摘要：國(guó)內(nèi)卷煙廠作為典型的混合流程制造型企業(yè)，從上世紀(jì)八十年代開始引入自動(dòng)化生產(chǎn)控制和管理信息化概念，先后經(jīng)歷了生產(chǎn)自動(dòng)化、管理信息化和基于企業(yè)資源計(jì)劃的CIMS為主要特點(diǎn)的發(fā)展階段。早期受制于自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展水平和系統(tǒng)整體解決方案的不完善，國(guó)內(nèi)卷煙廠的自動(dòng)化系統(tǒng)主要表現(xiàn)為分割不同工藝的數(shù)個(gè)相互獨(dú)立中小型控制系統(tǒng)，各個(gè)系統(tǒng)間規(guī)范協(xié)議的差異和總線技術(shù)的不統(tǒng)一，造成集中的管理和協(xié)調(diào)控制很難實(shí)現(xiàn)。隨著近年來系統(tǒng)集成技術(shù)的迅猛發(fā)展和智能化儀表設(shè)備的不斷涌現(xiàn)，同時(shí)國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)加劇也要求煙草企業(yè)需要積極提升自身生產(chǎn)效率、提高自動(dòng)化控制程度和企業(yè)信息化管理水平。具有統(tǒng)一現(xiàn)場(chǎng)總線平臺(tái)和整體解決方案架構(gòu)的自動(dòng)化集成控制系統(tǒng)被越來越多的用戶接納和認(rèn)可，其中西門子借助獨(dú)一無(wú)二的有能力提供成套產(chǎn)品和綜合解決方案的優(yōu)勢(shì)被絕大多數(shù)用戶所使用。 本文結(jié)合煙草工業(yè)制絲生產(chǎn)數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，以北京卷煙廠為例介紹了制絲生產(chǎn)車間數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的應(yīng)用情況，并對(duì)一些關(guān)鍵技術(shù)和引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展方向的控制理論做深入探討。 關(guān)鍵詞： 北京卷煙廠、制絲線、煙草行業(yè)、中南海、制絲工藝、備料配葉、煙片預(yù)處理、制葉絲、白肋煙處理、煙梗預(yù)處理、制梗絲、摻配加香、貯絲喂絲、數(shù)字化工廠、透明化工廠、ET200S、 profinet、WinnCC RT 64K、WinCC RC 64K、WinCC RT128、WinCC Server、WinCC Redundancy 、S7-400、SCALANCE 414-3E、DataMonitor、Historain、LED顯示屏 行業(yè)概述 中國(guó)煙草行業(yè)是國(guó)家的支柱產(chǎn)業(yè)，行業(yè)年稅收占國(guó)家總稅收的10%左右，這樣巨大的貢獻(xiàn)還是在平均稅率不超過46%的低稅率情況下實(shí)現(xiàn)的，相比發(fā)展國(guó)家煙草行業(yè)普遍50-60%的稅率，足見我國(guó)煙草行業(yè)在國(guó)家經(jīng)濟(jì)中的支柱作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)中國(guó)共擁有三億多煙民，占世界總煙民的近1/3，中國(guó)的煙葉生產(chǎn)量及成品煙銷售量也大概占到世界的1/3左右。同時(shí)中國(guó)還是世界上烤煙種植面積、烤煙產(chǎn)量、烤煙增長(zhǎng)速度、卷煙產(chǎn)銷量、卷煙增長(zhǎng)速度、吸煙人數(shù)、吸煙人數(shù)增加數(shù)量、煙稅增長(zhǎng)速度等多項(xiàng)世界第一。 然而在規(guī)模數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)的光環(huán)下，中國(guó)煙草行業(yè)面臨的境地同樣令人擔(dān)憂。隨著中國(guó)加入WTO后保護(hù)期的尾聲臨近，國(guó)內(nèi)越來越多的壟斷行業(yè)開始逐步開放市場(chǎng)。中國(guó)的煙草行業(yè)，將在未來的幾年內(nèi)面臨全面開放市場(chǎng)，進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)國(guó)際化的全面自由競(jìng)爭(zhēng)局面。長(zhǎng)期以來，國(guó)家對(duì)煙草行業(yè)實(shí)行專賣制度，國(guó)家對(duì)煙草行業(yè)的發(fā)展方針是：既要適當(dāng)滿足消費(fèi)需要，又必須提高質(zhì)量，改進(jìn)配方，盡可能減少對(duì)消費(fèi)者健康的影響。實(shí)行專賣有利于控制其生產(chǎn)和銷售，并課以重稅，這樣既可以保證國(guó)家財(cái)政收入，又可防止地方盲目發(fā)展。面對(duì)即將來臨的市場(chǎng)開放，中國(guó)煙草業(yè)有很多需要提高改進(jìn)的地方，中國(guó)煙企大小加起來數(shù)百家，牌號(hào)有數(shù)百個(gè)，然而最強(qiáng)勢(shì)品牌的行業(yè)市場(chǎng)集中度也不超過2%。 企業(yè)介紹和項(xiàng)目背景 北京卷煙廠始建于1970年，是制造卷煙產(chǎn)品的國(guó)有重點(diǎn)骨干企業(yè)。老廠位于北京朝陽(yáng)區(qū)管莊西里，總占地面積約11.2公頃，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)16萬(wàn)箱，制絲生產(chǎn)線1986年投產(chǎn)，迄今已運(yùn)行使用了20多年，雖然不斷進(jìn)行技術(shù)改造和設(shè)備更新，但都是修修補(bǔ)補(bǔ)，整體工藝流程不盡合理，對(duì)進(jìn)一步完善、拓展混合型卷煙工藝形成了制約。技改前北京卷煙廠存在工藝落后、設(shè)備陳舊、廠房老化、設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模低等諸多問題，這將直接制約或影響企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模擴(kuò)大、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)升級(jí)、產(chǎn)品質(zhì)量提高等一系列發(fā)展問題。只有進(jìn)行易地技術(shù)改造，新建大跨度、模塊化生產(chǎn)廠房，采用先進(jìn)適合的工藝流程及技術(shù)，才能為實(shí)現(xiàn)“走向聯(lián)合、共同發(fā)展、共同壯大”、“做精做強(qiáng)”、“國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際先進(jìn)”的企業(yè)戰(zhàn)略目標(biāo)提供保證和實(shí)現(xiàn)可能。因此北京卷煙廠啟動(dòng)了新廠區(qū)的技改建設(shè)，新廠區(qū)選址在北京市通州區(qū)，東西長(zhǎng)約650米，南北寬約434米，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模為年產(chǎn)卷煙50萬(wàn)箱250億支，同時(shí)預(yù)留了適當(dāng)發(fā)展余地。 北京卷煙廠一直走發(fā)展低危害混合型卷煙，著力于研制中國(guó)特色混合型卷煙工藝，打造國(guó)內(nèi)一流、國(guó)際先進(jìn)混合型卷煙的生產(chǎn)、研發(fā)、出口和對(duì)外技術(shù)合作基地，專注于做大做強(qiáng)中南海品牌。 北京卷煙廠新廠區(qū)技改在工藝設(shè)計(jì)和設(shè)備配置方面,首先滿足了現(xiàn)有品牌生產(chǎn)工藝要求，保證質(zhì)量穩(wěn)定，順利完成生產(chǎn)過渡。同時(shí)根據(jù)產(chǎn)品發(fā)展及工藝研究、發(fā)展的需要，配合分類加料、分組烘絲采用不同的工藝路線、流程參數(shù)實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的分類分組加工，形成北京卷煙廠的特色生產(chǎn)工藝。根據(jù)北京卷煙廠制絲線生產(chǎn)的特色加工工藝和生產(chǎn)組織模式的要求，需要設(shè)計(jì)建設(shè)一套全集成制絲管控一體化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)智能化、圖形化、參數(shù)化控制和適度的信息化、自動(dòng)化生產(chǎn)，滿足柔性化生產(chǎn)和靈活性加工的需要。以打造“數(shù)字化工廠”、“透明化工廠”, 徹底消除“信息孤島”，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。制絲管控系統(tǒng)通過構(gòu)件化程序的設(shè)計(jì)和系統(tǒng)硬件和軟件柔性靈活的組合，最終實(shí)現(xiàn)建立一個(gè)柔性的、能夠隨需而變、操作簡(jiǎn)便，能充分滿足生產(chǎn)工藝路線靈活組態(tài)和工藝路線選擇的操作平臺(tái)。 制絲工藝是衡量一個(gè)煙草企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。制絲生產(chǎn)線主要由備料配葉、煙片預(yù)處理、制葉絲、白肋煙處理、煙梗預(yù)處理、制梗絲、摻配加香、貯絲喂絲八個(gè)工段組成。北京卷煙廠制絲車間新工藝設(shè)計(jì)緊緊圍繞提高工藝技術(shù)水平展開，實(shí)現(xiàn)工藝上的“三化”：設(shè)計(jì)系統(tǒng)化、控制智能化和加工精細(xì)化。 系統(tǒng)架構(gòu)體系 制絲線自控集成及管控一體化系統(tǒng)主要分三大功能組件：數(shù)據(jù)采集、控制執(zhí)行組件和監(jiān)控發(fā)布組件。數(shù)據(jù)采集組件又可以分為三類，分別是生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)采集、設(shè)備數(shù)據(jù)采集、工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)采集；控制執(zhí)行組件負(fù)責(zé)生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)的處理和生產(chǎn)下達(dá)指令的執(zhí)行；監(jiān)控發(fā)布組件負(fù)責(zé)生產(chǎn)狀態(tài)的監(jiān)控、數(shù)據(jù)的診斷、存儲(chǔ)和發(fā)布等。
生產(chǎn)管理數(shù)據(jù)來自于各生產(chǎn)工藝段或機(jī)臺(tái)，通過實(shí)時(shí)在線采集或關(guān)聯(lián)計(jì)算，為各級(jí)管理者提供制絲生產(chǎn)線的各類信息如當(dāng)前的班次、人員、牌號(hào)、生產(chǎn)時(shí)間、相關(guān)數(shù)量等各種信息。設(shè)備數(shù)據(jù)主要是記錄設(shè)備的參數(shù)、運(yùn)行狀態(tài)等數(shù)據(jù)，計(jì)算設(shè)備的停機(jī)情況、設(shè)備開動(dòng)率、設(shè)備空轉(zhuǎn)率等信息，同時(shí)也可人工記錄包括設(shè)備參數(shù)設(shè)定，設(shè)備點(diǎn)檢、備品備件和維修請(qǐng)求等信息。工藝質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集與分析主要是完成制絲生產(chǎn)線各工藝段質(zhì)量數(shù)據(jù)的采集、人工處理和關(guān)聯(lián)計(jì)算以及與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定值的比較和分析，如相關(guān)工藝段中需要檢測(cè)的含水率、溫度、精度、比例、質(zhì)量參數(shù)走勢(shì)分析與歷史同期比較等。 數(shù)據(jù)處理用于將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算處理，執(zhí)行生產(chǎn)下達(dá)指令，常見的生產(chǎn)指令如將牌號(hào)、產(chǎn)量等計(jì)劃信息和相應(yīng)的工藝參數(shù)下達(dá)到設(shè)備上，真正實(shí)現(xiàn)管控一體化，提高生產(chǎn)效率。 監(jiān)控發(fā)布功能集中在控制系統(tǒng)監(jiān)控中心施行，主要是用于監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集檢測(cè)，接受控制指令，下傳控制信息的以監(jiān)控軟件為基礎(chǔ)的監(jiān)控系統(tǒng),同時(shí)包括用于生產(chǎn)監(jiān)控的視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生產(chǎn)信息發(fā)布系統(tǒng)、調(diào)試維護(hù)系統(tǒng)以及其它智能監(jiān)控系統(tǒng)等生產(chǎn)輔助系統(tǒng)。 各組件緊密集成，數(shù)據(jù)共享共同構(gòu)成透明的信息平臺(tái)，主要包括監(jiān)控計(jì)算機(jī)、WinCC服務(wù)器、管理機(jī)、工程師站、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)IO服務(wù)器、DataMonitor服務(wù)器、Historain實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、HistorianWeb服務(wù)器、打印機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)備、LED顯示屏、RIO站、PLC控制系統(tǒng)、現(xiàn)場(chǎng)智能儀表、智能設(shè)備等。集中監(jiān)控系統(tǒng)通過工業(yè)以太網(wǎng)將現(xiàn)場(chǎng)PLC與集中監(jiān)控層連接起來。集中監(jiān)控系統(tǒng)將采集的<