楊曉娜，韋 文，吳華濱，莫禮東，覃洪漢

（廣西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司，廣西 南寧530001）

在煙草的制絲生產(chǎn)過程中，煙葉經(jīng)切絲到煙絲的過程控制都是通過可編程控制器(Programmable Logic Controller,PLC)的集成控制系統(tǒng)來實現(xiàn)的。國內(nèi)學(xué)者對于制絲線自動化控制的研究使得制絲生產(chǎn)過程的自動化程度越來越高，同時改善了控制效果，如帶智能積分器的微分先行PID控制器應(yīng)用到加香系統(tǒng)中，提高了了加香精度[1]。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展使得電氣控制系統(tǒng)的集成化程度更高，工業(yè)以太網(wǎng)、CAN總線技術(shù)在煙草行業(yè)中應(yīng)用廣泛。如工業(yè)以太網(wǎng)應(yīng)用在電氣控制系統(tǒng)中克服了傳統(tǒng)總線技術(shù)的問題[2]；文獻(xiàn)[3]闡述了基于工業(yè)以太網(wǎng)的過程控制平臺的實現(xiàn)方法；文獻(xiàn)[4~6]對DeviceNet的協(xié)議進(jìn)行了研究和分析；文獻(xiàn)[7]中介紹了Device Net等現(xiàn)場總線技術(shù)在煙草生產(chǎn)過程中的應(yīng)用情況。而對在Device Net中添加控制平臺的研究并沒有提及。同時，南寧卷煙廠的切絲工序的生產(chǎn)控制是通過ControlLogix控制器和Device Net遠(yuǎn)程控制來完成的，大部分的機(jī)械設(shè)備都是通過操作人員操作觸摸屏來控制。然而實際的生產(chǎn)過程中因為操作平臺有限而造成了一人兩地操作的局面，既降低勞動效率，又存在操作隱患，因此，根據(jù)南寧卷煙廠實際生產(chǎn)情況，對原有的控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，添加基于DeviceNet的控制平臺，來縮短操作時間[8~9]。

1 問題描述

南寧卷煙廠制絲線切絲工序包含將儲存時間符合工藝要求的煙葉經(jīng)過切絲機(jī)之后變成符合工藝要求的葉絲的過程。切絲是制絲過程中最為關(guān)鍵的一道工序，直接關(guān)系到最終煙絲的質(zhì)量[10]。切絲過程中要求切絲機(jī)前煙葉流量穩(wěn)定，切絲機(jī)之后葉絲流量穩(wěn)定，且葉絲的寬度均勻。因此，切絲機(jī)的操作是由現(xiàn)場操作工來完成的。切絲崗位的操作人員在負(fù)責(zé)切絲機(jī)操作的同時也要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)葉片頻率以使得煙葉流量穩(wěn)定。

制絲線的整個生產(chǎn)線的設(shè)備運行的是由羅克韋爾的ControlLogix控制器來實現(xiàn)的，并通過DeviceNet、ControlNet以及EtherNet三層網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)系統(tǒng)的集成控制及數(shù)據(jù)采集與傳輸。

在原有切絲工序的操作系統(tǒng)中，一個操作人員既要操作切絲機(jī)又要進(jìn)行負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)葉片的出柜頻率等工作，兩地操作，每次耗費在操作上的時間約有15分鐘，造成勞動強(qiáng)度大，而且存在故障隱患的問題。為了解決這種不利于操作的情況，擬在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計新的操作平，來實現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，縮短操作時間，提高生產(chǎn)效率。

2 方案設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)

DeviceNet是一種串行數(shù)據(jù)通訊協(xié)議的總線技術(shù)，在ControlLogix集成控制系統(tǒng)中，主要用于解決控制器和現(xiàn)場設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳遞問題。Control-Logix的網(wǎng)絡(luò)通訊架構(gòu)是基于Netlinx網(wǎng)絡(luò)平臺的，Netlinx分為信息層、控制層、設(shè)備層等三層。DeviceNet是方便連接現(xiàn)場設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)，主要用來連接底層現(xiàn)場設(shè)備I/O設(shè)備、限位開關(guān)、光電傳感器、操作員接口等。它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)比較自由，通常是主干線及分支線組成[11]，高度實現(xiàn)了分布式解決方案。DeviceNet的網(wǎng)絡(luò)傳輸速度有500Kbps、250Kbps、125Kbps三種速度可選，網(wǎng)絡(luò)上最多可以掛接64個設(shè)備。每一個設(shè)備都有一個分配的物理地址(MACID)。

2.2 設(shè)計方案

南寧卷煙廠制絲線電氣控制為RockWell的ControlLogix可編程邏輯控制系統(tǒng)，整個系統(tǒng)內(nèi)部控制器之間或者是PC機(jī)之間網(wǎng)絡(luò)的通訊是基于Net linx網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的，實際的生產(chǎn)過程中電氣控制設(shè)備較為分散。為了適應(yīng)現(xiàn)場生產(chǎn)的需要根據(jù)現(xiàn)場需求，為了實現(xiàn)現(xiàn)場操作平臺的集中性，需添加操作平臺。所以，在切絲機(jī)旁安裝觸摸屏，需要將Device Net網(wǎng)作為集成控制系統(tǒng)的最底層設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。總體設(shè)計方案如圖1所示。

圖1 操作平臺的總體設(shè)計方案

實現(xiàn)功能有:

（1）煙葉出柜皮帶頻率調(diào)節(jié)；

（2）當(dāng)前煙葉牌號顯示；

（3）提升機(jī)調(diào)速；

（4）切絲機(jī)選擇等功能。

ControlLogix控制器和觸摸屏之間進(jìn)行連接通過觸摸屏來實現(xiàn)對于生產(chǎn)設(shè)備的控制和數(shù)據(jù)通訊是基于Device Net來實現(xiàn)的。

2.3 硬件組態(tài)及程序編寫

根據(jù)總體方案，要在原控制系統(tǒng)中添加觸摸屏，具體實現(xiàn)步驟如下：

第一步：給觸摸屏添加DeviceNet網(wǎng)網(wǎng)卡，可以實現(xiàn)觸摸屏和控制器之間的通訊；

第二步：分配DeviceNet網(wǎng)地址。MACID對于DeviceNet模塊來說最多可以連接64個DeviceNet網(wǎng)設(shè)備，站號從00-63.，根據(jù)現(xiàn)場電控系統(tǒng)的情況，分配未被使用的DeviceNet網(wǎng)地址。

第三步：使用羅克韋爾的RSNetWorx組態(tài)軟件對硬件進(jìn)行組態(tài)；

第四步：根據(jù)實際生產(chǎn)要求添加需要控制設(shè)備的操作畫面，用觸摸屏的GP-face設(shè)計軟件設(shè)置與生產(chǎn)需求符合的功能，如圖2所示。

圖2 調(diào)節(jié)葉片出柜底帶頻率畫面

如表格1所示，表中給出了部分功能按鈕的設(shè)定地址[12]。對每一個功能鍵都要設(shè)置地址，并對應(yīng)程序中使用的程序地址。

表1 設(shè)置觸摸屏功能鍵的地址

第五步：設(shè)置觸摸屏功能之后，利用RSLogix5000軟件對添加的功能進(jìn)行程序的修改和編寫。為了確保程序修改和數(shù)據(jù)通訊能夠成功，并確保功能鍵在GP-face中的地址與程序中的地址一一關(guān)聯(lián)。

2.4 設(shè)備調(diào)試和安裝

完成程序編寫和畫面設(shè)置之后，進(jìn)入設(shè)備調(diào)試和安裝階段。使用Rockwell的可編程控制器的服務(wù)器軟件RSLinx進(jìn)行上位機(jī)程序的下載安裝。相應(yīng)的功能按鈕均可以實現(xiàn)相應(yīng)設(shè)備的控制，并能實時反映煙葉牌號。如圖3所示為控制平臺的初始畫面，顯示當(dāng)前的牌號、批次，生產(chǎn)日期等；圖4為觸摸屏的二級操作畫面，在此操作畫面上可以對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行調(diào)節(jié)，使葉片流量穩(wěn)定地供給給切絲機(jī)。

圖3 煙葉牌號的顯示畫面

圖4 控制平臺控制提升機(jī)的操作畫面

3 結(jié)束語

本文針對制絲線切絲工序中因為操作原因造成的操作效率較低的問題，添加了一個Gp-face的操作屏幕。將此操作平臺通過Device Net與ControlLogix控制器進(jìn)行連接，進(jìn)而進(jìn)行基于Device Net網(wǎng)的組態(tài)及程序設(shè)計，實現(xiàn)了對生產(chǎn)設(shè)備的遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)通訊。此操作平臺已經(jīng)在生產(chǎn)過程中投入使用，根據(jù)使用的情況可知，操作員工不用兩地操作，縮短了操作時間。同時此觸摸屏式開放式的，可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要添加需要改進(jìn)的功能，以使操作更加方便人性化。

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