本项目是汶川地震灾后重建项目,长城雪茄烟厂新建雪茄烟烟片生产线、叶丝生产线、梗丝生产线各一条,分空回潮段、叶丝预处理段、叶丝干燥加香段、储丝段、叶片预处理段、打叶机段、叶片复烤段、除尘段、制梗丝段等九个工艺段。建成后将是亚洲最大的雪茄烟生产制造。为了实现制丝生产线自动化生产和高度的集中控制管理,需要建设一套适合生产和管理要求的制丝生产线系统总体设计
该项目控制系统主要由设备控制层、集中层、生产管理层三层体系结构构成。工业网络ProfiNet、管理以太网TCP/IP、Profibus-DP/PA构成设备控制层通讯链,工业以太网满足PLC间通讯要求,TCP/IP以太网构成上位通讯链满足集中层数据通讯要求,车间数据管理层为ERP或MES系统提供数据。
主干网络系统包括长城雪茄烟厂叶丝生产线、烟片生产线、梗丝生产线管理控制系统,对下属各控制系统进行信息集成所需配置的交换机、通讯模块、网络电缆及附件等。
a) 为车间构建ProfiNet控制以太网和管理以太网,两个网络均采用环型结构,主干网交换机之间采用千兆光纤连接。控制以太网主要用于PLC控制系统间的数据通讯以及上位系统与控制系统间的数据通讯,管理以太网主要用于现场操作站与上位系统之间的数据通讯以及LED系统的数据通讯。
集中层承担“远程控制”和设备状态监测功能,同时作为设备控制层和生产管理系统间的信息沟通环节,以实现信息管理系统和自动化控制系统的一体化集成。集中系统构建在千兆工业以太网光纤环网的基础上,将服务器、管理计算机、各工艺控制段的PLC、其它相关设备控制段的PLC等设备接入工业以太网。
在各工艺段现场各配置一个PC677B现场操作站,PC677B在接入车间控制网的同时还接入车间管理网,在中控系统正常工作时,现场操作站通过管理网从IO服务器获取数据实现对生产线的,当中控系统IO服务器不可用或管理以太网系统故障时,现场操作站可以通过控制网与PLC直接通讯,完成基本的系统和控制功能。
电控系统采用SIEMENS公司S7-400系列主控器,控制方式采用电控柜加现场子站ET200S分布式I/O的控制模式,采用ProfiNet为主干网络,ProfiBus_DP/PA为辅助网络,痦子的位置与命运构成设备控制层硬件平台(如图2),同时经过对控制系统的PLC进行程序编制和相互连锁,从而对电机启停、阀的开关等数字开关量和温度、流量、水份等模拟量工艺参数的进行控制,最终实现该工艺段的设备按工艺控制程序完成生产。
真空回潮段、叶丝预处理段、叶丝干燥加香段、储丝段、叶片预处理段、打叶机段、叶片复烤段、除尘段、制梗丝段等九个工艺段ProfiNet节点共有近300个、主要包括以下设备:96个ET200S分布式I/O子站系统、115台丹佛士公司的FC302变频器、37台TP177B操作屏、14台水份仪、16台电子秤
设备控制层网络以西门子ProfiNet为主干网络,以ProfiBus_DP/PA为辅助网络搭建成设备控制层硬件平台。网络设计遵循以下几个原则:
为满足生产线在生产、维修、设备保养时对设备操作的不同需求,在各工艺段设置了自动控制模式、单机控制模式、闭锁控制模式。
a. 自动控制模式:控制系统在自动方式下,按照权限进行现场操作,实现对各设备的自动控制,包括电机启/停、故障处理(声光报警等)、执行机构的动作以及必要的自动状态下的手动操作功能等;同时,采集物料和相关设备的温度、压力、水份、流量等过程工艺参数,按一定算法调节回的控制变量最终满足各工艺参数的要求。
工程设计是整个工程的一个关键所在,在一个自动控制流水线的初始设计阶段,就应该充分考虑,电气设备的分布密度,数据传输介质的网络结构和规模,对于数据传输的极限,物理介质距离和相互之间电源、电磁干扰,以及网络优化,分布策略等等。具体来说,比如网络数据包的数量将会决定节点交换机的选型,电气设备的数据量将会决定网络传输设备和传输介质的具体参数型号。
电气安装施工是整个工程的另一个关键。重要设备的安装,走线,比如变频器的走线和接线方式,必须采取有效方式降低谐波干扰对设备的影响。强电和弱电信号线必须分开布局,专业的网络介质需要专业的器材和制作工具来安装,还需要采用专业的测试工具来检测各项质量指标。电源干扰和设备节点接地问题也必须重点考虑。
ProfiNet具有ProfiBus_DP和IT标准的透明通信,支持从现场层到工厂管理层通信的连续性,从而增加了生产过程的透明度,优化了工厂自动化系统的运作,提高了系统的实时性。特别是ProfiNet针对自动化系统中传送信息类型的不同,使用不同的方法满足不同实时性通信的要求。
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