西門子自動(dòng)化產(chǎn)品在煙草集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

張 琪，張志洋，趙忠?guī)?/p>

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，山東濰坊 262500）

0 引言

隨著煙草行業(yè)企業(yè)的發(fā)展，對(duì)生產(chǎn)效率與質(zhì)量也提出更高的要求，因此煙草機(jī)器設(shè)備更新?lián)Q代納入到企業(yè)發(fā)展重要日程中，引入并融合自動(dòng)化技術(shù)產(chǎn)品來提高煙草生產(chǎn)和動(dòng)力設(shè)備的自動(dòng)化水平以及控制系統(tǒng)的能力。提高煙草企業(yè)生產(chǎn)效率與質(zhì)量。

1 煙草行業(yè)動(dòng)力系統(tǒng)概述

動(dòng)力系統(tǒng)由空壓站、除塵站、制冷站、空調(diào)調(diào)節(jié)系統(tǒng)、熱力轉(zhuǎn)換站、供氣站、凝水站、污水處理站、軟化水站等構(gòu)成，動(dòng)力設(shè)備主要作用是進(jìn)行污水、軟化水的處理，以及負(fù)責(zé)整個(gè)煙草廠生產(chǎn)、辦公單位的水、電、氣、汽的保障。

2 PLC 在煙草行業(yè)集控系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 PLC 含義和特點(diǎn)

PLC 是可靠且易于改造的控制器，該自動(dòng)化產(chǎn)品具有能耗小、體積小、抗干擾性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。隨著科技的快速發(fā)展，各個(gè)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品自動(dòng)化要求提高，PLC 的服務(wù)價(jià)值逐漸體現(xiàn)。在PLC技術(shù)應(yīng)用過程中需要搭配其他系統(tǒng)一起使用，借此來提高工作效率，節(jié)約生產(chǎn)資源。

PLC 的應(yīng)用特點(diǎn)可概括為以下3 點(diǎn)：①PLC 產(chǎn)品使用的通信協(xié)議統(tǒng)一，方便不同商家產(chǎn)品之間的信息聯(lián)動(dòng)，增強(qiáng)通信開放性；②將現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和總線結(jié)合，在實(shí)際應(yīng)用中需要使用大量傳感器接口和相應(yīng)執(zhí)行器；③通信程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單化，例如其自動(dòng)接收與發(fā)送的功能，只要編寫一側(cè)的程序就能實(shí)現(xiàn)，為減少程序編寫量還在此基礎(chǔ)上進(jìn)行對(duì)接口軟件的設(shè)計(jì)完善，使其更好地和其他軟件對(duì)接，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。

2.2 PLC 在煙草集控系統(tǒng)中的應(yīng)用作用

PLC 在煙草行業(yè)中的應(yīng)用體現(xiàn)在以下3 各方面：①PLC 產(chǎn)品因?yàn)橥ㄐ殴δ芡晟?，且預(yù)留通信所需的接口，可實(shí)現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)傳輸，具有較好的聯(lián)網(wǎng)和通信的功能；②PLC 主要控制對(duì)象是產(chǎn)品生產(chǎn)過程，包括各種模擬量、流量、溫度、壓力等參數(shù)的控制，能實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)生產(chǎn)各個(gè)環(huán)節(jié)的閉環(huán)式控制。當(dāng)前在煙草行業(yè)中，采用的閉環(huán)式控制系統(tǒng)大部分是PID 調(diào)節(jié)，大型PLC 設(shè)備安裝有PID 模塊；③新型PLC 設(shè)備集成多種功能，包括數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)排列、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。在數(shù)據(jù)處理中首先進(jìn)行處理數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)器存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的比較，再將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到其他裝置中，利用遠(yuǎn)程設(shè)備實(shí)現(xiàn)操作和控制。其次對(duì)開關(guān)量的邏輯控制，利用PLC 代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器，實(shí)現(xiàn)對(duì)邏輯和順序的控制，同時(shí)利用PLC設(shè)備對(duì)多臺(tái)設(shè)備進(jìn)行控制。根據(jù)所要控制對(duì)象的特點(diǎn)將其加工成相應(yīng)的模板，此后一系列操作根據(jù)此模板開展，在系統(tǒng)靈活性和功能方面都更加完善和靈活。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)功能

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

煙草廠生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)由自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備和車間生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)采工作站、WinCC 集控層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層構(gòu)成，其中現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集工作站的主要作用是，一方面從設(shè)備上根據(jù)接口采集管理需要采集數(shù)據(jù)，另一方面則為其他管理系統(tǒng)提供部署在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的軟硬件工作平臺(tái)，便于其他系統(tǒng)之后的部署工作。集控系統(tǒng)中的服務(wù)器為整個(gè)子系統(tǒng)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中心，即數(shù)據(jù)采集工作站所采集的所有數(shù)據(jù)都要進(jìn)入到服務(wù)器中實(shí)現(xiàn)集中化管理，生產(chǎn)系統(tǒng)集成的數(shù)據(jù)也全部都由服務(wù)器采集管理。集控系統(tǒng)的服務(wù)器直接使用服務(wù)器的數(shù)據(jù)，通過分層處理后使集控系統(tǒng)更專注數(shù)據(jù)的跟蹤分析和后期展示，集控系統(tǒng)和其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換來獲得設(shè)備配置信息和其他基礎(chǔ)性信息，集控系統(tǒng)同時(shí)完成數(shù)據(jù)直接轉(zhuǎn)換，為其他系統(tǒng)提供處理后的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中。

控制系統(tǒng)中的監(jiān)控畫面包括流程界面、工藝選擇、電機(jī)手動(dòng)、頻率調(diào)節(jié)和報(bào)警信息等界面，其中流程界面是開機(jī)顯示界面，顯示的是動(dòng)力系統(tǒng)各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行情況，可以查看相關(guān)設(shè)備的詳細(xì)信息。在各個(gè)站中設(shè)置PID 控制調(diào)節(jié)模塊以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制調(diào)節(jié)、狀態(tài)查詢等功能。選擇電機(jī)控制方式，按下自動(dòng)控制按鈕，各系統(tǒng)設(shè)備便能自動(dòng)運(yùn)行，選擇手動(dòng)控制中可以現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)開啟電機(jī)[1]。

3.2 系統(tǒng)功能

系統(tǒng)具有按照生產(chǎn)工藝要求自動(dòng)啟停、自動(dòng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)、故障診斷以及聲光報(bào)警、聯(lián)鎖啟停、顯示工藝流程情況和工藝參數(shù)的功能，同時(shí)還具有實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)過熱、過壓、過流、缺相的保護(hù)功能?？刂葡到y(tǒng)以自動(dòng)化控制為主，結(jié)合觸摸屏和本地手動(dòng)控制方式。

西門子自動(dòng)化產(chǎn)品的煙草集控系統(tǒng)，基于Wincc 集控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力源集控子系統(tǒng)的配置，并利用Web 發(fā)布，將分散的數(shù)據(jù)集合在一起，實(shí)現(xiàn)集中化管理的目標(biāo)。同時(shí)也實(shí)現(xiàn)綜合分析、統(tǒng)一規(guī)劃和利用全部資源，在一個(gè)系統(tǒng)中能及時(shí)直觀地了解其他各設(shè)備的運(yùn)行狀況以及執(zhí)行情況。通過有效、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)分布的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)信息，結(jié)合廣泛且分布式的、可擴(kuò)展的自動(dòng)化平臺(tái)，能實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)反映動(dòng)力系統(tǒng)的各種動(dòng)力源及其設(shè)備的運(yùn)行情況。

4 自動(dòng)化產(chǎn)品及技術(shù)在煙草動(dòng)力系統(tǒng)中的應(yīng)用

4.1 在污水處理中的應(yīng)用

煙草生產(chǎn)產(chǎn)生的污水狀況比較惡劣，其中含有較多的酸堿性物質(zhì)以及超標(biāo)的金屬含量，這種較惡劣的水質(zhì)情況可能會(huì)對(duì)動(dòng)力系統(tǒng)及其設(shè)備產(chǎn)生很大的傷害。為此，需要采用自動(dòng)化產(chǎn)品對(duì)污水處理進(jìn)行集中控制。污水處理中使用的自動(dòng)化控制設(shè)備必須具備極高的靈活性和靈敏度，能實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)實(shí)時(shí)、精確監(jiān)控，并及時(shí)將污水處理問題進(jìn)行反饋和調(diào)節(jié)。實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中溫度、酸堿度、電導(dǎo)率、水位等多種參數(shù)精確監(jiān)測(cè)和采集，并實(shí)現(xiàn)信息自動(dòng)化處理。

（1）污水處理自動(dòng)化系統(tǒng)的組成和特點(diǎn)。污水處理中使用的PLC 自動(dòng)化控制系統(tǒng)主要采用三級(jí)控制方式，結(jié)合控制單元把電動(dòng)閥門等控制器完成反饋和調(diào)節(jié)控制。

（2）參數(shù)測(cè)量和控制。自動(dòng)化技術(shù)在污水處理環(huán)節(jié)中的應(yīng)用主要包括酸堿度、溫度和溶解氧量的測(cè)量和控制。其中酸堿度測(cè)量采用電位法得到污水酸堿度電信號(hào)，再經(jīng)過處理后傳遞給控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。溫度的測(cè)量中是利用傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)階段水溫的測(cè)定，常用靈敏度較高的鉑熱電阻為傳感器，將污水中水溫信號(hào)變?yōu)橄鄳?yīng)的電壓信號(hào)進(jìn)行傳遞，并結(jié)合分析計(jì)算軟件得到水溫具體值。對(duì)于溶解氧量的測(cè)量，是為了制定更加科學(xué)的曝氣方案，需要借助自動(dòng)化技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行精確測(cè)定[2]。

4.2 在除塵站中的應(yīng)用

煙草廠除塵站由除塵風(fēng)機(jī)、除塵倉、自動(dòng)控制閥門等部分組成，各部分在常規(guī)運(yùn)行中，依托于PLC 系統(tǒng)來完成調(diào)配任務(wù)。同時(shí)在除塵站工作期間，會(huì)利用獲取到的Wincc 監(jiān)控畫面，對(duì)于整個(gè)運(yùn)營(yíng)過程進(jìn)行監(jiān)管。該系統(tǒng)在應(yīng)用過程中，除了對(duì)系統(tǒng)整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控外，還可以根據(jù)需求進(jìn)行單體設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的查看，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作與及時(shí)預(yù)警。

（1）自動(dòng)化控制系統(tǒng)：該系統(tǒng)采用遠(yuǎn)程分布式I/O 模式，采用熱插拔總線用來連接其他部位，從而為系統(tǒng)檢修創(chuàng)造便利。而且主控室中設(shè)置多臺(tái)工控機(jī)。其中的下位機(jī)PLC 程序會(huì)將系統(tǒng)進(jìn)一步細(xì)分為若干子系統(tǒng)，如粉塵捕集系統(tǒng)、在線清灰系統(tǒng)、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、卸灰系統(tǒng)等，并且在系統(tǒng)設(shè)計(jì)期間，也會(huì)優(yōu)化現(xiàn)有的設(shè)計(jì)思路，如采用模塊化思路來細(xì)分系統(tǒng)運(yùn)行功能，同時(shí)也簡(jiǎn)化了控制代碼總量，更加便于信息存儲(chǔ)工作的進(jìn)行。

（2）控制流程實(shí)現(xiàn)：①粉塵捕集系統(tǒng)，各個(gè)除塵管道上的電動(dòng)閥門自動(dòng)投入和粉塵機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)鎖，在控制系統(tǒng)啟動(dòng)后粉塵機(jī)會(huì)根據(jù)指令自動(dòng)打開閥門，進(jìn)行粉塵收集工作的準(zhǔn)備，該過程會(huì)提前正式啟動(dòng)前幾秒鐘，同理在系統(tǒng)完成工作后也會(huì)延長(zhǎng)幾秒后再關(guān)閉電動(dòng)閥門；②在線清灰系統(tǒng)。采用袋式除塵器進(jìn)行脈沖在線清灰，綜合分室反吹與脈沖清灰的技術(shù)，使用自動(dòng)控制清灰工作機(jī)制，采用多個(gè)脈沖閥門根據(jù)時(shí)間循環(huán)動(dòng)作編制成一個(gè)功能塊FC1，清灰系統(tǒng)控制作為一個(gè)模塊編制成一個(gè)功能塊FC2，根據(jù)FC2 再根據(jù)時(shí)間設(shè)定調(diào)取FC1，F(xiàn)C1 對(duì)多個(gè)除塵倉中的多個(gè)脈沖閥進(jìn)行自動(dòng)化控制；③風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。除塵風(fēng)機(jī)使用高壓變頻控制方式，將風(fēng)機(jī)定子溫度、軸承溫度作為報(bào)警引入聯(lián)鎖，在電動(dòng)閥門開啟時(shí)同時(shí)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)入口閥門開啟，清灰系統(tǒng)隨之運(yùn)行，在粉塵機(jī)停機(jī)后延時(shí)幾秒后再關(guān)閉風(fēng)機(jī)，再停止幾秒后關(guān)閉清灰系統(tǒng)；④卸灰系統(tǒng)，開啟自動(dòng)排灰程序后按順序循環(huán)排灰[3]。

（3）調(diào)試和處理：除塵器清灰周期與清灰時(shí)間將影響灰塵捕集的性能與運(yùn)行狀態(tài)，若清灰的時(shí)間太短，會(huì)因?yàn)檫^度頻繁的清灰而導(dǎo)致粉塵二次進(jìn)入濾袋導(dǎo)致濾袋堵塞或破損。可以將系統(tǒng)中所有虛幻參數(shù)利用自制功能模塊FB1 完成格式轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)在相關(guān)程序中，可以根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)更改清灰和排灰的時(shí)間、動(dòng)作次數(shù)等參數(shù)，確保設(shè)備及其系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定。除塵倉前后壓強(qiáng)的差值變化也會(huì)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生影響，如果壓差太大則會(huì)導(dǎo)致濾袋被堵塞、粉塵板結(jié)，導(dǎo)致清灰系統(tǒng)灰斗積灰堵塞，無法發(fā)揮清灰系統(tǒng)的作用；若壓差太小，則會(huì)導(dǎo)致濾袋破損、管道堵塞或閥門關(guān)閉，導(dǎo)致箱體出現(xiàn)泄漏，進(jìn)而對(duì)整個(gè)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。為此，可以將壓差做成聲光報(bào)警并增設(shè)一個(gè)定阻清灰控制程序，在壓差過大的情況下通過清灰次數(shù)的增加來使壓力恢復(fù)正常。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)困難和解決

在集控系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的過程中，想要確保系統(tǒng)后期運(yùn)行可靠穩(wěn)定，有必要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行調(diào)試，但是在調(diào)試中出現(xiàn)了以下問題：①Web 刷新較慢，發(fā)布的頁面數(shù)據(jù)更新很慢；②系統(tǒng)中部分頁面切換使用了內(nèi)部變量，但是多個(gè)Web 用戶登錄系統(tǒng)時(shí)就會(huì)出現(xiàn)在沒有按下按鈕的情況下頁面自動(dòng)跳轉(zhuǎn)的情況；③集控系統(tǒng)需要利用PLC 自動(dòng)控制設(shè)備采集數(shù)據(jù)信息，在采集程序設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)集中在一個(gè)連續(xù)塊地址上，批量傳輸?shù)男矢哂趩为?dú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)男?，利用PLC 時(shí)，為避免因集控系統(tǒng)故障出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的現(xiàn)象，應(yīng)設(shè)置數(shù)據(jù)采集緩沖功能。

6 結(jié)語

綜上所述，在煙草行業(yè)中，采用PLC 自動(dòng)化相關(guān)產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)對(duì)煙草生產(chǎn)中動(dòng)力口的統(tǒng)一規(guī)劃和設(shè)計(jì)，可及時(shí)反映系統(tǒng)及其設(shè)備運(yùn)行中存在異常，對(duì)不合理之處進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，可提升系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。