基于工业PLC技术的生产管控系统应用

摘 要：本文论述了近年来发展迅速的工业自动化控制技术，介绍了西门子plc s7过程控制系统的发展历程、技术特点和实际应用。以此为基础设计漯河卷烟厂的卷烟制丝管控系统，实现工业底层以太网与计算机以太网的接合，满足制丝生产管控与质量SPC动态组合；结合底层PLC控制组件，中间层的监控组件和顶层的数据库，构建完整有效的通信服务结构（LAN/FIFELDBUS三级网络结构），从而解决了生产现场控制系统中实时和非实时性的问题。

关键词：工业控制；PLC技术；生产管控

中图分类号：TP273.5

漯河厂制丝车间的生产线主要应用的是意大利COMAS生产线，其电控系统采用单一生产控制模式，在这种传统的电控系统大多以单元生产设备为核心进行检测与控制下，只能分工段进行生产，但是却达不到精确控制的目的，而且生产设备间还极易形成“自动化孤岛效应”，从而导致信息资源共享的缺乏，生产过程中不能统一管理。这样降低了自动化程度，工人劳动强度大。但是现在工艺质量的要求越来越高，工人加大劳动强力度也满足不了这些要求，从而使厂级领导不能够及时的了解车间的生产状况，不能够达成信息的畅通与共享，制约了烟厂的发展。

对此，利用卷烟制丝工业PLC管控系统来满足该行业车间自动化要求，实现精细加工的要求，并且该系统还具备生产管理功能。PLC管控系统的基本原理是把计算机技术应用在自动控制领域，构建新型的企业生产网络系统，用更加方便灵活的软件和硬件模块组合设计，从而实现制丝车间的管理控制一体化。

1 系统结构设计

本文设计的管控系统，主要为企业管理层提供方便，有实时、可靠地控制，各个电控设备之间交换信息，从而实现管理的功能。制丝管控系统的研究目前还处于发展阶段，在设计中它应具有以下特点：

集成性和可扩展性：考虑到制丝线管控系统所涉及的各子系统的集成和信息共享，保证子系统在总体上的先进性和合理性，如此可便于升级和包容不同厂家不同类型的先进产品，随着科学技术的发展与进步制丝线管控系统可以不断的得到完善、充实和提高。

准确性和可靠性：作为智能现场总线设备，数字化，相比之下，一个模拟信号，从根本上提高了控制精度。与此同时，现场总线和以太网技术的使用，确保系统安全可靠地运行，还实现了数据共享。

2 系统总体设计

目前，面对生产总面积的I/O点超过10000点的西门子PLC S7过程控制系统和几套生产设备和机电车间生产需求和现代控制系统的工艺要求，工业以太网和现场两个干线公交网络，西门子S7-400 PLC作为控制器，根据工艺设备的操作有一定的共性，以结构化的方式配置控制特性PLC控制程序设计来提高程序的效率和编程的可读性。现场总线控制方案的选择，ET200S分布式I/O，驱动器，电机开始单位，水分计，流量计、电子天平访问总线，构建底层的网络层控制、数据采集、参数设置和其他数字信息交换和过程控制。

因此，在加工处理生产线控制系统网络体系结构设计，采用三级采集方法，从顶部至底部为集中监控层，设备控制层，生产管理层三个层次。三个层次属于不同层次之间不同的网段，但也有一些重叠的功能分工，但主要的侧重点不同，可以通过集中监控实现I/O数据（PLC数据）和信息数据（MES，MIS，ERP数据）系统进行数据交换。同时保证三个网络之间的相对独立和浏览数据库提供的信息工具和控制数据接口，用于企业管理。

集中监控层：这一层的人机交互界面的控制系统，可以顺利完成集中控制操作整条生产线，监控和显示设备的运行，完成数据的采集，参数的设置等。

软件平台：监控组态软件和数据管理软件，网络通信软件等。

硬件：分布式，客户/服务器结构，具有两个冗余SCADA服务器，一个SCADA地方在iClient客户端，构成了集中监控系统。

信息交换网络：光纤环行工业以太网。

功能：指挥生产线合理运行，发送给PLC正确的指令，同时为机器运行的生产线上传上层管理。

设备控制层：这一层接受集中监测控制命令，如通过西门子PROFIBUS-DP现场总线控制和执行管理的沟通，并通过自己的执行机构（如电机，电磁阀等），传感器检测机构（如光电开关，接近开关等），智能装置（例如皮带秤，水分仪，温度变送器，频率转换器，软启动器等），以完成按照控制程序（方法）在每个生产过程的要求。

软件平台：PLC编程软件，操作站组态软件。

硬件：包括PLC控制柜组、野外监测站、执行器、传感器和现场分布I/O箱。

信息交换途径：现场总线网，光纤环行工业以太网。

功能：完成生产线的开关以及模拟量控制和操作，运行状态和生产线数据采集，显示，参数设置，显示设备故障的设备。

生产管理层：实现生产状况监控，生产的管理，质量的管理，设备的管理。

硬件组成：上层管理计算机，打印机，交换机等。

软件平台：数据库和组态软件。

信息交换网络：TCP/IP以太网。

3 系统网络结构设计

系统网络的设计在系统的层次结构基础上，为了便于考察检验人员，在叶片处理段、梗处理段、叶丝处理段放置四台PC877现场监控操作站作为底层操作配置。可分为设备管理层，生产管理层，集中监控层3个层次，每层虽然有重叠现象，但优先级不同。由于西门子S7-400 PLC具有良好的控制性能，具有通讯能力，具有接口与I/O模块，可以通过现场总线的优势智能现场设备进行连接，所以选择了西门子S7-400。PLC作为主控制器直接控制设备。通过工业以太网交换信息，现场总线智能设备互联无处不在，PLC与PLC之间的主，实现分布式控制的目标。在PLC的OSM挂起同一时间实现光纤环网连接的百米抗电磁干扰能力。

4 系统实现的主要功能

4.1 一对多的集中监控功能

操作界面完全按照生产线工艺流程布置，具有生产线关键设备、一个全局性的工艺操作，工艺参数和实时显示的设备，坐在一台监视器上可以控制线程上运行的所有生产阶段，这种一对多的模式，使操作更加灵活方便。

4.2 生产控制功能

为了实现对每一道工序设备生产线的合理运行，实现在生产过程中的主要工艺参数的合理精确控制。为升温增湿机压力，对加香流量可调节的PID和电路参数可以实时校正。

4.3 管理功能

监视机器的系统管理，安全权限管理，配方管理。操作者通过不同的用户身份访问控制安全级别，从而保证了系统的安全和正常运行，以防止未经授权的操作。

5 结束语

漯河卷烟厂制丝管控系统的实施应用后，为企业打造“数字卷烟工厂”又迈进了一步，实现了生产的智能化、生产管理的数字化；完善了企业资源计划系统（ERP），生产执行系统（MES），和底层工业控制系统的三层体系架构模式；提升了企业信息化能力，提高了质量保证能力、成本控制能力和订单响应能力。相信在未来，该系统与MES系统对接后将能大大提高企业的信息技术对生产经营管理的支撑、推进和引领企业的核心竞争能力。

参考文献：

[1]柴瑞娟，陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用（第三版）[M].北京：机械工业出版社，2006.

[2]赵俊生，王亚军.电气控制与PLC技术应用[M].北京：国防工业出版社，2011.

[3]姚福来，孙鹤旭.PLC现场总线及工业网络实用技术速成[M].北京：电子工业出版社，2011.

作者单位：河南中烟工业有限责任公司漯河卷烟厂，河南漯河 462000