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烟草生产自动化控制和管理系统探讨

[摘要]本文以天水卷烟厂制丝线控制和管理系统为例，介绍了烟草生产自动化控制的多层网络控制系统的设计思想；讨论了基于西门子工业以太网控制系统的基本结构和设计方法，阐述了基于Profibus和EThernet的3级网络控制系统的软硬件组态及通讯技术。

[关键词]烟草生产；自动化；控制；管理

近年来，随着自动化技术和计算机网络通信技术的快速发展，现代化工业生产控制正在向以网络为基础、以控制器为核心，集自动控制与信息管理于一体的网络控制方向快速发展，其本质是利用计算机技术对生产设备及参数进行多层次的网络化控制、监视和管理，提高生产和管理效率。本文以天水卷烟厂制丝线设备为控制对象，介绍一种烟草企业制丝线的小型多层网络控制管理系统的网络结构、硬软件配置及各层网络功能，其主要思想是将烟草生产自动化控制系统设计为由设备控制层子网络、集中监控层子网络和管理控制层子网络的3层网络控制系统，各层子网络之间的通讯根据其硬件不同采用不同的通讯协议和技术。

1.系统结构

制丝线控制和管理系统共分三个层次：即设备控制层、集中监控层和生产数据管理层。三层网络结构是相互联系、紧密结合的，设备控制层是基础，是控制的主体。集中监控层主要负责控制过程中的集中监视和控制参数的下达，是操作平台。生产数据管理层负责信息数据的收集与分析，并向厂级ERP系统汇总生产数据、接收管理信息，是管理平台。

1.1设备控制层结构

设备控制层根据工艺流程特点共分为九个控制子系统。每组控制子系统由主控制柜、分布I／O控制箱、AS-I总线模块、智能设备控制器、现场操作站、网络器件及端接器件通过现场设备总线(SIEMENS Profibus-DP网)组成，系统由主站和从站构成，通过高速双向串行线、现场从站(远程分布式I／O-E工200系列模块、带DP口的变频器、传感器等)组成的Profibus-DP网与分散的现场设备(如阀门、接近开关、光电开关、电机馈电器、编码器、流量、温度、水份、压力传感器)进行通信。

1.2集中监控层结构

集中监控层网络结构采用Siemens的ClienT／Server模式，集中监控层由各工艺段控制系统主站PLC与数据I／O服务器组成的SIEMENS 工业光纤以太网络、5台监控计算机、1台工程师站、2台数据I／O服务器、网络交换机及工控软件组成，各控制主站间、控制主站与监控管理层间通过Siemens的工业光纤以太网交换数据，完成各工艺段间相关数据的传递。

1.3生产数据管理层结构

监控管理层是整个车间生产调度与管理的核心，除完成对生产线的监控任务外，还要进行对提供生产必备条件的公用设备运行工况的监控以及二者的协调。车间工艺调度监控机接受从厂级网下发来的生产任务和工艺参数，并将生产任务分解以及工艺参数确认，授权有关人员对系统进行浏览、参数调整：完成预定的统计和报表制作任务。整个系统主要由数据采集服务器(兼工程师站)、数据库服务器、监控计算机、车间工艺调度监控机、打印机及信息网等组成。

2.系统软硬件配置

2.1设备控制层

硬件配置：各工艺段设备控制层以SIEMENS$7-400系列PLC为控制核心，ET200S分布式现场I／O通过SiemensProfiBus-DP现场总线组成，包含所有的现场执行器、传感器、电控单机设备(电子秤、水份仪等)、参与控制的电控元器件、AS-I总线模块及相关网络设备。

软件配置：设备层PLC系统的硬件组态及程序设计是通过SimaticSTep7V 5.2编程软件进行的，根据控制系统的结构，STep7软件分别对各层子网络的硬件进行组态，并对各主从PLC进行网络参数配置。

2.2集中监控层

2.2.1硬件配置

(1)两台工控机作为冗余数据采集(I／O)服务器，通过冗余工业以太网网络采集现场数据、下达工艺参数。

(2)5台监控计算机通过冗余数据采集服务器对各工艺段设备运转进行监控、调度管理。

(3)网络打印机汇总输出各类报表及工艺曲线图。

(4)中央控制室操作台工位设计为5工位。操作台设置有相应的操作面板，在操作面板上可实现本地／远程钥匙开关选择，进行急停操作等功能。

2.2.2软件配置

(1)集中监控软件选用SIEMENS公司的WINCC监控软件，数据库采用MICROSOF工公司SOL SERVER2000数据库系统。

(2)服务器操作系统软件选用Windows 2000 server中文版，监控计算机Windows 2000 Professional中文版以保证操作系统平台的统一及易维护。

2.3生产数据管理层

生产管理层由数据库服务器、冗于磁盘阵列、网络交换机、管理计算机及数据库软件SOL SERVER2000、InSQL8.0等构成。

2.3.1硬件配置

(1)I／O服务器选用IBM公司服务器，双至强CPU、1G内存，100M网卡SCSI 硬盘：

(2)综合管理计算机选用IBM高性能商用计算机：

(3)设置一台网络交换机，提供集中监控系统的网络通讯及预留与工厂级网络的通讯接口。网络交换机选用Cisco公司CISCO 2511产品：

2.3.2软件配置

(1)数据库采用SQL SERVER2000及工：业数据库InSQL 8.0。

(2)数据管理软件针对天水卷烟厂的实际需求，编制生产调度管理、工艺参数管理、质量实时管理、设备实时管理等功能模块：平台为Microsof工公司的Windows 2000；

3.系统功能

3.1设备控制层

用于设备级控制系统PLC主站与分散式I／O的通信。主站周期地读取从站的输入信息并周期地向从站发送输出信息。除周期性用户数据传输外，设备控制层PROFIBUS-DP还提供智能化设备所需的非周期性通信以进行组态，诊断和报警处理。

3.2集中监控层

3.2.1显示功能