一种香烟卷接包生产过程控制集成系统

摘要

本发明公开了一种香烟卷接包生产过程控制集成系统，由管理信息层、逻辑控制层以及信号传输层构成；所述的管理信息层包括：制造执行系统、数据库、数据采集终端和中心控制系统，所述的制造执行系统、数据库、数据采集终端和中心控制系统均通过第一层工业以太网络互联；所述的控制逻辑层包括：一个主PLC和多个子系统PLC，所述的主PLC和多个子系统PLC均通过第二层工业以太网络互联；所述的信号传输层包括：分别部署在卷接包机台、成型机台以及各辅联设备子系统的分布式远程I/O子站；所述的信号传输层远程I/O子站通过第三层工业以太网络互联。该香烟卷接包生产过程控制集成系统有效改善卷接包生产过程的生产协同能力，提高生产效率。

说明书

技术领域

本发明属于卷烟生产与工业电子技术应用领域，涉及一种香烟卷接包生产过程控制集成系统。

技术背景

目前，香烟卷接包生产过程涉及很多辅联设备自动化控制系统。主要有成品烟丝出柜控制系统、喂丝机控制系统、风力送丝和除尘控制系统、滤棒交换站控制系统、条烟输送控制系统、装封箱机控制系统、真空泵控制系统、自动化物流调度控制系统、辅料高架库控制系统、成品高架库控制系统、集中制冷控制系统等。

香烟卷接包生产工序主要是把成品烟丝卷制加工成烟支并与香烟过滤嘴对接然后包装成盒成条的生产过程。为实现卷接包生产辅联设备控制系统的准确高效的生产协同，提升卷接包生产过程的自动化水平，各个控制子系统之间必须实时地交互大量的控制联锁、品牌调度等信息。现有技术大多通过各控制子系统间直接的硬布线连接方式来实现各控制子系统间的控制联锁信息传递；通过生产人员之间的纸质生产任务单传递或者电话通信等方式来实现生产品牌调度信息的传递。由于这些控制子系统之间相对独立，因此带来控制复杂、各系统之间协同难度大等问题。

现有技术的不足归纳起来有以下两点：

1、硬布线连接方式电缆使用量大，增加成本和施工难度，极易产生接触不良等故障。

2、生产品牌调度信息的传递出错率较高，不便于工人的操作和生产的调度管理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种香烟卷接包生产过程控制集成系统，该香烟卷接包生产过程控制集成系统能有效改善生产协同能力，提高生产效率。

本发明的技术解决方案如下：

一种香烟卷接包生产过程控制集成系统，其特征在于，该香烟卷接包生产过程控制集成系统由管理信息层、逻辑控制层以及信号传输层构成；

所述的管理信息层包括制造执行系统、数据库、数据采集终端和中心控制系统，所述的制造执行系统、数据库、数据采集终端和中心控制系统均通过第一层工业以太网络互联；

所述的控制逻辑层包括：一个主PLC和多个子系统PLC，所述的主PLC和多个子系统PLC均通过第二层工业以太网络互联；

所述的信号传输层包括分别部署在卷接包机台、成型机台以及各辅联设备子系统的分布式远程I/O子站；所述的分布式远程I/O子站通过第三层工业以太网络互联；

所述的中心控制系统还与第二层工业以太网络通信连接；所述的主PLC还与第三层工业以太网络连接；

所述的子系统PLC包括滤棒交换子系统PLC、条烟输送子系统PLC、喂丝机子系统PLC、甘油子系统PLC、封装箱机子系统PLC、风送除尘子系统PLC和品牌切换子系统PLC、空调子系统PLC、烟丝出柜子系统PLC和制冷子系统PLC。

所述的中心控制系统通过双网卡分别与第一层工业以太网络和第二层工业以太网络通信连接；所述的主PLC通过双CP通信卡与第二层工业以太网络和第三层工业以太网络通信连接。

所述的第一层工业以太网络、第二层工业以太网络和第三层工业以太网络采用西门子SCALANCE X400系列模块化交换机构建。

滤棒交换子系统主要功能是通过人工切换管道的方式实现多台成型机滤棒发射端与多台卷烟机滤棒接收端之间的滤棒供应，以满足卷烟多品牌同时生产的需要。

烟丝出柜子系统主要功能是通过皮带输送机等方式将成品烟丝从储柜中输送至喂丝机系统，满足其烟丝输送需求。

喂丝机子系统主要功能是通过负压将成品烟丝吸入送丝管道，并使烟丝沿管道输送至卷烟机台。

甘油子系统主要功能是为香烟的卷接包生产环节提供所需甘油。

条烟输送子系统主要功能是将包装机台生产的成条香烟输送至装箱机。

装箱机子系统主要功能是将包装机台生产的成条香烟装入大箱并封装。

风送除尘子系统主要功能是为香烟的卷接包生产以及生产除尘提供必要的负压。

品牌切换子系统主要功能是实现卷烟机换牌生产时对应送丝管道的自动连锁切换。

制造执行系统(MES)实现企业ERP系统和底层自动化系统之间集成承上启下的中间管理功能，是相对应于ERP生产计划的执行管理系统，是计划排产、过程记录、订单管理等各种生产管理功能的集合；数采系统的终端主要实现生产机台、质检仪器等的数据采集、存储和分析。中心控制系统主要实现卷接包生产辅联设备的过程控制与调度自动化。这些系统的数据最终都放到数据库系统进行存储。

在生产过程中，MES将调度排产任务的结果数据存放至数据库，中心控制系统应用程序可以从数据库直接读取并接收该信息，然后将它分解成为各相关辅联设备控制子系统可以执行的生产任务指令，并通过控制逻辑层网络传递到各个子系统的PLC，实现生产任务以及调度信息的上传下达。并以图形化界面指导生产人员完成卷接包生产机台及其各辅联设备子系统的工况统一监视和生产任务集中管理，使得卷接包生产过程可视化，整合了离散数据及信息，改善了生产协同能力，优化了生产过程中的信息传递，有效提高了生产效率。同时，中心控制系统服务器的双网卡配置实现与数采系统终端进行OPC通信(OLE for ProcessControl，用于过程控制的OLE，是一个工业标准)，从而能够为机台的数采终端上实时提供机台生产较为关注的辅联设备状态信息，方便生产操作人员掌握设备情况。

位于卷接机滤棒接收端的远程I/O装置将给主PLC传递“滤棒需求”等信号，而位于成型机滤棒发射端的远程I/O装置将给主PLC传递“滤棒准备好”等信号。这些信息经由主PLC统一接收并实时转发给FLC(Flexible LineConnector滤棒生产线连接器，俗称滤棒交换站)，FLC对连接管路牌号信息和发射接收管道对应关系进行比对验证后，将滤棒发射机使能信号经由主PLC传递到位于成型机滤棒发射端的远程I/O，从而实现联锁控制。

有益效果：

本发明利用工业以太网技术构建卷接包生产区域的控制与通信基础平台，通过引入主控PLC实现各信号传输的共享与重用，并对各自动化子系统控制联动的重构与改良，提升卷接包生产过程控制的自动化水平、优化控制系统资源配置，本发明不仅能有效改善生产协同能力，而且能够优化利用卷接包生产过程各个子系统资源。

本发明涉及的香烟卷接包生产过程控制集成系统能充分利用网络资源，减少重复布线施工造成的材料和人力资源浪费，提高了全系统的性能价格比。另外，标准化的网络规划设计增强了系统的开放性、灵活性、兼容性、可扩展性。从而使得设备维护更加规范统一，消除了各子系统之间分工协作的技术壁垒，减少了设备维护费用的成本。

本香烟卷接包生产过程控制集成系统实现了卷接包生产机台及其各辅联设备子系统的工况统一监视和生产任务集中管理，使得卷接包生产过程可视化，整合了离散数据及信息，改善了生产协同能力，取代了诸如手工纸质的生产任务计划单等传统的信息传递方式，优化了生产过程中的信息传递，有效提高了生产效率。同时，还为MES系统提供了部分的基础数据支撑，间接经济效益明显。

附图说明

图1为本发明的集成系统网络结构图；

图2为本发明的集成系统结构示意图。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，该系统采用了西门子SCALANCE X400系列模块化交换机作为主要网络设备来构建工业以太网通讯平台。根据网络功能部署从上至下大致可以划分为：管理信息层、控制逻辑层、信号传输层三个层次。

1、管理信息层

管理信息层主要由12台X414-3E和1台X408-2模块化交换机构成千兆光纤主干网，主要实现卷接包机台数据采集终端、滤棒成型机台数据采集终端、机台综合测试仪、中心控制系统服务器、数据库服务器等设备的网络互连。

2、控制逻辑层

控制逻辑层主要由6台X414-3E和1台X408-2模块化交换机构成千兆光纤主干网，主要实现各个辅联设备控制子系统的PLC、操作终端、主PLC、中心控制系统服务器等的网络互连。

3、信号传输层

信号传输层主要由12台X414-3E和1台X408-2模块化交换机构成千兆光纤主干网，主要实现主PLC和系统远程I/O ET200S站点的网络互连。远程I/OET200S是分布式远程输入和输出站点设备，它的主要功能是使用分散式现场设备输入和输出数据，在组态过程中将分散式现场设备分配给一个控制器，然后由控制器PLC用户程序进行处理，这样过程数据就能在控制器和现场设备间交换。

管理信息层处于整个系统结构的最上层。如图2所示，MES(制造执行系统)实现企业ERP(Enterprise Resourse Planning企业资源计划)系统和底层自动化系统之间集成承上启下的中间管理功能；数采系统的终端主要实现生产机台、质检仪器等的数据采集、存储和分析。中心控制系统主要实现卷接包机台辅联设备的过程控制与调度自动化。

在生产过程中，MES将调度排产任务的结果数据存放至数据库，中心控制系统服务器应用程序可以从数据库直接读取并接收该信息，然后将它分解成为各相关辅联设备控制子系统可以执行的生产任务指令，并通过控制逻辑层网络传递到各个子系统的PLC。并以图形化界面指导生产人员完成卷接包生产机台及其各辅联设备子系统的工况统一监视和生产任务集中管理，使得卷接包生产过程可视化，整合了离散数据及信息，改善了生产协同能力，优化了生产过程中的信息传递，有效提高了生产效率。同时，中心控制系统服务器的双网卡配置实现与数采系统终端进行OPC通信，实时提供机台生产较为关注的辅联设备状态信息。

系统在控制逻辑层引入主PLC，并配置两块CP卡(通信处理卡)实现控制逻辑层和信号传输层的互连。主PLC通过网络与各辅联设备控制系统PLC进行Profinet实时通讯，传递生产任务信息的同时严格比对生产流程上下游子系统的牌号、路径等信息，完成各子系统的整体联动。其中主要包括：

主PLC通过Profinet(Profinet是PROFIBUS国际组织(PI)为自动化制定的开放的工业以太网标准，它基于工业以太网，符合TCP/IP和IT标准。)与风力送丝子系统PLC进行实时通讯，实时接收风力送丝子系统的控制信号，将接收到的控制信号发送到位于生产机台的I/O子站，控制接线在I/O子站上的风力送丝阀门进行动作；同时，主PLC通过I/O子站接收到风力送丝阀门反馈信号，将反馈信号实时发送给风力送丝系统PLC，从而满足机台的工艺风力需求。

主PLC通过Profinet与品牌切换子系统PLC进行实时通讯，实时接收品牌切换子系统的控制信号，将接收到的控制信号发送到品牌切换管路上I/O子站，控制接线在I/O子站上的品牌切换阀门进行动作；同时，主PLC通过I/O子站接收到品牌切换阀门反馈信号，将反馈信号实时发送给品牌切换子系统PLC，从而完成机台对应的风力送丝管道切换实现烟丝品牌的切换。

主PLC通过Profinet与位于成型机端、卷烟机端的远程方布式I/O、滤棒交控系统(FLC)的通信，使得可以通过中心控制系统远程设定相应的滤棒输送管道的对应关系，并对牌号和通道号进行双重比对，实现滤棒输送生产线路的透明监视。

主PLC通过Profinet与分布式I/O子站通信，接收并处理空调系统温湿度探头信号存放与主PLC的接口数据区，中心控制系统可以实时处理并监视温湿度信号，同时可以将温湿度信号实时发送给空调系统PLC。

主PLC通过Profinet与条烟输送系统PLC进行实时通讯，通过比对条烟输送系统反馈的联锁信号比对，实现中心控制系统远程设定条烟输送系统的条道和牌号等生产任务信息。

在生产组织过程中，MES系统将排产计划信息放入数据库，中心控制系统从数据库读取计划信息并实现卷接包过程的生产任务管理。卷接包过程的生产任务主要由品牌切换任务、滤棒供应任务、条道切换任务组成，这些任务通过设定相应生产线路的品牌以及生产线路所使用设备的对应关系，确保卷包生产设备的柔性控制连接，以及相应生产环节的无错牌生产。例如：

品牌切换任务主要完成卷烟机台与喂丝机实时的对应关系设置。

滤棒供应任务主要包含两个部分：第一个部分是设置嘴棒发射机和接收机的嘴棒规格。第二个部分设置嘴棒发射机的发射端和接收端的对应关系。FLC系统的PLC为每个滤棒发射机到FLC的管路通道和滤棒接收机到FLC的管路通道都分配一个唯一的地址代码，这一地址代码包含该管路输送的滤棒规格代码和管道编号代码两个部分信息。在发射滤棒之前，生产人员通过中心控制系统提供的图形化界面直观的设置成型机滤棒发射端和卷烟机滤棒接收端的滤棒型号规格，以及滤棒发射端和接收端的管路编号对应关系。FLC系统的PLC根据设置信息进行计算，并输出控制FLC发射机接口板和接收机接口板上的信息指示灯来提示指导生产人员进行正确的管路连接。所有管路必须经过实际连接的地址代码与设置的地址代码进行滤棒规格和管路编号的双重严格比对，比对正确后方能进行正常的滤棒发射与接收。否则，在FLC设备的指示灯和中心控制系统的监控界面上都会提示错误，并自动抑制滤棒发射，从而准确高效的完成滤棒的路由转发工作，满足卷接包机台的滤生产需求。

条道切换任务主要完成条烟输送线提升机的生产品牌设置和条烟输送至装箱机线路对应的滑道选择。