北京卷烟厂制丝线自控集成及管控一体化系统_制丝线_ET200S

北京卷烟厂制丝线自控集成及管控一体化系统

2010/11/3 15:45:00

摘要：国内卷烟厂作为典型的混合流程制造型企业，从上世纪八十年代开始引入自动化生产控制和管理信息化概念，先后经历了生产自动化、管理信息化和基于企业资源计划的CIMS为主要特点的发展阶段。早期受制于自动化技术发展水平和系统整体解决方案的不完善，国内卷烟厂的自动化系统主要表现为分割不同工艺的数个相互独立中小型控制系统，各个系统间规范协议的差异和总线技术的不统一，造成集中的管理和协调控制很难实现。随着近年来系统集成技术的迅猛发展和智能化仪表设备的不断涌现，同时国内烟草行业的竞争加剧也要求烟草企业需要积极提升自身生产效率、提高自动化控制程度和企业信息化管理水平。具有统一现场总线平台和整体解决方案架构的自动化集成控制系统被越来越多的用户接纳和认可，其中西门子借助独一无二的有能力提供成套产品和综合解决方案的优势被绝大多数用户所使用。

本文结合烟草工业制丝生产数据采集与控制系统的特点，以北京卷烟厂为例介绍了制丝生产车间数据采集与控制系统的应用情况，并对一些关键技术和引领行业发展方向的控制理论做深入探讨。

关键词：

北京卷烟厂、制丝线、烟草行业、中南海、制丝工艺、备料配叶、烟片预处理、制叶丝、白肋烟处理、烟梗预处理、制梗丝、掺配加香、贮丝喂丝、数字化工厂、透明化工厂、ET200S、 profinet、WinnCC RT 64K、WinCC RC 64K、WinCC RT128、WinCC Server、WinCC Redundancy 、S7-400、SCALANCE 414-3E、DataMonitor、Historain、LED显示屏

行业概述

中国烟草行业是国家的支柱产业，行业年税收占国家总税收的10%左右，这样巨大的贡献还是在平均税率不超过46%的低税率情况下实现的，相比发展国家烟草行业普遍50-60%的税率，足见我国烟草行业在国家经济中的支柱作用。据统计中国共拥有三亿多烟民，占世界总烟民的近1/3，中国的烟叶生产量及成品烟销售量也大概占到世界的1/3左右。同时中国还是世界上烤烟种植面积、烤烟产量、烤烟增长速度、卷烟产销量、卷烟增长速度、吸烟人数、吸烟人数增加数量、烟税增长速度等多项世界第一。

然而在规模数量优势的光环下，中国烟草行业面临的境地同样令人担忧。随着中国加入WTO后保护期的尾声临近，国内越来越多的垄断行业开始逐步开放市场。中国的烟草行业，将在未来的几年内面临全面开放市场，进入国内市场国际化的全面自由竞争局面。长期以来，国家对烟草行业实行专卖制度，国家对烟草行业的发展方针是：既要适当满足消费需要，又必须提高质量，改进配方，尽可能减少对消费者健康的影响。实行专卖有利于控制其生产和销售，并课以重税，这样既可以保证国家财政收入，又可防止地方盲目发展。面对即将来临的市场开放，中国烟草业有很多需要提高改进的地方，中国烟企大小加起来数百家，牌号有数百个，然而最强势品牌的行业市场集中度也不超过2%。

企业介绍和项目背景

北京卷烟厂始建于1970年，是制造卷烟产品的国有重点骨干企业。老厂位于北京朝阳区管庄西里，总占地面积约11.2公顷，设计生产规模为年产16万箱，制丝生产线1986年投产，迄今已运行使用了20多年，虽然不断进行技术改造和设备更新，但都是修修补补，整体工艺流程不尽合理，对进一步完善、拓展混合型卷烟工艺形成了制约。技改前北京卷烟厂存在工艺落后、设备陈旧、厂房老化、设计生产规模低等诸多问题，这将直接制约或影响企业生产规模扩大、产品结构升级、产品质量提高等一系列发展问题。只有进行易地技术改造，新建大跨度、模块化生产厂房，采用先进适合的工艺流程及技术，才能为实现“走向联合、共同发展、共同壮大”、“做精做强”、“国内一流、国际先进”的企业战略目标提供保证和实现可能。因此北京卷烟厂启动了新厂区的技改建设，新厂区选址在北京市通州区，东西长约650米，南北宽约434米，设计生产规模为年产卷烟50万箱250亿支，同时预留了适当发展余地。

北京卷烟厂一直走发展低危害混合型卷烟，着力于研制中国特色混合型卷烟工艺，打造国内一流、国际先进混合型卷烟的生产、研发、出口和对外技术合作基地，专注于做大做强中南海品牌。

北京卷烟厂新厂区技改在工艺设计和设备配置方面,首先满足了现有品牌生产工艺要求，保证质量稳定，顺利完成生产过渡。同时根据产品发展及工艺研究、发展的需要，配合分类加料、分组烘丝采用不同的工艺路线、流程参数实现更精细化的分类分组加工，形成北京卷烟厂的特色生产工艺。根据北京卷烟厂制丝线生产的特色加工工艺和生产组织模式的要求，需要设计建设一套全集成制丝管控一体化系统，实现智能化、图形化、参数化控制和适度的信息化、自动化生产，满足柔性化生产和灵活性加工的需要。以打造“数字化工厂”、“透明化工厂”, 彻底消除“信息孤岛”，提高企业的市场竞争力。制丝管控系统通过构件化程序的设计和系统硬件和软件柔性灵活的组合，最终实现建立一个柔性的、能够随需而变、操作简便，能充分满足生产工艺路线灵活组态和工艺路线选择的操作平台。

制丝工艺是衡量一个烟草企业是否具有先进性，是否具备市场竞争力，是否能不断领先于竞争者的重要指标依据。制丝生产线主要由备料配叶、烟片预处理、制叶丝、白肋烟处理、烟梗预处理、制梗丝、掺配加香、贮丝喂丝八个工段组成。北京卷烟厂制丝车间新工艺设计紧紧围绕提高工艺技术水平展开，实现工艺上的“三化”：设计系统化、控制智能化和加工精细化。

系统架构体系

制丝线自控集成及管控一体化系统主要分三大功能组件：数据采集、控制执行组件和监控发布组件。数据采集组件又可以分为三类，分别是生产管理数据采集、设备数据采集、工艺质量数据采集；控制执行组件负责生产相关数据的处理和生产下达指令的执行；监控发布组件负责生产状态的监控、数据的诊断、存储和发布等。

生产管理数据来自于各生产工艺段或机台，通过实时在线采集或关联计算，为各级管理者提供制丝生产线的各类信息如当前的班次、人员、牌号、生产时间、相关数量等各种信息。设备数据主要是记录设备的参数、运行状态等数据，计算设备的停机情况、设备开动率、设备空转率等信息，同时也可人工记录包括设备参数设定，设备点检、备品备件和维修请求等信息。工艺质量数据的采集与分析主要是完成制丝生产线各工艺段质量数据的采集、人工处理和关联计算以及与标准设定值的比较和分析，如相关工艺段中需要检测的含水率、温度、精度、比例、质量参数走势分析与历史同期比较等。

数据处理用于将采集的数据进行运算处理，执行生产下达指令，常见的生产指令如将牌号、产量等计划信息和相应的工艺参数下达到设备上，真正实现管控一体化，提高生产效率。

监控发布功能集中在控制系统监控中心施行，主要是用于监控现场设备，实现数据采集检测，接受控制指令，下传控制信息的以监控软件为基础的监控系统,同时包括用于生产监控的视频监控系统、生产信息发布系统、调试维护系统以及其它智能监控系统等生产辅助系统。

各组件紧密集成，数据共享共同构成透明的信息平台，主要包括监控计算机、WinCC服务器、管理机、工程师站、实时数据库IO服务器、DataMonitor服务器、Historain实时数据库服务器、HistorianWeb服务器、打印机、网络通讯设备、LED显示屏、RIO站、PLC控制系统、现场智能仪表、智能设备等。集中监控系统通过工业以太网将现场PLC与集中监控层连接起来。集中监控系统将采集的