出現(xiàn)問題，進而會嚴重地影響生產(chǎn)出來的煙草產(chǎn)品質量。在制絲線控制系統(tǒng)中能夠保證制絲生產(chǎn)過程穩(wěn)定最關鍵的就是網(wǎng)絡架構，如果網(wǎng)絡架構不合理，那么在長時間使用后，網(wǎng)絡中數(shù)據(jù)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?shù)臄?shù)據(jù)丟失，從而使生產(chǎn)停止，帶來嚴重的后果。因此設計出穩(wěn)定可靠的制絲線集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構具有十分重要的意義。

本文為了實現(xiàn)整個制絲線集控系統(tǒng)的可靠性，主要是從制絲線電控集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構上進行設計，對制絲線生產(chǎn)系統(tǒng)整體進行研究和分析，設計出穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡架構。

1 ?制絲線電控集成系統(tǒng)概述

目前在煙草企業(yè)集成管理中，最重要的一個管理環(huán)節(jié)就是制絲線生產(chǎn)過程，對制絲線生產(chǎn)過程的管理占據(jù)了企業(yè)整體管理的大部分人力和物力。從煙草企業(yè)的管理角度出發(fā)，制絲線集成電控系統(tǒng)應該具有如下的功能。

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

（2）制絲線電控集成系統(tǒng)還應對制絲線生產(chǎn)過程中的數(shù)據(jù)進行采集，便于企業(yè)進行管理。

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

2 ?制絲線電控集成系統(tǒng)網(wǎng)絡架構總體設計

根據(jù)制絲線電控集成系統(tǒng)的功能和企業(yè)管理對集成電控系統(tǒng)的要求，以及目前煙草生產(chǎn)廠家在制絲工藝中所應用的先進控制技術，和在制絲生產(chǎn)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(tǒng)的網(wǎng)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(tǒng)中的網(wǎng)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(jiān)控的監(jiān)控層以及對生產(chǎn)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(tǒng)網(wǎng)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(yè)以太網(wǎng)技術提高數(shù)據(jù)的傳輸能力。在制絲線電控集成網(wǎng)絡架構中的集中監(jiān)控管理層面采用控制層環(huán)網(wǎng)冗余結構，來保證整個網(wǎng)絡架構的穩(wěn)定。在制絲電控集成系統(tǒng)的生產(chǎn)管理層面采用的是先進的信息層廠級環(huán)網(wǎng)冗余結構。這樣的網(wǎng)絡架構設計可以保證整個集控系統(tǒng)生產(chǎn)過程安全穩(wěn)定可靠。

3 ?制絲線電控集成系統(tǒng)網(wǎng)絡架構各層設計

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

（1）底層的自動化設備控制層網(wǎng)絡設計。

在電控集成系統(tǒng)中關系到生產(chǎn)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(chǎn)系統(tǒng)來說是一個控制的大腦，它直接控制著生產(chǎn)系統(tǒng)的每個生產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)現(xiàn)場的設備進行控制。

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

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

④對生產(chǎn)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(tài)進行相應的管理，對設備參數(shù)具備維護功能。

根據(jù)上述設備控制層的功能，在設備控制中主要是采用了工業(yè)以太網(wǎng)來進行通信，工業(yè)以太網(wǎng)PROFINET通信穩(wěn)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(yè)以太網(wǎng)來對現(xiàn)場的各個生產(chǎn)自動化設備進行連接。如果現(xiàn)場的設備中，沒有PROFINET通訊接口，那么也可以對PROFINET協(xié)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(wǎng)絡設計。

（2）用于實時監(jiān)控的監(jiān)控層網(wǎng)絡設計。

根據(jù)上面的制絲線集控系統(tǒng)整體的網(wǎng)絡架構設計，監(jiān)控層是在管理層和控制層中間，主要對現(xiàn)場的制絲生產(chǎn)設備進行監(jiān)控，對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)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(jiān)控層中設備一般包括用于監(jiān)控的上位機，應用對象服務器，數(shù)據(jù)庫服務器來對監(jiān)控數(shù)據(jù)進行存儲。除此之外還應該有網(wǎng)絡通信設備來完成網(wǎng)絡通信以及相應的監(jiān)控軟件通信軟件等等。

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

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

（3）生產(chǎn)過程進行管理的管理層網(wǎng)絡設計。

在整個的制絲線電控集成系統(tǒng)中，管理層作為整個系統(tǒng)的最上層，對于煙草生產(chǎn)企業(yè)來說，是整個煙草企業(yè)最重要的一個環(huán)節(jié)。管理層在整個企業(yè)管理中的作用和監(jiān)控層在整個電控集成系統(tǒng)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(xiàn)場的設備層數(shù)據(jù)傳輸?shù)狡髽I(yè)的整個信息化的管理系統(tǒng)中，對整個煙草生產(chǎn)過程的全部信息進行統(tǒng)一的監(jiān)控和管理，根據(jù)生產(chǎn)要求完成對生產(chǎn)的調度。管理層還可以把現(xiàn)場采集到的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，通過管理層自身的數(shù)據(jù)管理軟件進行分析和整理，然后把這些統(tǒng)計好的信息傳遞到整個企業(yè)的信息化管理系統(tǒng)中，這樣企業(yè)管理者就可以對生產(chǎn)進度等信息實時的了解，為下一步的企業(yè)戰(zhàn)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(yè)管理層下發(fā)的煙草生產(chǎn)計劃，然后傳遞給底層來完成相應的生產(chǎn)。在管理層還可以對生產(chǎn)產(chǎn)品的指標進行相應的改變來指導實際的生產(chǎn)過程。不僅如此，管理層還可以根據(jù)底層采集到的煙草生產(chǎn)數(shù)據(jù)以及設備的狀態(tài)數(shù)據(jù)對整個的生產(chǎn)系統(tǒng)進行管理。

由于管理層的作用如此重要，因此根據(jù)上面管理層的功能以及相應的要求，管理層網(wǎng)絡通信主要是采用工業(yè)以太網(wǎng)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(chǎn)指令下發(fā)軟件的上位機以及相關的存儲數(shù)據(jù)庫來對生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行保存。

在進行完每個分層的網(wǎng)絡設計以后，設計出來的總體網(wǎng)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(tǒng)的網(wǎng)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(tǒng)分為底層的設備層、中間的監(jiān)控層和上層的管理層，然后對制絲電控集成系統(tǒng)每個分層進行相應的網(wǎng)絡設計。在底層的自動化設備控制層網(wǎng)絡設計中，分析了底層設備控制層的主要功能是對現(xiàn)場設備進行相應的控制，根據(jù)這個要求設計了使用工業(yè)以太網(wǎng)來完成通信。對于用于實時監(jiān)控的監(jiān)控層網(wǎng)絡，設計了控制層冗余環(huán)網(wǎng)的結構來保證監(jiān)控層穩(wěn)定可靠。對于生產(chǎn)過程進行管理的管理層網(wǎng)絡，設計了信息層廠級冗余環(huán)網(wǎng)的結構來保證管理層可以實時對現(xiàn)場生產(chǎn)的數(shù)據(jù)進行采集處理分析，然后為企業(yè)相關的決策提供重要的參考依據(jù)。 本文設計出來的制絲線電控集成系統(tǒng)的網(wǎng)絡架構具有穩(wěn)定可靠，冗余度高的特點可以滿足煙草企業(yè)日益增長的工藝的需求。

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