| 摘 要：從管理與控制一體化的觀點(diǎn)出發(fā),介紹了一種應(yīng)用到卷煙制絲線上的計(jì)算機(jī)與PLC（可編程序邏輯控制器）相結(jié)合的控制系統(tǒng)。重點(diǎn)介紹了該系統(tǒng)的組成及功能、特點(diǎn)等。 關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)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(duì)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制,也對(duì)全面生產(chǎn)管理提出了更高的要求。把高程度的自動(dòng)化控制與科學(xué)的計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)結(jié)合起來(lái),集全面管理——過(guò)程控制為一體,則是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化控制發(fā)展的趨勢(shì)。 在生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化控制中,目前主要有工業(yè)PC（過(guò)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(diǎn),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(jì)的生產(chǎn)線自動(dòng)控制與監(jiān)測(cè)系統(tǒng),是一個(gè)利用計(jì)算機(jī)技術(shù),并基于PLC及網(wǎng)絡(luò),分布式控制的大規(guī)模的過(guò)程控制系統(tǒng)（PCS）。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)吸取了工業(yè)PC、PLC、DCS的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)約有6840余個(gè)測(cè)控點(diǎn),不僅涉及到了大量的開(kāi)關(guān)量,還有相當(dāng)多的閉環(huán)回路調(diào)節(jié)。設(shè)有12個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）, 各節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。全系統(tǒng)分為四級(jí)進(jìn)行管理和控制,包括:管理級(jí)、操作級(jí)、控制級(jí)和輸入輸出執(zhí)行級(jí)（見(jiàn)圖1）。 
一、系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu) 1、生產(chǎn)管理級(jí) 它由2臺(tái)工業(yè)微機(jī)、打印機(jī)組成。它們通過(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)與操作級(jí)和控制級(jí)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。即通過(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)對(duì)生產(chǎn)線進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制,對(duì)生產(chǎn)線發(fā)布生產(chǎn)計(jì)劃,協(xié)調(diào)全車(chē)間的生產(chǎn)等,以實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控和管理。 2、操作級(jí) 它也是由若干臺(tái)工業(yè)微機(jī)或操作員面板構(gòu)成。它們直接與控制級(jí)的PLC進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。它們?cè)O(shè)置在生產(chǎn)線現(xiàn)場(chǎng),以隨時(shí)對(duì)生產(chǎn)線的有關(guān)生產(chǎn)參數(shù)、計(jì)劃等進(jìn)行修改設(shè)定。但它的修改、設(shè)定權(quán)限較生產(chǎn)管理級(jí)低,只能進(jìn)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(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)。 3、控制級(jí) 它是由若干組PLC構(gòu)成。它們直接接受操作級(jí)的命令;也通過(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)接受生產(chǎn)管理級(jí)的命令。它們還完成生產(chǎn)上的開(kāi)關(guān)量過(guò)程控制和物理量的PID（比例積分微分）自動(dòng)調(diào)節(jié)。在控制級(jí)上,各節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)通訊也是通過(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的。 4、輸入/輸出執(zhí)行級(jí) 該級(jí)接受控制級(jí)的命令,通過(guò)其執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳感器檢測(cè)機(jī)構(gòu),按控制級(jí)的命令（程序）完成生產(chǎn), 將其檢測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳入控制級(jí)。 二、系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 1、控制級(jí)的軟件結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)有10個(gè)節(jié)點(diǎn)（站）是處于控制級(jí)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?，F(xiàn)分述如下： 
（1）開(kāi)關(guān)量控制程序模塊它處理和控制本節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的全部開(kāi)關(guān)量,如電機(jī)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(diǎn)范圍內(nèi)的物理量,如流量、水分、溫度等,并對(duì)這些模擬量構(gòu)成的回路進(jìn)行PID自動(dòng)調(diào)節(jié)。 （3）狀態(tài)顯示模塊它把本節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的所有開(kāi)關(guān)量的運(yùn)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(jí)和管理級(jí)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(jí)與控制級(jí)的軟件接口,它接受并分析來(lái)自于操作級(jí)的命令,并把這些命令提供給節(jié)點(diǎn)的CPU（中央處理裝置）執(zhí)行。同時(shí)還把CPU必要的執(zhí)行結(jié)果傳回操作級(jí),以便在其CRT上顯示。 （5）故障診斷報(bào)警模塊它對(duì)本節(jié)點(diǎn)范圍內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)診斷,一旦發(fā)現(xiàn)故障,將故障定位并顯示報(bào)警,如電機(jī)處于保護(hù)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(jí)與管理級(jí)的軟件接口之一。它實(shí)時(shí)采集處理生產(chǎn)線的有關(guān)數(shù)據(jù),并提供給操作級(jí)、控制級(jí),以形成報(bào)表、圖形等。 （7）網(wǎng)絡(luò)通訊模塊它是節(jié)點(diǎn)之間、節(jié)點(diǎn)與管理級(jí)上位機(jī)之間的軟件接口。它管理協(xié)調(diào)各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)通訊的發(fā)送與接受。 2、管理級(jí)（上位機(jī)）軟件結(jié)構(gòu) 管理級(jí)（上位機(jī)）要具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)控制的功能。它一方面不僅要將整個(gè)生產(chǎn)線上的工作狀態(tài)顯示在屏幕上,而且還要進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計(jì)、存貯、記憶,并打印出有關(guān)的報(bào)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(guò)PLC網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到控制級(jí)中的各節(jié)點(diǎn)上。該級(jí)各節(jié)點(diǎn)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?，F(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(shí)現(xiàn)上位機(jī)監(jiān)控的關(guān)鍵,是上位機(jī)與PLC控制網(wǎng)絡(luò)連接的接口。該子系統(tǒng)模塊把上位機(jī)的命令、參數(shù)發(fā)送到PLC中,把各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)、必要的信息由PLC經(jīng)網(wǎng)絡(luò)采集到上位機(jī)中。 （2）過(guò)程監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)軟件模塊其功能是完成對(duì)生產(chǎn)線工藝流程靜態(tài)、動(dòng)態(tài)圖形的顯示。根據(jù)需要顯示各節(jié)點(diǎn)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(qiáng)的實(shí)時(shí)性。 （3）數(shù)據(jù)處理子系統(tǒng)軟件模塊其功能是完成對(duì)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)采集上來(lái)的數(shù)據(jù)的分析、處理,生成各種報(bào)表、圖形,將必要的數(shù)據(jù)存入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。 （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(diǎn)控制段有關(guān)參數(shù)的設(shè)定。通過(guò)過(guò)程鍵盤(pán)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(diǎn)PLC控制段。 各種動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)先存入臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù),系統(tǒng)定時(shí)將臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存到數(shù)據(jù)庫(kù)中。系統(tǒng)退出時(shí),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(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。選用SINEC TF/DDE Manager作為windows與SINEC L2網(wǎng)的軟件接口。 3、操作級(jí)軟件結(jié)構(gòu) 操作級(jí)軟件結(jié)構(gòu)與管理級(jí)軟件結(jié)構(gòu)基本相同。由于操作級(jí)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(jí)不設(shè)數(shù)據(jù)庫(kù)。二者的軟件模塊功能相同。 三、系統(tǒng)主要功能及特點(diǎn) 1、生產(chǎn)自動(dòng)控制功能 按工藝要求,可實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的順序控制、啟動(dòng)、停機(jī)、故障停機(jī)功能。這些功能可通過(guò)操作級(jí)的命令來(lái)實(shí)現(xiàn),也可以通過(guò)管理級(jí)（上位機(jī)）的鍵盤(pán)命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。 根據(jù)工藝上的需要,還可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)分段啟停功能,便于調(diào)試、檢修。 2、手動(dòng)/自動(dòng)切換功能 一般情況下,系統(tǒng)是在自動(dòng)控制狀態(tài)下運(yùn)行。當(dāng)需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行檢修、保養(yǎng)、調(diào)試時(shí),可將系統(tǒng)切換到手動(dòng)狀態(tài),通過(guò)設(shè)備上的操作盒實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的獨(dú)立啟停操作。 3、故障診斷、定位及報(bào)警功能 系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),顯著的位置上有聲光報(bào)警,操作級(jí)相應(yīng)的CRT和管理級(jí)（上位機(jī)）CRT顯示屏畫(huà)面自動(dòng)切換到故障點(diǎn)。設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)處理與其相關(guān)的設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。 4、具有多種安全保護(hù)功能 對(duì)于每個(gè)控制回路、每個(gè)動(dòng)回路、每臺(tái)電機(jī)、每個(gè)控制柜都設(shè)有多級(jí)磁熱保網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)是簡(jiǎn)單的計(jì)算機(jī),有的就是放在電視機(jī)頂部的一個(gè)小盒子,它依賴(lài)于起服務(wù)器作用的遠(yuǎn)程大型計(jì)算機(jī)運(yùn)行日常程序,如字處理程序、游戲程序、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)文件以及瀏覽Internet等等。許多網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)使用電視機(jī)作為它的顯示器,但也可能帶有內(nèi)置的計(jì)算機(jī)顯示屏。 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的潛在優(yōu)點(diǎn):①成本低廉。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)本身有中央處理器,具有某些輸入、輸出功能,但沒(méi)有大量?jī)?nèi)存,磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)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(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)上,不會(huì)發(fā)生丟失現(xiàn)象。 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)的缺點(diǎn):①使用電話線傳輸數(shù)據(jù),傳輸通道很窄,等待時(shí)間較長(zhǎng)。②網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)工作時(shí)要訪問(wèn)服務(wù)器,數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于服務(wù)器上,需付服務(wù)費(fèi)。目前,可選擇使用的軟件也有限。護(hù),設(shè)有欠壓保護(hù)、緊急停機(jī)等功能,對(duì)人身。供電方式采用三相五線制,更加突出保護(hù)接地（PE）的作用。 5、監(jiān)控顯示功能 （1）總監(jiān)控站在管理級(jí)實(shí)現(xiàn)全線的監(jiān)控。CRT上實(shí)時(shí)顯示各設(shè)備的工作狀態(tài),如設(shè)備的啟停,電機(jī)的故障,各主要設(shè)備正在進(jìn)行的動(dòng)作等。實(shí)時(shí)顯示生產(chǎn)線各點(diǎn)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(hào)、批次等。由字符圖形、點(diǎn)陣圖形形成的工藝流程圖,棒圖、趨勢(shì)圖形成的過(guò)程控制參量圖都在CRT上進(jìn)行了必要的動(dòng)態(tài)或靜態(tài)顯示。通過(guò)設(shè)備的過(guò)程鍵盤(pán)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)全線的生產(chǎn)控制,如設(shè)備的啟停、牌號(hào)批次的切換等。過(guò)程鍵盤(pán)介入過(guò)程控制,以中文菜單方式進(jìn)行提示。 （2）總操作站在總操作站上可進(jìn)行生產(chǎn)計(jì)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(jìn)行有關(guān)的操作。將近期的生產(chǎn)計(jì)劃輸入總操作站,就可自動(dòng)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(gè)生產(chǎn)線的生產(chǎn),真正實(shí)現(xiàn)管控一體化。 （3）操作級(jí)的監(jiān)控顯示操作級(jí)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(jí)是局部的,只顯示監(jiān)控本節(jié)點(diǎn)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(bào)表顯示打印功能 由總操作站對(duì)生產(chǎn)線上的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、統(tǒng)計(jì),并分析處理,形成班次報(bào)表、日?qǐng)?bào)、月報(bào)、年報(bào)、品種報(bào)表、故障報(bào)表等共21種生產(chǎn)報(bào)表、7種工藝報(bào)表、2種趨勢(shì)圖。系統(tǒng)有各種報(bào)表的輸出功能,它可以隨時(shí)在CRT上顯示,也可以用打印機(jī)打櫻為了保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性,采用分時(shí)輸出的方式, 在保證報(bào)表輸出的同時(shí),不影響系統(tǒng)對(duì)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(yùn)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(jì)合理,技術(shù)*,工藝自動(dòng)控制達(dá)到水平,得到煙草公司——菲利普·莫里斯公司的認(rèn)可和贊揚(yáng)。上位機(jī)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(zhǔn)確,水份穩(wěn)定,色澤、填充值、柔軟性都有明顯改善。報(bào)表準(zhǔn)確可靠,如處理煙葉產(chǎn)量的報(bào)表每批次（5000kg）的誤差在±2～±8kg之內(nèi)。 | 
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