一種香菸卷接包生產過程控制集成系統的製作方法
2023-05-19 19:15:56 3
專利名稱：一種香菸卷接包生產過程控制集成系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於巻煙生產與工業電子技術應用領域，涉及一種香菸巻接包生產過程控
制集成系統。
背景技術：
目前，香菸巻接包生產過程涉及很多輔聯設備自動化控制系統。主要有成品菸絲 出櫃控制系統、餵絲機控制系統、風力送絲和除塵控制系統、濾棒交換站控制系統、條煙輸 送控制系統、裝封箱機控制系統、真空泵控制系統、自動化物流調度控制系統、輔料高架庫 控制系統、成品高架庫控制系統、集中製冷控制系統等。 香菸巻接包生產工序主要是把成品菸絲巻制加工成煙支並與香菸過濾嘴對接然 後包裝成盒成條的生產過程。為實現巻接包生產輔聯設備控制系統的準確高效的生產協 同，提升巻接包生產過程的自動化水平，各個控制子系統之間必須實時地交互大量的控制 聯鎖、品牌調度等信息。現有技術大多通過各控制子系統間直接的硬布線連接方式來實現 各控制子系統間的控制聯鎖信息傳遞；通過生產人員之間的紙質生產任務單傳遞或者電話 通信等方式來實現生產品牌調度信息的傳遞。由於這些控制子系統之間相對獨立，因此帶 來控制複雜、各系統之間協同難度大等問題。
現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，極易產生接觸不良等故障。 2、生產品牌調度信息的傳遞出錯率較高，不便於工人的操作和生產的調度管理。
發明內容
本發明的目的在於提供一種香菸巻接包生產過程控制集成系統，該香菸巻接包生
產過程控制集成系統能有效改善生產協同能力，提高生產效率。 本發明的技術解決方案如下 —種香菸巻接包生產過程控制集成系統，其特徵在於，該香菸巻接包生產過程控 制集成系統由管理信息層、邏輯控制層以及信號傳輸層構成； 所述的管理信息層包括製造執行系統、資料庫、數據採集終端和中心控制系統，所 述的製造執行系統、資料庫、數據採集終端和中心控制系統均通過第一層工業乙太網絡互 聯； 所述的控制邏輯層包括一個主PLC和多個子系統PLC，所述的主PLC和多個子系 統PLC均通過第二層工業乙太網絡互聯； 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設備子系統 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乙太網絡互聯；
所述的中心控制系統還與第二層工業乙太網絡通信連接；所述的主PLC還與第三 層工業乙太網絡連接；
所述的子系統PLC包括濾棒交換子系統PLC、條煙輸送子系統PLC、餵絲機子系統 PLC、甘油子系統PLC、封裝箱機子系統PLC、風送除塵子系統PLC和品牌切換子系統PLC、空 調子系統PLC、菸絲出柜子系統PLC和製冷子系統PLC。 所述的中心控制系統通過雙網卡分別與第一層工業乙太網絡和第二層工業以太 網絡通信連接；所述的主PLC通過雙CP通信卡與第二層工業乙太網絡和第三層工業乙太網 絡通信連接。 所述的第一層工業乙太網絡、第二層工業乙太網絡和第三層工業乙太網絡採用西 門子SCALANCE X400系列模塊化交換機構建。 濾棒交換子系統主要功能是通過人工切換管道的方式實現多臺成型機濾棒發射 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的需要。
菸絲出柜子系統主要功能是通過皮帶輸送機等方式將成品菸絲從儲櫃中輸送至 餵絲機系統，滿足其菸絲輸送需求。 餵絲機子系統主要功能是通過負壓將成品菸絲吸入送絲管道，並使菸絲沿管道輸 送至巻煙機臺。 甘油子系統主要功能是為香菸的巻接包生產環節提供所需甘油。 條煙輸送子系統主要功能是將包裝機臺生產的成條香菸輸送至裝箱機。 裝箱機子系統主要功能是將包裝機臺生產的成條香菸裝入大箱並封裝。 風送除塵子系統主要功能是為香菸的巻接包生產以及生產除塵提供必要的負壓。 品牌切換子系統主要功能是實現巻煙機換牌生產時對應送絲管道的自動連鎖切換。 製造執行系統(MES)實現企業ERP系統和底層自動化系統之間集成承上啟下的中 間管理功能，是相對應於ERP生產計劃的執行管理系統，是計劃排產、過程記錄、訂單管理 等各種生產管理功能的集合；數採系統的終端主要實現生產機臺、質檢儀器等的數據採集、 存儲和分析。中心控制系統主要實現巻接包生產輔聯設備的過程控制與調度自動化。這些 系統的數據最終都放到資料庫系統進行存儲。 在生產過程中，MES將調度排產任務的結果數據存放至資料庫，中心控制系統應用 程序可以從資料庫直接讀取並接收該信息，然後將它分解成為各相關輔聯設備控制子系統 可以執行的生產任務指令，並通過控制邏輯層網絡傳遞到各個子系統的PLC，實現生產任務 以及調度信息的上傳下達。並以圖形化界面指導生產人員完成巻接包生產機臺及其各輔 聯設備子系統的工況統一監視和生產任務集中管理，使得巻接包生產過程可視化，整合了 離散數據及信息，改善了生產協同能力，優化了生產過程中的信息傳遞，有效提高了生產效 率。同時，中心控制系統伺服器的雙網卡配置實現與數採系統終端進行OPC通信(OLE for ProcessControl，用於過程控制的0LE，是一個工業標準)，從而能夠為機臺的數採終端上 實時提供機臺生產較為關注的輔聯設備狀態信息，方便生產操作人員掌握設備情況。
位於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 於成型機濾棒發射端的遠程I/O裝置將給主PLC傳遞"濾棒準備好"等信號。這些信息經 由主PLC統一接收並實時轉發給FLC (Flexible LineConnector濾棒生產線連接器，俗稱濾 棒交換站)，FLC對連接管路牌號信息和發射接收管道對應關係進行比對驗證後，將濾棒發 射機使能信號經由主PLC傳遞到位於成型機濾棒發射端的遠程1/0，從而實現聯鎖控制。
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有益效果 本發明利用工業乙太網技術構建巻接包生產區域的控制與通信基礎平臺，通過引 入主控PLC實現各信號傳輸的共享與重用，並對各自動化子系統控制聯動的重構與改良， 提升巻接包生產過程控制的自動化水平、優化控制系統資源配置，本發明不僅能有效改善 生產協同能力，而且能夠優化利用巻接包生產過程各個子系統資源。 本發明涉及的香菸巻接包生產過程控制集成系統能充分利用網絡資源，減少重複
布線施工造成的材料和人力資源浪費，提高了全系統的性能價格比。另外，標準化的網絡規
劃設計增強了系統的開放性、靈活性、兼容性、可擴展性。從而使得設備維護更加規範統一，
消除了各子系統之間分工協作的技術壁壘，減少了設備維護費用的成本。 本香菸巻接包生產過程控制集成系統實現了巻接包生產機臺及其各輔聯設備子
系統的工況統一監視和生產任務集中管理，使得巻接包生產過程可視化，整合了離散數據
及信息，改善了生產協同能力，取代了諸如手工紙質的生產任務計劃單等傳統的信息傳遞
方式，優化了生產過程中的信息傳遞，有效提高了生產效率。同時，還為MES系統提供了部
分的基礎數據支撐，間接經濟效益明顯。
圖1為本發明的集成系統網絡結構圖；
圖2為本發明的集成系統結構示意圖。
具體實施方式
實施例1 : 如圖1所示，該系統採用了西門子SCALANCE X400系列模塊化交換機作為主要網 絡設備來構建工業乙太網通訊平臺。根據網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幹 網，主要實現巻接包機臺數據採集終端、濾棒成型機臺數據採集終端、機臺綜合測試儀、中 心控制系統伺服器、資料庫伺服器等設備的網絡互連。
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幹 網，主要實現各個輔聯設備控制子系統的PLC、操作終端、主PLC、中心控制系統伺服器等的 網絡互連。 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幹 網，主要實現主PLC和系統遠程I/O ET200S站點的網絡互連。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場設備輸入和輸出數據，在組態過 程中將分散式現場設備分配給一個控制器，然後由控制器PLC用戶程序進行處理，這樣過 程數據就能在控制器和現場設備間交換。 管理信息層處於整個系統結構的最上層。如圖2所示，MES(製造執行系統)實現企業ERP(Enterprise Resourse Planning企業資源計劃)系統和底層自動化系統之間集
成承上啟下的中間管理功能；數採系統的終端主要實現生產機臺、質檢儀器等的數據採集、
存儲和分析。中心控制系統主要實現巻接包機臺輔聯設備的過程控制與調度自動化。 在生產過程中，MES將調度排產任務的結果數據存放至資料庫，中心控制系統服務
器應用程式可以從資料庫直接讀取並接收該信息，然後將它分解成為各相關輔聯設備控制
子系統可以執行的生產任務指令，並通過控制邏輯層網絡傳遞到各個子系統的PLC。並以圖
形化界面指導生產人員完成巻接包生產機臺及其各輔聯設備子系統的工況統一監視和生
產任務集中管理，使得巻接包生產過程可視化，整合了離散數據及信息，改善了生產協同能
力，優化了生產過程中的信息傳遞，有效提高了生產效率。同時，中心控制系統伺服器的雙
網卡配置實現與數採系統終端進行0PC通信，實時提供機臺生產較為關注的輔聯設備狀態信息。 系統在控制邏輯層引入主PLC,並配置兩塊CP卡(通信處理卡)實現控制邏輯層 和信號傳輸層的互連。主PLC通過網絡與各輔聯設備控制系統PLC進行Prof inet實時通 訊，傳遞生產任務信息的同時嚴格比對生產流程上下遊子系統的牌號、路徑等信息，完成各 子系統的整體聯動。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 的工業乙太網標準，它基於工業乙太網，符合TCP/IP和IT標準。)與風力送絲子系統PLC 進行實時通訊，實時接收風力送絲子系統的控制信號，將接收到的控制信號發送到位於生 產機臺的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，將反饋信號實時發送給風力送絲系統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PLC進行實時通訊，實時接收品牌切換子 系統的控制信號，將接收到的控制信號發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， 將反饋信號實時發送給品牌切換子系統PLC,從而完成機臺對應的風力送絲管道切換實現 菸絲品牌的切換。 主PLC通過Prof inet與位於成型機端、巻煙機端的遠程方布式1/0、濾棒交控系統 (FLC)的通信，使得可以通過中心控制系統遠程設定相應的濾棒輸送管道的對應關係，並對 牌號和通道號進行雙重比對，實現濾棒輸送生產線路的透明監視。 主PLC通過Prof inet與分布式I/O子站通信，接收並處理空調系統溫溼度探頭信 號存放與主PLC的接口數據區，中心控制系統可以實時處理並監視溫溼度信號，同時可以 將溫溼度信號實時發送給空調系統PLC。 主PLC通過Prof inet與條煙輸送系統PLC進行實時通訊，通過比對條煙輸送系統 反饋的聯鎖信號比對，實現中心控制系統遠程設定條煙輸送系統的條道和牌號等生產任務 信息。 在生產組織過程中，MES系統將排產計劃信息放入資料庫，中心控制系統從資料庫 讀取計劃信息並實現巻接包過程的生產任務管理。巻接包過程的生產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線路的品牌以及生產 線路所使用設備的對應關係，確保巻包生產設備的柔性控制連接，以及相應生產環節的無錯牌生產。例如 品牌切換任務主要完成巻煙機臺與餵絲機實時的對應關係設置。
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射機和接收機的嘴棒
規格。第二個部分設置嘴棒發射機的發射端和接收端的對應關係。FLC系統的PLC為每個
濾棒發射機到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格代碼和管道編號代碼兩個部分信息。在發射
濾棒之前，生產人員通過中心控制系統提供的圖形化界面直觀的設置成型機濾棒發射端和
巻煙機濾棒接收端的濾棒型號規格，以及濾棒發射端和接收端的管路編號對應關係。FLC
系統的PLC根據設置信息進行計算，並輸出控制FLC發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人員進行正確的管路連接。所有管路必須經過實際連接的地址代
碼與設置的地址代碼進行濾棒規格和管路編號的雙重嚴格比對，比對正確後方能進行正常
的濾棒發射與接收。否則，在FLC設備的指示燈和中心控制系統的監控界面上都會提示錯
誤，並自動抑制濾棒發射，從而準確高效的完成濾棒的路由轉發工作，滿足巻接包機臺的濾
生產需求。 條道切換任務主要完成條煙輸送線提升機的生產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
一種香菸卷接包生產過程控制集成系統，其特徵在於，該香菸卷接包生產過程控制集成系統由管理信息層、邏輯控制層以及信號傳輸層構成；所述的管理信息層包括製造執行系統、資料庫、數據採集終端和中心控制系統，所述的製造執行系統、資料庫、數據採集終端和中心控制系統均通過第一層工業乙太網絡互聯；所述的控制邏輯層包括一個主PLC和多個子系統PLC，所述的主PLC和多個子系統PLC均通過第二層工業乙太網絡互聯；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設備子系統的分布式遠程I/O子站；所述的分布式遠程I/O子站通過第三層工業乙太網絡互聯；所述的中心控制系統還與第二層工業乙太網絡通信連接；所述的主PLC還與第三層工業乙太網絡連接；所述的子系統PLC包括濾棒交換子系統PLC、條煙輸送子系統PLC、餵絲機子系統PLC、甘油子系統PLC、封裝箱機子系統PLC、風送除塵子系統PLC和品牌切換子系統PLC、空調子系統PLC、菸絲出柜子系統PLC和製冷子系統PLC。
2. 根據權利要求1所述的香菸巻接包生產過程控制集成系統，其特徵在於，所述的中 心控制系統通過雙網卡分別與第一層工業乙太網絡和第二層工業乙太網絡通信連接；所述 的主PLC通過雙CP通信卡與第二層工業乙太網絡和第三層工業乙太網絡通信連接。
3. 根據權利要求1或2所述的香菸巻接包生產過程控制集成系統，其特徵在於，所述 的第一層工業乙太網絡、第二層工業乙太網絡和第三層工業乙太網絡採用西門子SCALANCE X400系列模塊化交換機構建。
全文摘要
本發明公開了一種香菸卷接包生產過程控制集成系統，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製造執行系統、資料庫、數據採集終端和中心控制系統，所述的製造執行系統、資料庫、數據採集終端和中心控制系統均通過第一層工業乙太網絡互聯；所述的控制邏輯層包括一個主PLC和多個子系統PLC，所述的主PLC和多個子系統PLC均通過第二層工業乙太網絡互聯；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設備子系統的分布式遠程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乙太網絡互聯。該香菸卷接包生產過程控制集成系統有效改善卷接包生產過程的生產協同能力，提高生產效率。
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 優先權日2010年3月5日
發明者任剛民, 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:湖南中煙工業有限責任公司