工业控制网络设计

Ｔ　Ｒ＆Ｄ　

基于工业控制网络的再造烟叶柔性　

制丝线的设计　

李钰靓。楼卫东，赵云峰，金文良　（浙江中烟工业有限责任公司杭州卷烟厂，浙江杭州３１００２４）　摘　要　为克服再造烟叶与天然烟叶混合制丝给卷烟品质带来的不利影响和适应当前制丝生产新工艺的要求，通过设　计三层工业控制网络结构，研究各层网络通信的实现方法，建立了基于工业控制网络的再造烟叶单独柔性制丝线。结　果显示：基于工业控制网络的再造烟叶柔性制丝线生产能力达到２０００　ｋｇ／Ｈ，实现了再造烟叶单独成丝后出口含水率　Ｉ　２％一Ｉ　３％的控制目标。因此，造纸法再造烟叶单独柔性制丝线能够克服其与天然烟叶混合加＿Ｔ－的缺陷，更能发挥其在“降　焦减害”中的作用。　关键词再造烟叶；柔性；工业控制网络；可编程序控制器；通信　中图分类号：ＴＳ４　文献标识码：Ａ　文章编号：ｌ６７卜７５９７（２０ｌ　３）１６－００５２—０２　再造烟叶是卷烟的主要原料之一，它具备有效提高烟叶原　料综合利用率、可针对卷烟工业企业的个性化、定制化以及功　能性等需求进行快速响应、有利于卷烟产品降焦减害等特点。　目前，卷烟工业企业基本采用的是将再造烟叶和天然烟叶混合　加工的方式，在加工过程中易造碎，产生扬尘，配方精度得不　到保障，香味成分散失较大，给烟丝配方、卷烟品质造成了多　方面的不利影响。因此，设计开发了基于工业控制网络的再造　烟叶单独柔性制丝线，旨在为克服再造烟叶与天然烟叶混合制　丝所带来的缺陷，也为行业制丝生产“小批量、柔性化”的应　用方向提供参考。　１系统架构　典型的柔性制造系统一般由加工系统、物流系统以及控制　与管理三个子系统构成，要实现这些子系统之间的有机结合，　它们之间的信息流是否顺畅是决定性的因素，这其中，工业控　制网络的设计、构建与实现又是打造顺畅信息流的关键技术。　本文所述工业控制网络特指西门子工业控制网络一一ＳＩＭＡＴＩＣ　ＮＥＴ，它遵循三级网络结构，整条再造烟叶柔性制丝线的网络通　讯就是基于西门子工业控制网络而实现的。　１　１再造烟叶柔性制丝线的工艺流程　再造烟叶柔性制丝线与传统的加工方式的区别体现在以下　两方面。　１）单独切丝。　２）柔性供给。柔性制丝线的工艺流程如图１所示。　厂　，　ｌ　：　｝　臣互］一　Ｉ．． ．　。．　，　， ，．．，　，　．　一Ｊ　ｌ　｝＿—　｛、¨　Ｉ　Ｌ＋　．．　．—　，　，　，—．．—．．．＿Ｊ　１　．，　．，　．，　．．，　．，．．　．．，．．　．＿Ｊ　图１柔性制丝线工艺流程图　１　２再造烟叶柔性制丝线的架构　１．２．１系统构成　再造烟叶柔性制丝线由控制系统（设备层），监控系统（监　控层）、管理系统（管理层）组成，分别对应西门子工业控制网　络现场级、车间级、企业级的三层网络结构体系。　其中，设备层控制系统由以下几个子系统构成：①辅联设　备控制子系统；②除尘设备控制子系统；③切丝机控制子系统；　④烘丝机控制子系统；⑤ＲＦＩＤ子系统：⑥水分仪子系统：⑦电　子皮带称子系统；⑧装箱子系统。　监控层监控系统主要涵盖了两台互为冗余的监控上位机，　负责监控各子系统的工况以及中控操作等。　管理层管理系统主要是涵盖了监控层的ＷＥＢ发布，生产数　据的采集，产品信息的查询与分析等。　１．２．２控制网络结构　１）设备层的控制网络结构与通信方式。为了实现实时同步　控制，且同时要保证系统具有较高的可靠性，设备层控制网络　采用Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ分布式控制结构，Ｐｒｏｆｉｂｕｓ　ＤＰ比工业以太　网相比最显著的优点就是具有非常好的实时性，特别适用于现　场执行机构的控制。　２）监控层的网络结构与通信方式。监控层监控各子系统的　工况，直接采集主控ＰＬＣ、切丝机ＰＬＣ以及装箱子系统ＰＬＣ的　运行数据，采用工业以太网的通信方式。　３）管理层的网络结构与通信方式。管理层管理机以ＯＰＣ　方式从监控层获得生产数据，监控层提供ＯＰｔ服务器，管理机　作为ＯＰｔ客户端，后台数据库配置为ＳＱＬ２０００，管理软件采用　Ｄｅｌｐｈｉ开发。　２网络通讯的实现　２．１设备层网络通讯的实现　设备层控制系统控制网络结构采用主控制柜＋Ｉ／０分布式控　制方式，通过ＳＴＥＰ７软件进行设备层子系统的硬件组态，中控　ＰＬＣ作为Ｐｒｏｆｉｂｕｓ－ＤＰ的主站，下带多个分布式从站和智能从站，　主站ＰＬＣ带的从站主要有三类：一类是ＥＴ２００Ｓ，一类是丹佛斯　变频器、水分仪等第三方设备从站，这两类为分布式从站；另　外一类是从站是其他子系统的西门子３００系列ＰＬＣ控制器，称　之为智能从站。　２．２监控层网络通讯的实现　监控层采用成熟的西门子组态软件ＷｉｎＣＣ，ＷｉｎＣＣ对西门子　系列ＰＬＣ有着非常完善的通讯支持，通过其内建的一个ＳＩＭＡＴＩＣ　ｓ７　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ　Ｓｕｉｔｅ的驱动程序，可以经由多种网络通协议如　工业以太网、Ｐｒｏｆｉｂｕｓ—ＤＰ、ＭＰＩ、ＴＣＰ／ＩＰ等方便地建立与各种　西门子系列ＰＬＣ的通讯通道，在本项目中，采用ＴＣＰ／ＩＰ协议。

工业控制系统的设计与实现

工业控制系统是一个基于自动化技术与计算机技术相互融合的高新技术系统，是现代工业化生产不可或缺的一部分。在工业生产过程中，人们需要依靠工业控制系统，对生产过程进行重点监测和控制，以确保生产过程顺利、稳定、高效。本文将从工业控制系统设计的角度，谈谈这种系统的实现过程，包括设计、编程、测试、应用等步骤。

一、需求分析

在工业控制系统的设计中，首先需要进行需求分析。这个阶段的主要任务是制定系统目标，明确控制对象，确定控制策略和控制算法等。在制定系统目标时，需要综合考虑生产过程中的实际工艺流程、生产环境、设备性能等因素。然后，根据生产过程的特点，确定需要控制的对象，例如温度、压力、流量、速度等。此外，还需要根据实际生产环境、问题文化和运营方式等因素，制定合适的控制策略和算法，以提高产品质量、降低人力成本和提高生产效率。

二、系统设计

在需求分析的基础上，可以开始系统的设计阶段。这个阶段需要确定系统结构、软件架构、网络配置等关键技术，以便实现控制系统的自动化。具体操作方法包括以下几个步骤：

1、制定控制系统的硬件配置方案。

在这一步骤中，需要考虑采集信号的方式、采集信号的传输方式、控制执行机构的选型等。

2、设计控制系统的软件架构。

软件架构是工业控制系统的基石。在这一步骤中，需要确定控制系统的软件体系、程序结构、控制算法等内容。

3、设计控制系统的网络配置。

在这一步骤中，需要确定网络的拓扑结构、通信协议、数据传输方式等内容。

三、程序编写

在控制系统设计完成后，需要进行程序编写。程序编写的任务是把控制系统设计的各个环节紧密地融合起来，实现工业控制系统的自动化。具体程序编写的方法包括以下几个方面：

1、确定程序结构。

在这一步骤中，需要确定程序的组织结构，包括数据结构、控制流程、逻辑调整等内容。

2、编写程序代码。

在这一步骤中，需要编写程序代码，包括控制算法代码、网络通讯代码、界面代码等。

ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　技术应用　

基于单片机的工业控制网络模块研制　

摘要：从控制系统的成本耗费角度来看，专业化的编程语言动辄上万元，这对于＿ｒ－－，２ｋ４￣控制网络的　构建实则没有必要。相比之下，基于单片机的Ｘ－，＿ｌｋ控制网络模块无论是成本控制还是系统构建都更加切　合实际使用需求。本文重点论述了单片机技术指导下的工业控制网络模块研制问题。　关键词：单片机；工业控制网络；控制系统；模块设计　

作为自动化控制网络技术的重要组成部分，工业控制网　

络模块的设计与研制是对传统工业控制技术的有效革新，这　

一新型工业结构的调整从根本上体现工业控制网络的集成性　

与信息化特征。基于单片机的工业控制网络模块设计在执行　

过程中必须考虑到可能存在的外界干扰与系统故障，从根本　

上保障工业控制网络模块研制的有效性。基于单片机的工业　控制网络模块研制主要包括以下几方面内容：　

一、模块研制的总体设计方案　

作为工业控制网络模块研制过程中至关重要的一个环　

节，模块研制总体方案的设计不容忽视，它不仅关系到系统　

设计的有效性，甚至与控制系统的执行方面也存在着必然联　系。值得注意的是，基于单片机的工业控制网络模块的研制　

需要根据特定的任务对象来合理选择必要的工艺手段，以此　

来确立控制网络的总体研制目标。形成了完备的总体设计方　

案，其次需要重视的就是检测元件的确立过程，检测元件作　

为传感器的一种直接影响着工业控制网络模块在执行过程中　

的精细度。再次则是执行机构的选择，它作为微型机系统的　

组成部分必须和控制算法之间体现出必要的一致性，并及时　

显示出控制系统的实际运作情况。　

二、硬件设计过程　

基于单片机的工业控制网络模块研究主要采用的是分布　

式控制系统模式指导下的硬件系统设计，其数据传输则主要　

通过主从站的方式得以实现。主机模块设计从控制策略角度　使得系统各部分接口互相连接，而从机模块设计则是运用单　

片机系统提升数据采集与传输的有效性。由ＭＡＸ４８５芯片组　成的ＲＳ．４８５通信接口也从控制端口提高了接收器的灵敏度。　

工业控制系统设计的国际标准

随着工业自动化和智能化的发展，工业控制系统在各个行业中得到了广泛应用。为了保证工业控制系统的可靠性和安全性，国际上制定了一系列的标准和规范。本文将介绍工业控制系统设计的国际标准，主要包括系统安全、通信协议、数据交换、设备和网络安全、可靠性设计、人机界面、生命周期管理、控制系统设备、测试与验证和性能评估等方面。

一、系统安全

系统安全是工业控制系统设计的首要考虑因素。国际标准要求工业控制系统必须具备高度的安全性，包括物理安全、网络安全和数据安全等方面。物理安全要求对控制系统的硬件设备进行保护，防止未经授权的访问和使用。网络安全要求建立完善的防火墙和入侵检测系统，以防止网络攻击和恶意软件的入侵。数据安全要求对数据进行加密和备份，以防止数据丢失和泄露。

二、通信协议

通信协议是工业控制系统的重要组成部分。国际标准规定了通信协议的基本要求，包括协议的标准化、互操作性和开放性等方面。协

议的标准化要求通信协议必须符合国际标准，以确保不同厂商的设备可以相互通信。互操作性要求通信协议必须支持多种通信协议和接口标准，以实现不同设备之间的互通互连。开放性要求通信协议必须开放源代码和技术标准，以便于用户进行二次开发和定制化需求。

三、数据交换

数据交换是工业控制系统中的重要环节。国际标准规定了数据交换的基本要求，包括数据格式、数据交换标准和数据传输等方面。数据格式要求数据必须符合国际标准规定的格式，以确保数据的准确性和一致性。数据交换标准要求采用国际标准的通信协议和接口标准，以实现不同设备之间的数据交换。数据传输要求建立稳定可靠的数据传输机制，以保证数据的实时性和准确性。

四、设备和网络安全

设备和网络安全是工业控制系统中的重要保障措施。国际标准规定了设备和网络安全的基本要求，包括设备的物理安全、网络安全和数据安全等方面。设备的物理安全要求对硬件设备进行保护，防止未经授权的访问和使用。网络安全要求建立完善的防火墙和入侵检测系统，以防止网络攻击和恶意软件的入侵。数据安全要求对数据进行加密和备份，以防止数据丢失和泄露。