| 摘 要：從管理與控制一體化的觀點出發(fā),介紹了一種應(yīng)用到卷煙制絲線上的計算機與PLC（可編程序邏輯控制器）相結(jié)合的控制系統(tǒng)。重點介紹了該系統(tǒng)的組成及功能、特點等。 關(guān)鍵詞：計算機應(yīng)用；PLC網(wǎng)絡(luò) 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,不僅對生產(chǎn)過程自動化控制,也對全面生產(chǎn)管理提出了更高的要求。把高程度的自動化控制與科學(xué)的計算機管理系統(tǒng)結(jié)合起來,集全面管理——過程控制為一體,則是當(dāng)今工業(yè)自動化控制發(fā)展的趨勢。 在生產(chǎn)過程自動化控制中,目前主要有工業(yè)PC（過程控制）、PLC、DCS（分散控制系統(tǒng)）控制模式。它們有各自的優(yōu)點,在不同的控制領(lǐng)域中,得到了廣泛的應(yīng)用。 一院18所為某卷煙廠設(shè)計的生產(chǎn)線自動控制與監(jiān)測系統(tǒng),是一個利用計算機技術(shù),并基于PLC及網(wǎng)絡(luò),分布式控制的大規(guī)模的過程控制系統(tǒng)（PCS）。該系統(tǒng)的設(shè)計吸取了工業(yè)PC、PLC、DCS的優(yōu)點。系統(tǒng)約有6840余個測控點,不僅涉及到了大量的開關(guān)量,還有相當(dāng)多的閉環(huán)回路調(diào)節(jié)。設(shè)有12個節(jié)點（站）, 各節(jié)點之間通過PLC網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通訊。全系統(tǒng)分為四級進行管理和控制,包括:管理級、操作級、控制級和輸入輸出執(zhí)行級（見圖1）。 
一、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1、生產(chǎn)管理級 它由2臺工業(yè)微機、打印機組成。它們通過PLC網(wǎng)絡(luò)與操作級和控制級進行數(shù)據(jù)通訊。即通過PLC網(wǎng)絡(luò)對生產(chǎn)線進行監(jiān)測與控制,對生產(chǎn)線發(fā)布生產(chǎn)計劃,協(xié)調(diào)全車間的生產(chǎn)等,以實現(xiàn)集中監(jiān)控和管理。 2、操作級 它也是由若干臺工業(yè)微機或操作員面板構(gòu)成。它們直接與控制級的PLC進行數(shù)據(jù)通訊。它們設(shè)置在生產(chǎn)線現(xiàn)場,以隨時對生產(chǎn)線的有關(guān)生產(chǎn)參數(shù)、計劃等進行修改設(shè)定。但它的修改、設(shè)定權(quán)限較生產(chǎn)管理級低,只能進行局部的修改、設(shè)定,它與PLC的通訊數(shù)據(jù)流不需要經(jīng)過PLC網(wǎng)絡(luò)。 3、控制級 它是由若干組PLC構(gòu)成。它們直接接受操作級的命令;也通過PLC網(wǎng)絡(luò)接受生產(chǎn)管理級的命令。它們還完成生產(chǎn)上的開關(guān)量過程控制和物理量的PID（比例積分微分）自動調(diào)節(jié)。在控制級上,各節(jié)點之間的數(shù)據(jù)通訊也是通過PLC網(wǎng)絡(luò)進行的。 4、輸入/輸出執(zhí)行級 該級接受控制級的命令,通過其執(zhí)行機構(gòu)、傳感器檢測機構(gòu),按控制級的命令（程序）完成生產(chǎn), 將其檢測到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳入控制級。 二、系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 1、控制級的軟件結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)有10個節(jié)點（站）是處于控制級上的,它們的軟件結(jié)構(gòu)是相同的,其程序模塊化結(jié)構(gòu)如圖2所示。現(xiàn)分述如下： 
（1）開關(guān)量控制程序模塊它處理和控制本節(jié)點范圍內(nèi)的全部開關(guān)量,如電機的啟停、電磁閥的通斷等。 （2）模擬量控制程序模塊其功能是處理和控制本節(jié)點范圍內(nèi)的物理量,如流量、水分、溫度等,并對這些模擬量構(gòu)成的回路進行PID自動調(diào)節(jié)。 （3）狀態(tài)顯示模塊它把本節(jié)點范圍內(nèi)的所有開關(guān)量的運行狀態(tài)和所有模擬量的狀態(tài),集中顯示在控制柜模擬屏、操作級和管理級CRT（陰極射線管）上。模擬量全部以棒圖的形式顯示。 （4）操作與監(jiān)控模塊它是操作級與控制級的軟件接口,它接受并分析來自于操作級的命令,并把這些命令提供給節(jié)點的CPU（中央處理裝置）執(zhí)行。同時還把CPU必要的執(zhí)行結(jié)果傳回操作級,以便在其CRT上顯示。 （5）故障診斷報警模塊它對本節(jié)點范圍內(nèi)的設(shè)備進行自動診斷,一旦發(fā)現(xiàn)故障,將故障定位并顯示報警,如電機處于保護狀態(tài)、通訊網(wǎng)絡(luò)故障等都定位于模擬屏或CRT上。 （6）數(shù)據(jù)采集程序模塊它是控制級與管理級的軟件接口之一。它實時采集處理生產(chǎn)線的有關(guān)數(shù)據(jù),并提供給操作級、控制級,以形成報表、圖形等。 （7）網(wǎng)絡(luò)通訊模塊它是節(jié)點之間、節(jié)點與管理級上位機之間的軟件接口。它管理協(xié)調(diào)各節(jié)點數(shù)據(jù)通訊的發(fā)送與接受。 2、管理級（上位機）軟件結(jié)構(gòu) 管理級（上位機）要具有實時監(jiān)測與實時控制的功能。它一方面不僅要將整個生產(chǎn)線上的工作狀態(tài)顯示在屏幕上,而且還要進行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計、存貯、記憶,并打印出有關(guān)的報表;另一方面還要將有關(guān)的指令、生產(chǎn)線上的有關(guān)參數(shù)通過PLC網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制級中的各節(jié)點上。該級各節(jié)點共享所采集的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。現(xiàn)分述如下： 
（1）通訊與數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)軟件模塊它是實現(xiàn)上位機監(jiān)控的關(guān)鍵,是上位機與PLC控制網(wǎng)絡(luò)連接的接口。該子系統(tǒng)模塊把上位機的命令、參數(shù)發(fā)送到PLC中,把各節(jié)點的狀態(tài)、必要的信息由PLC經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采集到上位機中。 （2）過程監(jiān)測子系統(tǒng)軟件模塊其功能是完成對生產(chǎn)線工藝流程靜態(tài)、動態(tài)圖形的顯示。根據(jù)需要顯示各節(jié)點控制段的工作狀態(tài)和必要的數(shù)據(jù)。該子系統(tǒng)具有很強的實時性。 （3）數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)軟件模塊其功能是完成對數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集上來的數(shù)據(jù)的分析、處理,生成各種報表、圖形,將必要的數(shù)據(jù)存入臨時數(shù)據(jù)庫。 （4）初始化與參數(shù)設(shè)定子系統(tǒng)軟件模塊它完成系統(tǒng)的初始化, 輸入有關(guān)的初始命令。該子系統(tǒng)還完成各節(jié)點控制段有關(guān)參數(shù)的設(shè)定。通過過程鍵盤和菜單提示,將各有關(guān)的命令、參數(shù)經(jīng)由通訊子系統(tǒng)發(fā)送到各節(jié)點PLC控制段。 各種動態(tài)數(shù)據(jù)先存入臨時數(shù)據(jù)庫,系統(tǒng)定時將臨時數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫中。系統(tǒng)退出時,也如此轉(zhuǎn)存。 我們選定：MS—DOS6.2版本、Windows95版本、中文之星20 for Windows、visual Basic for windows 95作為上位機監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)平臺。選用SINEC TF/DDE Manager作為windows與SINEC L2網(wǎng)的軟件接口。 3、操作級軟件結(jié)構(gòu) 操作級軟件結(jié)構(gòu)與管理級軟件結(jié)構(gòu)基本相同。由于操作級直接與PLC通訊,所以二者在通訊軟件模塊上略有區(qū)別。另外,該級不設(shè)數(shù)據(jù)庫。二者的軟件模塊功能相同。 三、系統(tǒng)主要功能及特點 1、生產(chǎn)自動控制功能 按工藝要求,可實現(xiàn)對生產(chǎn)線的順序控制、啟動、停機、故障停機功能。這些功能可通過操作級的命令來實現(xiàn),也可以通過管理級（上位機）的鍵盤命令來實現(xiàn)。 根據(jù)工藝上的需要,還可實現(xiàn)系統(tǒng)分段啟停功能,便于調(diào)試、檢修。 2、手動/自動切換功能 一般情況下,系統(tǒng)是在自動控制狀態(tài)下運行。當(dāng)需要對設(shè)備進行檢修、保養(yǎng)、調(diào)試時,可將系統(tǒng)切換到手動狀態(tài),通過設(shè)備上的操作盒實現(xiàn)對設(shè)備的獨立啟停操作。 3、故障診斷、定位及報警功能 系統(tǒng)實時自動檢測設(shè)備的運行狀態(tài),當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時,顯著的位置上有聲光報警,操作級相應(yīng)的CRT和管理級（上位機）CRT顯示屏畫面自動切換到故障點。設(shè)備出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)自動處理與其相關(guān)的設(shè)備的運行狀態(tài)。 4、具有多種安全保護功能 對于每個控制回路、每個動回路、每臺電機、每個控制柜都設(shè)有多級磁熱保網(wǎng)絡(luò)計算機網(wǎng)絡(luò)計算機是簡單的計算機,有的就是放在電視機頂部的一個小盒子,它依賴于起服務(wù)器作用的遠程大型計算機運行日常程序,如字處理程序、游戲程序、存儲數(shù)據(jù)文件以及瀏覽Internet等等。許多網(wǎng)絡(luò)計算機使用電視機作為它的顯示器,但也可能帶有內(nèi)置的計算機顯示屏。 網(wǎng)絡(luò)計算機的潛在優(yōu)點:①成本低廉。網(wǎng)絡(luò)計算機本身有中央處理器,具有某些輸入、輸出功能,但沒有大量內(nèi)存,磁盤驅(qū)動器和音頻、視頻處理系統(tǒng)。②使用方便、可靠。其內(nèi)部硬件、系統(tǒng)軟件不需配置、安裝和設(shè)置。所有文件都存儲在網(wǎng)絡(luò)上,不會發(fā)生丟失現(xiàn)象。 網(wǎng)絡(luò)計算機的缺點:①使用電話線傳輸數(shù)據(jù),傳輸通道很窄,等待時間較長。②網(wǎng)絡(luò)計算機工作時要訪問服務(wù)器,數(shù)據(jù)存儲于服務(wù)器上,需付服務(wù)費。目前,可選擇使用的軟件也有限。護,設(shè)有欠壓保護、緊急停機等功能,對人身。供電方式采用三相五線制,更加突出保護接地（PE）的作用。 5、監(jiān)控顯示功能 （1）總監(jiān)控站在管理級實現(xiàn)全線的監(jiān)控。CRT上實時顯示各設(shè)備的工作狀態(tài),如設(shè)備的啟停,電機的故障,各主要設(shè)備正在進行的動作等。實時顯示生產(chǎn)線各點的物理量如溫度、水分、流量的值及生產(chǎn)線上當(dāng)前生產(chǎn)的牌號、批次等。由字符圖形、點陣圖形形成的工藝流程圖,棒圖、趨勢圖形成的過程控制參量圖都在CRT上進行了必要的動態(tài)或靜態(tài)顯示。通過設(shè)備的過程鍵盤還可實現(xiàn)對全線的生產(chǎn)控制,如設(shè)備的啟停、牌號批次的切換等。過程鍵盤介入過程控制,以中文菜單方式進行提示。 （2）總操作站在總操作站上可進行生產(chǎn)計劃管理、工藝參數(shù)設(shè)定修改、配方管理等操作。各種操作都設(shè)有密碼,只有授權(quán)人員才可進行有關(guān)的操作。將近期的生產(chǎn)計劃輸入總操作站,就可自動控制生產(chǎn)工序。在本站統(tǒng)一設(shè)定工藝參數(shù),可協(xié)調(diào)整個生產(chǎn)線的生產(chǎn),真正實現(xiàn)管控一體化。 （3）操作級的監(jiān)控顯示操作級CRT的顯示監(jiān)控功能與總操作站、總監(jiān)控站的基本相同。所不同的是操作級是局部的,只顯示監(jiān)控本節(jié)點范圍之內(nèi)的生產(chǎn)情況。而總操作站、總監(jiān)控站顯示監(jiān)控全線的、綜合的生產(chǎn)情況。 6、報表顯示打印功能 由總操作站對生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)進行采集、統(tǒng)計,并分析處理,形成班次報表、日報、月報、年報、品種報表、故障報表等共21種生產(chǎn)報表、7種工藝報表、2種趨勢圖。系統(tǒng)有各種報表的輸出功能,它可以隨時在CRT上顯示,也可以用打印機打櫻為了保證系統(tǒng)的實時性,采用分時輸出的方式, 在保證報表輸出的同時,不影響系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集、分析處理。 四、結(jié)論 該系統(tǒng)于1996年5月18日正式投入使用,兩年多的運行證明該系統(tǒng)總體性能穩(wěn)定可靠,系統(tǒng)功能完善,設(shè)計合理,技術(shù)*,工藝自動控制達到水平,得到煙草公司——菲利普·莫里斯公司的認可和贊揚。上位機有漢化的軟按鈕選擇式菜單提示,操作方便直觀。提高了產(chǎn)品質(zhì)量,使煙絲的摻配、加香比例準確,水份穩(wěn)定,色澤、填充值、柔軟性都有明顯改善。報表準確可靠,如處理煙葉產(chǎn)量的報表每批次（5000kg）的誤差在±2～±8kg之內(nèi)。 | 
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