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1、1卷烟厂制丝线工艺安全防错软件系统设计1. 前言近年来，卷烟企业的制丝线控制系统水平取得了长足的进步，无论是控制精度还是信息化水平与五年前相比都不可同日而语。然而质量事故，尤其是重大质量事故仍时有发生。例如混烟（也称“混牌” ）事故，指不同牌号的烟叶（或烟丝）在不该发生混合之处发生了混合事故；错牌事故，指按照MES 下发参数加工的物料其实根本不是任务书中所要求的烟牌，且发现时为时已晚，整批烟可能已经按照错误的参数进行了加工，同时已经按照错误的牌号进行了加料或加香。这些故障一旦发生，就会造成较大损失，严重时甚至可导致整批物料的报废，给企业造成重大经济损失。为了避免此类事故的发生，卷烟企业一般采用
2、多人次、多级别审核确认的方式进行预先检查和排错，生产开始后由现场操作人员仔细巡视等作法来减少这类故障的发生，但这只能部分解决肉眼可见的事故，还要受现场操作人员的素质和疲劳程度等因素的影响，而多数该类事故是在事后才被发现。这就为制丝线控制系统的研制和完善提出了新的课题。上述事故通常被认定为责任事故，有关责任人则自认倒霉。然而如果采用自动化手段对制丝线全线进行监控，避免类似故障的发生，在故障尚未发生时就终止生产，就可以最大程度上减少甚至杜绝上述故障的发生，使“安全生产”中有关工艺安全的内容得以落实。2. 制丝线工艺安全隐患易发点分析对制丝线全线进行分析后，可以确定容易出现工艺安全事故的事故多发地点
3、如下：2.1 贮柜进料部分该处可能发生的工艺事故有 2 种：混烟和重复进料。2.1.1贮柜进料混烟即向尚未出空的贮柜内装载了另一批烟叶（或烟丝） ，尤其是在前后两批物料的牌号不相同时可造成整柜物料部分或全部报废。2.1.2贮柜重复进料2即向已经装满物料的贮柜内又装载一批烟牌号相同的物料，造成柜内物料过多从而引起设备故障。多由误操作引起。2.1.32.2 贮柜出料部分可能出现的工艺事故有 2 种：混牌和选错贮柜。2.2.1出柜混烟即被选中同时出料的贮柜中存有不同烟牌的物料（分组加工和搀兑除外），造成混烟。多由误操作引起。若发现不及时，可造成部分或整批物料报废。2.2.2选错出料贮柜被选中出料的贮
4、柜内物料的烟牌或批次号与生产任务安排不同，可能由误操作或生产任务书本身的错误有关。若发现不及时，可造成部分或整批物料报废。2.2.32.3 位于生产现场的加料（香）罐很多制丝线的现场加料或加香系统设有一个或多个现场料液存储罐，生产前，需指定本批次加工过程所需用到的现场罐作为工作罐使用。然而在生产现场拥有不止 1 个罐时，各现场罐内可能存有不同的料液，可能是上个批次存留的，也可能是为下个批次预留的，如果选错，则可造成“加错料”事故，严重的可造成整批物料报废。2.4 香料厨房与现场加料罐的互动现在很多制丝线的现场罐通过“要料”过程从香料厨房申请来料液，一批生产结束后又通过“退料”过程将剩余料液退回
5、香料厨房。在这两个过程中要料烟牌、退料烟牌和现场罐烟牌之间存在相互对应的关系，如果发生事故，使罐中料液的实际烟牌与显示的烟牌不符，将导致不同的料液相互混合，带来严重损失。2.5 成品烟丝风力喂丝机成品烟丝从贮丝柜出料后经由风力喂丝机和特定走向的风力输送管道输送到卷包车间的各卷包联合机组，即特定的联合机组从特定的风力喂丝机3处得到正确的烟丝。此处的事故隐患为：由于某种原因致使风送管道错误地连接到非特定的风力喂丝机上，由于此类事故较隐蔽，往往被发现时，可能已经造成一批或数批次（一柜或数柜）烟丝被错误地包装，甚至可能已经流入市场，后果不堪设想。2.6 烟叶库与制丝线的批牌联锁烟叶库位于制丝线的最前端
6、，烟叶库和制丝线回潮段分别从 MES 接收生产控制信息。从原理上说二者各自的生产顺序应该是一致的，但如果在MES 下发了生产顺序信息后，生产控制部门又根据实际情况更改了生产顺序，那么烟叶库和制丝线回潮段的生产顺序应随之改变。如果二者其一因故未能得到修改，则必然会发生烟包出错库或制丝线标识的烟牌与实际烟包的烟牌不符的事故，烟包可能带着实际上是错误的信息沿制丝线一路畅通无阻。烟叶库与制丝线回潮段控制系统之间缺乏有效的信息比对功能，可能将听任这类事故的发生而不会作出任何反应，造成的损失将十分巨大。2.7 烟丝掺兑库与搀兑线的批牌联锁各种烟牌的配方可能不同，所用的梗丝等搀兑物的烟牌也不同，如果没有对各
7、搀兑物与生产线上的烟牌进行比对，一旦让错误的搀兑物进入生产线，也可能造成重大的损失。3. 解决方案类型选择面对上述诸多事故隐患，最有效的方法就是进行批牌传递和比对。随着制丝线管控系统的不断发展，对制丝线的控制已经不再满足于电动机之间的联锁启停和工艺参数控制，还为使用者提供大量的过程和统计信息，如贮柜信息、生产统计信息、能耗等信息；同时还具备了以批次管理为核心的生产控制功能，可按 MES 规定的顺序实现多批次生产和统计，这就为解决工艺事故提供了必要的条件。原理是将 MES 下发的批牌信息与制丝线相关设备已经拥有的批牌信息进行比对，如果比对无误则允许生产继续进行并将所加工物料的批牌信息传递到下一级
8、设备；如果比对有误则终止生产并给出报警提示。有 2 种解决方案可供选择：即监控机完全解决方案和 PLC 解决方案3.1 监控机完全解决方案4该方案将所有与批次相关的传递、比对功能统一由以 PC 机或工作站为核心的监控系统来实现，位于生产现场的 PLC 仍然维持原有的设备和工艺参数控制功能不变（与解决工艺安全事故隐患无关） 。该方案企图将问题的解决范围局限在制丝线中控室内，只需要为数不多的监控调试人员，依托 PC 机或工作站的强大处理能力，依靠高级语言而不是 PLC 编程语言来解决问题。3.2 PLC 解决方案也称“PLC 工艺安全防错系统” ，该方案以 PLC 为核心，将与批次相关的传递、比对
9、功能在 PLC 内实现，中控室的监控系统只是起到配合报警和指示功能。该方案的意图也很明显：既然工艺安全类事故隐患危及生产安全，需要在第一时间使生产线作出反应，在 PLC 内进行批牌传递和比对就是时效性最好的选择。3.3 方案对比我们知道制丝线各监控机上一般都运行着工控组态软件（如INTOUCH、WINCC、IFIX 等等） ，采用监控机完全解决方案解决问题最直接的方法就是利用这些组态软件所提供的复杂功能编辑器高级语言脚本。然而这类脚本也有弱点，即：大量使用时将大大降低组态软件的工作效率，且容易受到不明原因的干扰而终止，且终止后系统没有为用户给出任何提示，导致辛辛苦苦编制的大量脚本程序失效。而采
10、用脚本编制批牌传递和比对功能恰恰需要编写海量的脚本，这使得工作站的软件运行可靠性大打折扣！我们一直避免在组态软件上大量使用脚本，就是要保证组态软件能够可靠地运行。如果功能的增加使得系统的可靠性降低，这本身就是隐患！另外，很多管理信息是由 PLC 产生的，原因是这些管理信息与设备的状态和控制密切相关。例如贮柜信息，其时效性直接取决于 PLC 的控制，其内容就包含批牌传递。所以目前卷烟企业的贮柜信息逐渐转到由 PLC 生成。这说明采用 PLC 进行批牌传递和比对是可行的！然而在 PLC 中进行该类编程采用的是梯形图或语句表语言，用于批牌传5递和比对将会比较复杂，编制出来的程序界面可视性较差，不利于
11、调试排错！且该功能的添加将占据 PLC 内大量的内存空间，不利于系统的扩展。综合考虑的结果，是在保持原有系统可靠性的同时完成事故隐患排查功能，PLC 内存可通过插卡或升级 CPU 模块来实现，程序可视性差可通过程序标准化来解决，所以唯一的选择是采用 PLC 解决方案。4. 基于 PLC 的工艺安全防错系统目前在控制制丝线的 PLC 之间肯定存在互联的网络，用于在前后工艺段（或设备）之间交换启停联锁信号，并将 PLC 的测控信息传递到监控系统（如中控室） 。利用现有的网络，在原有通讯内容的基础上实现批牌信息的传递是容易实现的。批牌比对应发生在由中控下发的批牌与由前级工艺段传递来的批牌之间，或发生
12、在由中控下发的批牌与所选贮柜柜内物料批牌之间，或发生在由中控下发的批牌与所选现场罐内利用批牌之间。批牌一般以字符串的形式出现，以西门子 S7 系列 PLC 为例，字符串的传递可由 SFC20（BLKMOV）来完成；批牌比对可由 FC29（NE_STRNG）实现。回潮及叶片段烘丝前段比对的内容如下表：序号位置事故原因解决方法1烟叶库出料顺序与制丝线不符在烟叶库与制丝线间增加出库批牌通讯并在制丝线回潮段 PLC 增加非空批次比对，不符则禁止接收烟包，增加相应报警2松散回潮加料机选错现场工作料罐在生产任务烟牌与选定现场工作料罐内物料烟牌间进行非空烟牌比对，如不符则禁止该罐出料、将回潮前秤设定流量设为
13、“0”以禁止过料并报警3叶片进柜时混烟在生产任务批次与选定进料的贮柜6序号位置事故原因解决方法向相同烟牌、不同批次贮柜进料内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜进料并报警贮柜存料量超过允许值增加贮柜存料量超限报警多贮柜出料时混烟相同烟牌、不同批次贮柜同时出料预混柜选错其他批次贮柜在生产任务批次与选定出料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜出料并报警4叶片加料机选错现场工作料罐在生产任务烟牌与选定现场工作料罐内物料烟牌间进行非空烟牌比对，如不符则禁止该罐出料、将加料前秤设定流量设为“0”以禁止过料并报警进柜时混烟向相同烟牌、不同批次贮柜进料在生产任务批次与选定进料的贮柜内
14、物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜进料并报警贮柜存料量超过允许值增加贮柜存料量超限报警多贮柜出料时混烟相同烟牌、不同批次贮柜同时出料5叶片柜选错其他批次贮柜在生产任务批次与选定出料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜出料并报警7掺配加香段比对内容如下：序号位置事故原因解决方法1各搀兑物搀兑物烟牌与生产任务烟牌不符在生产任务烟牌与选定搀兑线供料烟牌间进行非空烟牌比对，如不符则禁止前段烘丝机过料（烘前秤流量设为“0” ）并报警2掺兑库出库烟牌与搀兑线任务不符在搀兑线生产任务烟牌与掺兑库各供料烟牌间进行非空烟牌比对，如不符则禁止前段烘丝机过料（烘前秤流量设为“0” ）并报警
15、选错现场工作料罐在生产任务烟牌与选定现场工作料罐内物料烟牌间进行非空烟牌比对，如不符则禁止该罐出料、并将加香前秤设定流量设为“0”以禁止过料并报警3加香机雾化压空不流通，造成香料不雾化在线监测雾化压空流量，如超出规定的上、下限则报警8原梗段比对内容如下：序号位置事故原因解决方法进柜时混烟向相同烟牌、不同批次贮柜进料在生产任务批次与选定进料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜进料并报警贮柜存料量超过允许值增加贮柜存料量超限报警多贮柜出料时混烟相同烟牌、不同批次贮柜同时出料1一次原梗柜选错其他批次贮柜在生产任务批次与选定出料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜出料并
16、报警进柜时混烟向相同烟牌、不同批次贮柜进料在生产任务批次与选定进料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜进料并报警贮柜存料量超过允许值增加贮柜存料量超限报警多贮柜出料时混烟相同烟牌、不同批次贮柜同时出料2二次原梗柜选错其他批次贮柜在生产任务批次与选定出料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜出料并报警二次原梗柜出料部分的批牌比对有可能划归梗丝处理段来完成。9梗丝处理段比对内容如下：序号位置事故原因解决方法1梗丝加料机选错现场工作料罐在生产任务烟牌与选定现场工作料罐内物料烟牌间进行非空烟牌比对，如不符则禁止该罐出料、将加料前秤设定流量设为“0”以禁止过料并报警2梗丝加香机雾化压空不流通，造成香料不雾化在线监测雾化压空流量，如超出规定的上、下限则报警进柜时混烟向相同烟牌、不同批次贮柜进料在生产任务批次与选定进料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜进料并报警贮柜存料量超过允许值增加贮柜存料量超限报警多贮柜出料时混烟相同烟牌、不同批次贮柜同时出料3梗丝柜选错其他批次贮柜在生产任务批次与选定出料的贮柜内物料批次间进行非空批次比对，如不符则禁止该柜
