烟厂卷接机组PLC与工控机网络的监控系统设计

朱甫彬

中烟工业有限责任公司长城雪茄烟厂四川618400

摘要：以PLC为核心的烟厂卷接机组电控系统。在分析了PLC发挥其工业监测和控制优势的基础上，引入计算机来完成对控制系统的组织工作，通过星形拓扑结构的局域网实现对整个控制系统中各台机器的统一管理。该系统有效地提高了卷烟生产的自动化管理水平，方便了生产过程以及车间整体的管理。

关键词：PLC；IPC；监控管理

该公司制造的MK9—5卷烟机和PA8—5接嘴机在我国卷烟厂的使用相当广泛。由于机器自动控制部分存在技术老化、不易维护等弊端，因此用户迫切希望提高机组的自动控制水平。我国自行研制的卷接机组电控系统已通过了烟草总公司的鉴定，应用于卷接机的自动控制改造，它以PLC为核心对卷接机进行自动化生产的逻辑控制，并通过单板机以CRT来显示机器的运行状态。然而随着计算机技术的不断发展及生产管理自动化水平的提高，卷烟生产过程中仅仅将自动化手段局限于生产的控制过程已不能成为自动化生产的最终目标，人们不仅希望能及时获得各台机器运转情况的有关信息，而且希望能随时掌握车间整体生产情况的各类信息，及时发现问题，分析原因，采取措施，以便统筹规划，更好地完成生产计划。

一、运用PLC与计算机网络结合构成新型系统

在生产过程控制方面，PLC具有计算机不可取代的优势，而PLC的许多不足又需要计算机来弥补，因而我们在本系统中将PLC与计算机结合起来完成控制和管理过程。生产过程中由PLC采集数据并发送给计算机，计算机负责收集数据，产生报告，帮助设计过程规划、模型和分析控制参数，帮助监测和控制过程质量，完成工厂管理功能。目前工业管理正成为计算机的一个比较大的应用领域。计算机和PIC结合起来为生产提供实时监控，通过计算机对PLC发送的数据进行处理，由CRT显示器以各种方式显示生产过程的关键值，接收操作人员对过程控制和调整的输入，显示生产数据、统计以及监督信息。

该系统中各微机工作站采用网络形式实现资源共享，这样既便于统一管理，又安全可靠。各微机工作站从对应的PIC采集数据，独立进行一系列的处理，由网络管理人员对各工作站的信息综合分析处理，得到机组的总体情况，并将最高产量、最低产量、平均产量和机器名次等信息以中断方式反馈给各微机工作站。

二、系统优化设计方案

1、PLC和计算机串行通讯设计。系统采用232串行口使计算机与PLC相连，串行通讯不仅成本低，而且易于连入网络，富士PLC提供了代串行通讯使用的通讯模块，在通讯模块中可以设定所需的通讯方式，由它对PLC进行通讯协议的设定和通讯口初始化，这样就允许使用简单的ASCII命令来使计算机和PLC进行通讯。图为微机工作站的程序流程图。

2、数据处理。程序在数据处理时需计算出生产过程中的盘纸消耗、滤棒消耗、水松纸消耗、总产量、好烟产量、总消耗和有效作业率等数据，累计故障次数及持续时间，并得到烟机当前状态、机器速度、上次停机原因以及一些其他参考信息等待程序调用。

3、英文操作系统中的汉字显示、自制字库与使用。在对机器运行状态的显示过程中我们需要用到汉字，当然也可以在汉字操作系统下运行程序，但庞大的汉字库占据了较大的内存，而显示过程中只需要其中很少的一部分，这样就会造成很大的浪费，另外，我们所需要的汉字显示应做到醒目、清晰，在一定距离以外亦能引起注意，因此根据多种需要自制了点阵、矢量及图形字库，并采用西文操作系统下的汉字显示技术，编写了相应的汉字显示函数，不仅大小任意，而且平滑、匀称、美观漂亮。

4、优化运行环境。该系统中微机工作站一律采用工控机，工控计算机较普通实验室微机具有更良好的性能和抗干扰性，可以安全工作于烟厂车间。为保证微机工作站中程序及数据的安全，加快程序及数据的渎取速度，微机工作站不使用硬盘，将系统程序及用户程序固化于EPROM中，对需要存储的信息可利用网络服务器的硬盘资源进行存储。该设计程序完全避免了烟机操作人员的干预，故微机工作站无需配备键盘，既提高了效率，也保证了程序的安全运行。

三、基于PROFIBUS-DP的ZJ19E卷接机组电控系统

由于MOLINS公司在电控系统设计上的延续性，其接装机的电控系统采用的是以微处理器为核心的单片机系统(MPU为8085系列，该系列单片机己经逐步淘汰)，全部控制及检测功能均由电路板完成。系统外围接口器件数量、型号繁多。有些器件己经停产或性能落后，备件采购不便，给使用和维修带来了不少困难。

在硬件电路设计上各控制信号约束关系复杂，一旦某部分出现故障就会影响整个系统施工作。其卷烟机部分虽然己采用了PLC控制，但它与机组其他电控系统之间接口关系复杂.传递信息内容有限。整个机组的电控系统未能形成有机的整体。烟草行业是一家自动化生产水平较高的行业，各种新技术、新产品的应用层出不穷，现场总线、网络技术的应用发展很快。PASSIM7000型机组电气控制系统属于八十年代产品，技术水平己经落后;ZJ19A卷接机组在生产过程中也表现出了设计上的不完善之处，其更新换代是必然趋势。因此，烟机集团公司该烟草机械有限责任公司与中电科技集团公司合作，研制开发了ZJ19E卷接机组，对原有机组的电控系统做了重大技术改进，开发出了具有自主知识产权的ZJ19E电控系统。

另外PASSIM8000虽然也采用PROFIBUS总线技术，但其仅局限于主PLC与上位工控机之间的通讯。烟支重量控制系统与烟支质量检测系统同上位机之间的数据传输是通过CAN总线进行的。而升级改造后的ZJ19E电控系统只应用了PROFIBUS一种总线就将系统各主要功能单元联系在了一起，系统结构更加简单，并可以通过现场总线方便地接入上层网络，这可以为烟厂用户今后组建自动化生产监控和数据采集系统及CIMS打下坚实的基础。

ZJ19E卷接机组电控系统的开发将改变国内烟机电控系统长期依赖并落后于国外技术的状况，为卷接机组电控系统的升级改造创出了一条新路，进而可以在其它同类设备上推广使用，由此推动国内烟草行业卷接设备的更新换代。

在PLC发挥其工业监测和控制优势的同时，引入计算机来完成对控制系统的组织工作，包括对PLC的数据采集，机器状态的监控及运转情况记录，通过星形拓扑结构的局域网，实现整个控制系统各台机器情况的统一管理。该系统为卷烟厂提供了高层次的监控管理系统模型，具有科学性、实用性。其网络结构、程序结构的合理设计使管理过程简捷、清晰，操作方便、灵活。

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