專利名稱：一種香煙卷接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于巻煙生產(chǎn)與工業(yè)電子技術應用領域，涉及一種香煙巻接包生產(chǎn)過程控
制集成系統(tǒng)。
背景技術：
目前，香煙巻接包生產(chǎn)過程涉及很多輔聯(lián)設備自動化控制系統(tǒng)。主要有成品煙絲 出柜控制系統(tǒng)、喂絲機控制系統(tǒng)、風力送絲和除塵控制系統(tǒng)、濾棒交換站控制系統(tǒng)、條煙輸 送控制系統(tǒng)、裝封箱機控制系統(tǒng)、真空泵控制系統(tǒng)、自動化物流調度控制系統(tǒng)、輔料高架庫 控制系統(tǒng)、成品高架庫控制系統(tǒng)、集中制冷控制系統(tǒng)等。 香煙巻接包生產(chǎn)工序主要是把成品煙絲巻制加工成煙支并與香煙過濾嘴對接然 后包裝成盒成條的生產(chǎn)過程。為實現(xiàn)巻接包生產(chǎn)輔聯(lián)設備控制系統(tǒng)的準確高效的生產(chǎn)協(xié) 同，提升巻接包生產(chǎn)過程的自動化水平，各個控制子系統(tǒng)之間必須實時地交互大量的控制 聯(lián)鎖、品牌調度等信息?，F(xiàn)有技術大多通過各控制子系統(tǒng)間直接的硬布線連接方式來實現(xiàn) 各控制子系統(tǒng)間的控制聯(lián)鎖信息傳遞；通過生產(chǎn)人員之間的紙質生產(chǎn)任務單傳遞或者電話 通信等方式來實現(xiàn)生產(chǎn)品牌調度信息的傳遞。由于這些控制子系統(tǒng)之間相對獨立，因此帶 來控制復雜、各系統(tǒng)之間協(xié)同難度大等問題。
現(xiàn)有技術的不足歸納起來有以下兩點 1、硬布線連接方式電纜使用量大，增加成本和施工難度，極易產(chǎn)生接觸不良等故障。 2、生產(chǎn)品牌調度信息的傳遞出錯率較高，不便于工人的操作和生產(chǎn)的調度管理。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種香煙巻接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)，該香煙巻接包生
產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)能有效改善生產(chǎn)協(xié)同能力，提高生產(chǎn)效率。 本發(fā)明的技術解決方案如下 —種香煙巻接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)，其特征在于，該香煙巻接包生產(chǎn)過程控 制集成系統(tǒng)由管理信息層、邏輯控制層以及信號傳輸層構成； 所述的管理信息層包括制造執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集終端和中心控制系統(tǒng)，所 述的制造執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集終端和中心控制系統(tǒng)均通過第一層工業(yè)以太網(wǎng)絡互 聯(lián)； 所述的控制邏輯層包括一個主PLC和多個子系統(tǒng)PLC，所述的主PLC和多個子系 統(tǒng)PLC均通過第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)； 所述的信號傳輸層包括分別部署在巻接包機臺、成型機臺以及各輔聯(lián)設備子系統(tǒng) 的分布式遠程I/O子站；所述的分布式遠程I/O子站通過第三層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)；
所述的中心控制系統(tǒng)還與第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡通信連接；所述的主PLC還與第三 層工業(yè)以太網(wǎng)絡連接；
所述的子系統(tǒng)PLC包括濾棒交換子系統(tǒng)PLC、條煙輸送子系統(tǒng)PLC、喂絲機子系統(tǒng) PLC、甘油子系統(tǒng)PLC、封裝箱機子系統(tǒng)PLC、風送除塵子系統(tǒng)PLC和品牌切換子系統(tǒng)PLC、空 調子系統(tǒng)PLC、煙絲出柜子系統(tǒng)PLC和制冷子系統(tǒng)PLC。 所述的中心控制系統(tǒng)通過雙網(wǎng)卡分別與第一層工業(yè)以太網(wǎng)絡和第二層工業(yè)以太 網(wǎng)絡通信連接；所述的主PLC通過雙CP通信卡與第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡和第三層工業(yè)以太網(wǎng) 絡通信連接。 所述的第一層工業(yè)以太網(wǎng)絡、第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡和第三層工業(yè)以太網(wǎng)絡采用西 門子SCALANCE X400系列模塊化交換機構建。 濾棒交換子系統(tǒng)主要功能是通過人工切換管道的方式實現(xiàn)多臺成型機濾棒發(fā)射 端與多臺巻煙機濾棒接收端之間的濾棒供應，以滿足巻煙多品牌同時生產(chǎn)的需要。
煙絲出柜子系統(tǒng)主要功能是通過皮帶輸送機等方式將成品煙絲從儲柜中輸送至 喂絲機系統(tǒng)，滿足其煙絲輸送需求。 喂絲機子系統(tǒng)主要功能是通過負壓將成品煙絲吸入送絲管道，并使煙絲沿管道輸 送至巻煙機臺。 甘油子系統(tǒng)主要功能是為香煙的巻接包生產(chǎn)環(huán)節(jié)提供所需甘油。 條煙輸送子系統(tǒng)主要功能是將包裝機臺生產(chǎn)的成條香煙輸送至裝箱機。 裝箱機子系統(tǒng)主要功能是將包裝機臺生產(chǎn)的成條香煙裝入大箱并封裝。 風送除塵子系統(tǒng)主要功能是為香煙的巻接包生產(chǎn)以及生產(chǎn)除塵提供必要的負壓。 品牌切換子系統(tǒng)主要功能是實現(xiàn)巻煙機換牌生產(chǎn)時對應送絲管道的自動連鎖切換。 制造執(zhí)行系統(tǒng)(MES)實現(xiàn)企業(yè)ERP系統(tǒng)和底層自動化系統(tǒng)之間集成承上啟下的中 間管理功能，是相對應于ERP生產(chǎn)計劃的執(zhí)行管理系統(tǒng)，是計劃排產(chǎn)、過程記錄、訂單管理 等各種生產(chǎn)管理功能的集合；數(shù)采系統(tǒng)的終端主要實現(xiàn)生產(chǎn)機臺、質檢儀器等的數(shù)據(jù)采集、 存儲和分析。中心控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)巻接包生產(chǎn)輔聯(lián)設備的過程控制與調度自動化。這些 系統(tǒng)的數(shù)據(jù)最終都放到數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行存儲。 在生產(chǎn)過程中，MES將調度排產(chǎn)任務的結果數(shù)據(jù)存放至數(shù)據(jù)庫，中心控制系統(tǒng)應用 程序可以從數(shù)據(jù)庫直接讀取并接收該信息，然后將它分解成為各相關輔聯(lián)設備控制子系統(tǒng) 可以執(zhí)行的生產(chǎn)任務指令，并通過控制邏輯層網(wǎng)絡傳遞到各個子系統(tǒng)的PLC，實現(xiàn)生產(chǎn)任務 以及調度信息的上傳下達。并以圖形化界面指導生產(chǎn)人員完成巻接包生產(chǎn)機臺及其各輔 聯(lián)設備子系統(tǒng)的工況統(tǒng)一監(jiān)視和生產(chǎn)任務集中管理，使得巻接包生產(chǎn)過程可視化，整合了 離散數(shù)據(jù)及信息，改善了生產(chǎn)協(xié)同能力，優(yōu)化了生產(chǎn)過程中的信息傳遞，有效提高了生產(chǎn)效 率。同時，中心控制系統(tǒng)服務器的雙網(wǎng)卡配置實現(xiàn)與數(shù)采系統(tǒng)終端進行OPC通信(OLE for ProcessControl，用于過程控制的0LE，是一個工業(yè)標準)，從而能夠為機臺的數(shù)采終端上 實時提供機臺生產(chǎn)較為關注的輔聯(lián)設備狀態(tài)信息，方便生產(chǎn)操作人員掌握設備情況。
位于巻接機濾棒接收端的遠程I/O裝置將給主PLC傳遞"濾棒需求"等信號，而位 于成型機濾棒發(fā)射端的遠程I/O裝置將給主PLC傳遞"濾棒準備好"等信號。這些信息經(jīng) 由主PLC統(tǒng)一接收并實時轉發(fā)給FLC (Flexible LineConnector濾棒生產(chǎn)線連接器，俗稱濾 棒交換站)，F(xiàn)LC對連接管路牌號信息和發(fā)射接收管道對應關系進行比對驗證后，將濾棒發(fā) 射機使能信號經(jīng)由主PLC傳遞到位于成型機濾棒發(fā)射端的遠程1/0，從而實現(xiàn)聯(lián)鎖控制。
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有益效果 本發(fā)明利用工業(yè)以太網(wǎng)技術構建巻接包生產(chǎn)區(qū)域的控制與通信基礎平臺，通過引 入主控PLC實現(xiàn)各信號傳輸?shù)墓蚕砼c重用，并對各自動化子系統(tǒng)控制聯(lián)動的重構與改良， 提升巻接包生產(chǎn)過程控制的自動化水平、優(yōu)化控制系統(tǒng)資源配置，本發(fā)明不僅能有效改善 生產(chǎn)協(xié)同能力，而且能夠優(yōu)化利用巻接包生產(chǎn)過程各個子系統(tǒng)資源。 本發(fā)明涉及的香煙巻接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)能充分利用網(wǎng)絡資源，減少重復
布線施工造成的材料和人力資源浪費，提高了全系統(tǒng)的性能價格比。另外，標準化的網(wǎng)絡規(guī)
劃設計增強了系統(tǒng)的開放性、靈活性、兼容性、可擴展性。從而使得設備維護更加規(guī)范統(tǒng)一，
消除了各子系統(tǒng)之間分工協(xié)作的技術壁壘，減少了設備維護費用的成本。 本香煙巻接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)實現(xiàn)了巻接包生產(chǎn)機臺及其各輔聯(lián)設備子
系統(tǒng)的工況統(tǒng)一監(jiān)視和生產(chǎn)任務集中管理，使得巻接包生產(chǎn)過程可視化，整合了離散數(shù)據(jù)
及信息，改善了生產(chǎn)協(xié)同能力，取代了諸如手工紙質的生產(chǎn)任務計劃單等傳統(tǒng)的信息傳遞
方式，優(yōu)化了生產(chǎn)過程中的信息傳遞，有效提高了生產(chǎn)效率。同時，還為MES系統(tǒng)提供了部
分的基礎數(shù)據(jù)支撐，間接經(jīng)濟效益明顯。
圖1為本發(fā)明的集成系統(tǒng)網(wǎng)絡結構圖；
圖2為本發(fā)明的集成系統(tǒng)結構示意圖。
具體實施方式
實施例1 : 如圖1所示，該系統(tǒng)采用了西門子SCALANCE X400系列模塊化交換機作為主要網(wǎng) 絡設備來構建工業(yè)以太網(wǎng)通訊平臺。根據(jù)網(wǎng)絡功能部署從上至下大致可以劃分為管理信 息層、控制邏輯層、信號傳輸層三個層次。
1、管理信息層 管理信息層主要由12臺X414-3E和1臺X408-2模塊化交換機構成千兆光纖主干 網(wǎng)，主要實現(xiàn)巻接包機臺數(shù)據(jù)采集終端、濾棒成型機臺數(shù)據(jù)采集終端、機臺綜合測試儀、中 心控制系統(tǒng)服務器、數(shù)據(jù)庫服務器等設備的網(wǎng)絡互連。
2、控制邏輯層 控制邏輯層主要由6臺X414-3E和1臺X408-2模塊化交換機構成千兆光纖主干 網(wǎng)，主要實現(xiàn)各個輔聯(lián)設備控制子系統(tǒng)的PLC、操作終端、主PLC、中心控制系統(tǒng)服務器等的 網(wǎng)絡互連。 3、信號傳輸層 信號傳輸層主要由12臺X414-3E和1臺X408-2模塊化交換機構成千兆光纖主干 網(wǎng)，主要實現(xiàn)主PLC和系統(tǒng)遠程I/O ET200S站點的網(wǎng)絡互連。遠程I/0ET200S是分布式遠 程輸入和輸出站點設備，它的主要功能是使用分散式現(xiàn)場設備輸入和輸出數(shù)據(jù)，在組態(tài)過 程中將分散式現(xiàn)場設備分配給一個控制器，然后由控制器PLC用戶程序進行處理，這樣過 程數(shù)據(jù)就能在控制器和現(xiàn)場設備間交換。 管理信息層處于整個系統(tǒng)結構的最上層。如圖2所示，MES(制造執(zhí)行系統(tǒng))實現(xiàn)企業(yè)ERP(Enterprise Resourse Planning企業(yè)資源計劃)系統(tǒng)和底層自動化系統(tǒng)之間集
成承上啟下的中間管理功能；數(shù)采系統(tǒng)的終端主要實現(xiàn)生產(chǎn)機臺、質檢儀器等的數(shù)據(jù)采集、
存儲和分析。中心控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)巻接包機臺輔聯(lián)設備的過程控制與調度自動化。 在生產(chǎn)過程中，MES將調度排產(chǎn)任務的結果數(shù)據(jù)存放至數(shù)據(jù)庫，中心控制系統(tǒng)服務
器應用程序可以從數(shù)據(jù)庫直接讀取并接收該信息，然后將它分解成為各相關輔聯(lián)設備控制
子系統(tǒng)可以執(zhí)行的生產(chǎn)任務指令，并通過控制邏輯層網(wǎng)絡傳遞到各個子系統(tǒng)的PLC。并以圖
形化界面指導生產(chǎn)人員完成巻接包生產(chǎn)機臺及其各輔聯(lián)設備子系統(tǒng)的工況統(tǒng)一監(jiān)視和生
產(chǎn)任務集中管理，使得巻接包生產(chǎn)過程可視化，整合了離散數(shù)據(jù)及信息，改善了生產(chǎn)協(xié)同能
力，優(yōu)化了生產(chǎn)過程中的信息傳遞，有效提高了生產(chǎn)效率。同時，中心控制系統(tǒng)服務器的雙
網(wǎng)卡配置實現(xiàn)與數(shù)采系統(tǒng)終端進行0PC通信，實時提供機臺生產(chǎn)較為關注的輔聯(lián)設備狀態(tài)信息。 系統(tǒng)在控制邏輯層引入主PLC,并配置兩塊CP卡(通信處理卡)實現(xiàn)控制邏輯層 和信號傳輸層的互連。主PLC通過網(wǎng)絡與各輔聯(lián)設備控制系統(tǒng)PLC進行Prof inet實時通 訊，傳遞生產(chǎn)任務信息的同時嚴格比對生產(chǎn)流程上下游子系統(tǒng)的牌號、路徑等信息，完成各 子系統(tǒng)的整體聯(lián)動。其中主要包括 主PLC通過Prof inet (Prof inet是PR0FIBUS國際組織(PI)為自動化制定的開放 的工業(yè)以太網(wǎng)標準，它基于工業(yè)以太網(wǎng)，符合TCP/IP和IT標準。)與風力送絲子系統(tǒng)PLC 進行實時通訊，實時接收風力送絲子系統(tǒng)的控制信號，將接收到的控制信號發(fā)送到位于生 產(chǎn)機臺的I/0子站，控制接線在1/0子站上的風力送絲閥門進行動作；同時，主PLC通過I/ O子站接收到風力送絲閥門反饋信號，將反饋信號實時發(fā)送給風力送絲系統(tǒng)PLC，從而滿足 機臺的工藝風力需求。 主PLC通過Prof inet與品牌切換子系統(tǒng)PLC進行實時通訊，實時接收品牌切換子 系統(tǒng)的控制信號，將接收到的控制信號發(fā)送到品牌切換管路上1/0子站，控制接線在1/0子 站上的品牌切換閥門進行動作；同時，主PLC通過I/0子站接收到品牌切換閥門反饋信號， 將反饋信號實時發(fā)送給品牌切換子系統(tǒng)PLC,從而完成機臺對應的風力送絲管道切換實現(xiàn) 煙絲品牌的切換。 主PLC通過Prof inet與位于成型機端、巻煙機端的遠程方布式1/0、濾棒交控系統(tǒng) (FLC)的通信，使得可以通過中心控制系統(tǒng)遠程設定相應的濾棒輸送管道的對應關系，并對 牌號和通道號進行雙重比對，實現(xiàn)濾棒輸送生產(chǎn)線路的透明監(jiān)視。 主PLC通過Prof inet與分布式I/O子站通信，接收并處理空調系統(tǒng)溫濕度探頭信 號存放與主PLC的接口數(shù)據(jù)區(qū)，中心控制系統(tǒng)可以實時處理并監(jiān)視溫濕度信號，同時可以 將溫濕度信號實時發(fā)送給空調系統(tǒng)PLC。 主PLC通過Prof inet與條煙輸送系統(tǒng)PLC進行實時通訊，通過比對條煙輸送系統(tǒng) 反饋的聯(lián)鎖信號比對，實現(xiàn)中心控制系統(tǒng)遠程設定條煙輸送系統(tǒng)的條道和牌號等生產(chǎn)任務 信息。 在生產(chǎn)組織過程中，MES系統(tǒng)將排產(chǎn)計劃信息放入數(shù)據(jù)庫，中心控制系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫 讀取計劃信息并實現(xiàn)巻接包過程的生產(chǎn)任務管理。巻接包過程的生產(chǎn)任務主要由品牌切換 任務、濾棒供應任務、條道切換任務組成，這些任務通過設定相應生產(chǎn)線路的品牌以及生產(chǎn) 線路所使用設備的對應關系，確保巻包生產(chǎn)設備的柔性控制連接，以及相應生產(chǎn)環(huán)節(jié)的無錯牌生產(chǎn)。例如 品牌切換任務主要完成巻煙機臺與喂絲機實時的對應關系設置。
濾棒供應任務主要包含兩個部分第一個部分是設置嘴棒發(fā)射機和接收機的嘴棒
規(guī)格。第二個部分設置嘴棒發(fā)射機的發(fā)射端和接收端的對應關系。FLC系統(tǒng)的PLC為每個
濾棒發(fā)射機到FLC的管路通道和濾棒接收機到FLC的管路通道都分配一個唯一的地址代
碼，這一地址代碼包含該管路輸送的濾棒規(guī)格代碼和管道編號代碼兩個部分信息。在發(fā)射
濾棒之前，生產(chǎn)人員通過中心控制系統(tǒng)提供的圖形化界面直觀的設置成型機濾棒發(fā)射端和
巻煙機濾棒接收端的濾棒型號規(guī)格，以及濾棒發(fā)射端和接收端的管路編號對應關系。FLC
系統(tǒng)的PLC根據(jù)設置信息進行計算，并輸出控制FLC發(fā)射機接口板和接收機接口板上的信
息指示燈來提示指導生產(chǎn)人員進行正確的管路連接。所有管路必須經(jīng)過實際連接的地址代
碼與設置的地址代碼進行濾棒規(guī)格和管路編號的雙重嚴格比對，比對正確后方能進行正常
的濾棒發(fā)射與接收。否則，在FLC設備的指示燈和中心控制系統(tǒng)的監(jiān)控界面上都會提示錯
誤，并自動抑制濾棒發(fā)射，從而準確高效的完成濾棒的路由轉發(fā)工作，滿足巻接包機臺的濾
生產(chǎn)需求。 條道切換任務主要完成條煙輸送線提升機的生產(chǎn)品牌設置和條煙輸送至裝箱機 線路對應的滑道選擇。
權利要求
一種香煙卷接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)，其特征在于，該香煙卷接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)由管理信息層、邏輯控制層以及信號傳輸層構成；所述的管理信息層包括制造執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集終端和中心控制系統(tǒng)，所述的制造執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集終端和中心控制系統(tǒng)均通過第一層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)；所述的控制邏輯層包括一個主PLC和多個子系統(tǒng)PLC，所述的主PLC和多個子系統(tǒng)PLC均通過第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)；所述的信號傳輸層包括分別部署在卷接包機臺、成型機臺以及各輔聯(lián)設備子系統(tǒng)的分布式遠程I/O子站；所述的分布式遠程I/O子站通過第三層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)；所述的中心控制系統(tǒng)還與第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡通信連接；所述的主PLC還與第三層工業(yè)以太網(wǎng)絡連接；所述的子系統(tǒng)PLC包括濾棒交換子系統(tǒng)PLC、條煙輸送子系統(tǒng)PLC、喂絲機子系統(tǒng)PLC、甘油子系統(tǒng)PLC、封裝箱機子系統(tǒng)PLC、風送除塵子系統(tǒng)PLC和品牌切換子系統(tǒng)PLC、空調子系統(tǒng)PLC、煙絲出柜子系統(tǒng)PLC和制冷子系統(tǒng)PLC。
2. 根據(jù)權利要求1所述的香煙巻接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)，其特征在于，所述的中 心控制系統(tǒng)通過雙網(wǎng)卡分別與第一層工業(yè)以太網(wǎng)絡和第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡通信連接；所述 的主PLC通過雙CP通信卡與第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡和第三層工業(yè)以太網(wǎng)絡通信連接。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的香煙巻接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)，其特征在于，所述 的第一層工業(yè)以太網(wǎng)絡、第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡和第三層工業(yè)以太網(wǎng)絡采用西門子SCALANCE X400系列模塊化交換機構建。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種香煙卷接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)，由管理信息層、邏輯控制層以及信號傳輸層構成；所述的管理信息層包括制造執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集終端和中心控制系統(tǒng)，所述的制造執(zhí)行系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)采集終端和中心控制系統(tǒng)均通過第一層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)；所述的控制邏輯層包括一個主PLC和多個子系統(tǒng)PLC，所述的主PLC和多個子系統(tǒng)PLC均通過第二層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)；所述的信號傳輸層包括分別部署在卷接包機臺、成型機臺以及各輔聯(lián)設備子系統(tǒng)的分布式遠程I/O子站；所述的信號傳輸層遠程I/O子站通過第三層工業(yè)以太網(wǎng)絡互聯(lián)。該香煙卷接包生產(chǎn)過程控制集成系統(tǒng)有效改善卷接包生產(chǎn)過程的生產(chǎn)協(xié)同能力，提高生產(chǎn)效率。
文檔編號G05B19/418GK101763109SQ20101011795
公開日2010年6月30日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權日2010年3月5日
發(fā)明者任剛民, 何巍, 劉三星, 劉石, 崔峙, 朱雙印, 李昌權, 趙輝, 金頌卿, 陳孟軍 申請人:湖南中煙工業(yè)有限責任公司