摘要：國內卷煙廠作為典型的混合流程制造型企業，從上世紀八十年代開始引入自動化生產控制和管理信息化概念，先后經歷了生產自動化、管理信息化和基于企業資源計劃的CIMS為主要特點的發展階段。早期受制于自動化技術發展水平和系統整體解決方案的不完善，國內卷煙廠的自動化系統主要表現為分割不同工藝的數個相互獨立中小型控制系統，各個系統間規范協議的差異和總線技術的不統一，造成集中的管理和協調控制很難實現。隨著近年來系統集成技術的迅猛發展和智能化儀表設備的不斷涌現，同時國內煙草行業的競爭加劇也要求煙草企業需要積極提升自身生產效率、提高自動化控制程度和企業信息化管理水平。具有統一現場總線平臺和整體解決方案架構的自動化集成控制系統被越來越多的用戶接納和認可，其中西門子借助獨一無二的有能力提供成套產品和綜合解決方案的優勢被絕大多數用戶所使用。 本文結合煙草工業制絲生產數據采集與控制系統的特點，以北京卷煙廠為例介紹了制絲生產車間數據采集與控制系統的應用情況，并對一些關鍵技術和引領行業發展方向的控制理論做深入探討。 關鍵詞： 北京卷煙廠、制絲線、煙草行業、中南海、制絲工藝、備料配葉、煙片預處理、制葉絲、白肋煙處理、煙梗預處理、制梗絲、摻配加香、貯絲喂絲、數字化工廠、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 行業概述 中國煙草行業是國家的支柱產業，行業年稅收占國家總稅收的10%左右，這樣巨大的貢獻還是在平均稅率不超過46%的低稅率情況下實現的，相比發展國家煙草行業普遍50-60%的稅率，足見我國煙草行業在國家經濟中的支柱作用。據統計中國共擁有三億多煙民，占世界總煙民的近1/3，中國的煙葉生產量及成品煙銷售量也大概占到世界的1/3左右。同時中國還是世界上烤煙種植面積、烤煙產量、烤煙增長速度、卷煙產銷量、卷煙增長速度、吸煙人數、吸煙人數增加數量、煙稅增長速度等多項世界第一。 然而在規模數量優勢的光環下，中國煙草行業面臨的境地同樣令人擔憂。隨著中國加入WTO后保護期的尾聲臨近，國內越來越多的壟斷行業開始逐步開放市場。中國的煙草行業，將在未來的幾年內面臨全面開放市場，進入國內市場國際化的全面自由競爭局面。長期以來，國家對煙草行業實行專賣制度，國家對煙草行業的發展方針是：既要適當滿足消費需要，又必須提高質量，改進配方，盡可能減少對消費者健康的影響。實行專賣有利于控制其生產和銷售，并課以重稅，這樣既可以保證國家財政收入，又可防止地方盲目發展。面對即將來臨的市場開放，中國煙草業有很多需要提高改進的地方，中國煙企大小加起來數百家，牌號有數百個，然而最強勢品牌的行業市場集中度也不超過2%。 企業介紹和項目背景 北京卷煙廠始建于1970年，是制造卷煙產品的國有重點骨干企業。老廠位于北京朝陽區管莊西里，總占地面積約11.2公頃，設計生產規模為年產16萬箱，制絲生產線1986年投產，迄今已運行使用了20多年，雖然不斷進行技術改造和設備更新，但都是修修補補，整體工藝流程不盡合理，對進一步完善、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、設備陳舊、廠房老化、設計生產規模低等諸多問題，這將直接制約或影響企業生產規模擴大、產品結構升級、產品質量提高等一系列發展問題。只有進行易地技術改造，新建大跨度、模塊化生產廠房，采用先進適合的工藝流程及技術，才能為實現“走向聯合、共同發展、共同壯大”、“做精做強”、“國內一流、國際先進”的企業戰略目標提供保證和實現可能。因此北京卷煙廠啟動了新廠區的技改建設，新廠區選址在北京市通州區，東西長約650米，南北寬約434米，設計生產規模為年產卷煙50萬箱250億支，同時預留了適當發展余地。 北京卷煙廠一直走發展低危害混合型卷煙，著力于研制中國特色混合型卷煙工藝，打造國內一流、國際先進混合型卷煙的生產、研發、出口和對外技術合作基地，專注于做大做強中南海品牌。 北京卷煙廠新廠區技改在工藝設計和設備配置方面,首先滿足了現有品牌生產工藝要求，保證質量穩定，順利完成生產過渡。同時根據產品發展及工藝研究、發展的需要，配合分類加料、分組烘絲采用不同的工藝路線、流程參數實現更精細化的分類分組加工，形成北京卷煙廠的特色生產工藝。根據北京卷煙廠制絲線生產的特色加工工藝和生產組織模式的要求，需要設計建設一套全集成制絲管控一體化系統，實現智能化、圖形化、參數化控制和適度的信息化、自動化生產，滿足柔性化生產和靈活性加工的需要。以打造“數字化工廠”、“透明化工廠”, 徹底消除“信息孤島”，提高企業的市場競爭力。制絲管控系統通過構件化程序的設計和系統硬件和軟件柔性靈活的組合，最終實現建立一個柔性的、能夠隨需而變、操作簡便，能充分滿足生產工藝路線靈活組態和工藝路線選擇的操作平臺。 制絲工藝是衡量一個煙草企業是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領先于競爭者的重要指標依據。制絲生產線主要由備料配葉、煙片預處理、制葉絲、白肋煙處理、煙梗預處理、制梗絲、摻配加香、貯絲喂絲八個工段組成。北京卷煙廠制絲車間新工藝設計緊緊圍繞提高工藝技術水平展開，實現工藝上的“三化”：設計系統化、控制智能化和加工精細化。 系統架構體系 制絲線自控集成及管控一體化系統主要分三大功能組件：數據采集、控制執行組件和監控發布組件。數據采集組件又可以分為三類，分別是生產管理數據采集、設備數據采集、工藝質量數據采集；控制執行組件負責生產相關數據的處理和生產下達指令的執行；監控發布組件負責生產狀態的監控、數據的診斷、存儲和發布等。
生產管理數據來自于各生產工藝段或機臺，通過實時在線采集或關聯計算，為各級管理者提供制絲生產線的各類信息如當前的班次、人員、牌號、生產時間、相關數量等各種信息。設備數據主要是記錄設備的參數、運行狀態等數據，計算設備的停機情況、設備開動率、設備空轉率等信息，同時也可人工記錄包括設備參數設定，設備點檢、備品備件和維修請求等信息。工藝質量數據的采集與分析主要是完成制絲生產線各工藝段質量數據的采集、人工處理和關聯計算以及與標準設定值的比較和分析，如相關工藝段中需要檢測的含水率、溫度、精度、比例、質量參數走勢分析與歷史同期比較等。 數據處理用于將采集的數據進行運算處理，執行生產下達指令，常見的生產指令如將牌號、產量等計劃信息和相應的工藝參數下達到設備上，真正實現管控一體化，提高生產效率。 監控發布功能集中在控制系統監控中心施行，主要是用于監控現場設備，實現數據采集檢測，接受控制指令，下傳控制信息的以監控軟件為基礎的監控系統,同時包括用于生產監控的視頻監控系統、生產信息發布系統、調試維護系統以及其它智能監控系統等生產輔助系統。 各組件緊密集成，數據共享共同構成透明的信息平臺，主要包括監控計算機、WinCC服務器、管理機、工程師站、實時數據庫IO服務器、DataMonitor服務器、Historain實時數據庫服務器、HistorianWeb服務器、打印機、網絡通訊設備、LED顯示屏、RIO站、PLC控制系統、現場智能儀表、智能設備等。集中監控系統通過工業以太網將現場PLC與集中監控層連接起來。集中監控系統將采集的<