根據(jù)龍巖、廈門卷煙廠的使用情況，可以發(fā)現(xiàn)批次控制很好地滿足了工藝控制要求，尤其是對(duì)于復(fù)雜的多路徑的實(shí)現(xiàn)，以及試驗(yàn)線的不斷要求調(diào)整工藝的要求。變更工藝時(shí)修改配方即可，無(wú)需改動(dòng)PLC程序，減少實(shí)施和集成成本，可以快速的響應(yīng)需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源最優(yōu)配置。同時(shí)批次記錄實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的追蹤，為質(zhì)量管理提供依據(jù)。

1   引言
        隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和生活水平的提高，人們對(duì)身體的健康越來(lái)越重視，煙草行業(yè)面臨著較大的壓力，因此要盡可能降低香煙的有害物質(zhì)，同時(shí)人們又有很大的需求，所以要不斷開(kāi)發(fā)出各種類型的新產(chǎn)品。這就對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的自動(dòng)化程度和生產(chǎn)的靈活性提出了更高的要求。
        批次控制技術(shù)作為一個(gè)已經(jīng)在很多的行業(yè)廣泛應(yīng)用的重要的技術(shù)，其靈活、高效和穩(wěn)定的特性已經(jīng)得到了驗(yàn)證。
        本文介紹了GE Proficy Batch控制技術(shù)的概念及特點(diǎn)，分析了卷煙廠制絲線的發(fā)展趨勢(shì)和工藝控制的要求，以及Proficy Batch控制技術(shù)在制絲線的應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，最后說(shuō)明了該控制技術(shù)在制絲線上應(yīng)用實(shí)現(xiàn)過(guò)程。
2   Proficy Batch的概念及特點(diǎn)
2.1   Proficy Batch的概念
        Proficy Batch是基于ISA S88標(biāo)準(zhǔn)的，用于批次生產(chǎn)控制的靈活的模塊化的應(yīng)用軟件，它可以實(shí)現(xiàn)全面的數(shù)據(jù)采集、強(qiáng)勁的批次管理、清晰的過(guò)程可視化，以及強(qiáng)大的監(jiān)督控制能力，可以滿足批次生產(chǎn)的需求。
2.2   Proficy Batch的特點(diǎn)
        通過(guò)圖形化的組態(tài)能夠快速、簡(jiǎn)單和高效地完成批次生產(chǎn)的要求；
        1)  通過(guò)更改圖形化的模型及配方，可以快速改變工藝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)柔性化生產(chǎn)；
        2) 模塊化的設(shè)計(jì)、控制與工藝分離，且無(wú)需修改控制程序就可以實(shí)現(xiàn)不同的設(shè)備控制組合, 生產(chǎn)不同的產(chǎn)品,因而新產(chǎn)品可以快速投放市場(chǎng)；
        3) 標(biāo)準(zhǔn)的接口，為不同用途的控制系統(tǒng)集成，以及以后的升級(jí)改造提供了極大的便利，減少了施工和系統(tǒng)集成成本，從而實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期的可維護(hù)性；
        4) 通過(guò)電子簽名，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品追蹤，便于質(zhì)量控制；
        5) 動(dòng)態(tài)綁定功能最大化設(shè)備的利用率，而動(dòng)態(tài)日志記錄功能則可以捕獲批次記錄并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，形成電子批次記錄；
        6) 具有了很強(qiáng)的通用性：Proficy Batch可以與任何支持OPC標(biāo)準(zhǔn)的SCADA系統(tǒng)、PLC或DCS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)無(wú)縫集成；也可以與MES系統(tǒng)無(wú)縫集成，組成自上而下的廠級(jí)生產(chǎn)管理信息控制系統(tǒng)。
3   卷煙廠制絲線的發(fā)展趨勢(shì)和控制要求
3.1   發(fā)展趨勢(shì)
        制絲線主要的發(fā)展趨勢(shì)是：系統(tǒng)化設(shè)計(jì)；精細(xì)化加工；快速化反應(yīng)；智能化控制；信息化管理。Proficy Batch控制的特點(diǎn)完全可以實(shí)現(xiàn)上述要求，并且比傳統(tǒng)的控制方式更加的靈活和方便。
3.2  工藝流程和控制要求
        各制絲線的工藝流程不盡相同，但基本流程包括以下部分：切片→回潮→預(yù)混柜→加料→貯葉柜→潤(rùn)葉→切絲→烘絲→摻配→加香→貯絲柜等。
        一般的卷煙廠至少有兩條制絲線，這兩條生產(chǎn)線還會(huì)有交叉，這是批次控制的強(qiáng)項(xiàng)。根據(jù)功能劃分為多個(gè)工藝段，每個(gè)工藝段可以單獨(dú)生產(chǎn)，也可以聯(lián)產(chǎn)，這正好通過(guò)批次控制，提高設(shè)備利用率，單個(gè)工藝段或者整個(gè)生產(chǎn)線均可以作為一個(gè)批次生產(chǎn)。
        對(duì)于具體的設(shè)備，比如切片機(jī)，當(dāng)前批次需要切十包煙片，切完后，切片機(jī)自動(dòng)停止，等待下一個(gè)批次的生產(chǎn)，提高了利用率；再如加料筒，首先滾筒要預(yù)熱，糖料要預(yù)填充，物料進(jìn)筒后開(kāi)始加糖料，為保證溫度和水分，添加合適的蒸汽和水，各個(gè)閥門相應(yīng)動(dòng)作，電機(jī)運(yùn)行，利用批次控制就可以將不同的動(dòng)作作為基本的控制模塊，按照控制的順序功能圖（SFC）建立一個(gè)加料的模塊，該模塊可以作為標(biāo)準(zhǔn)模塊在不同的生產(chǎn)線使用，而且易于修改。其它的設(shè)備：如，回潮筒、潤(rùn)葉筒、烘絲機(jī)、加香筒等類似；貯柜或喂料機(jī)，主要是進(jìn)料和出料的過(guò)程，就可以分別作為標(biāo)準(zhǔn)模塊或者共享模塊，進(jìn)行調(diào)用。
        制絲線經(jīng)常會(huì)變換生產(chǎn)的產(chǎn)品，那么相應(yīng)的工藝參數(shù)，路徑也會(huì)跟著改變，比如水分儀的通道、斜率，摻配的物料、加香的牌號(hào)、比例等等。使用批次控制，只需要在不同的批次上定義好相應(yīng)的參數(shù)，生產(chǎn)不同的產(chǎn)品時(shí)，使用不同的批次即可，方便快捷。同樣的，通過(guò)修改相應(yīng)的參數(shù)或路徑，就可以快速的生產(chǎn)試制新的產(chǎn)品。當(dāng)需要更改工藝流程時(shí)，就可以通過(guò)修改可視化的模型或配方來(lái)實(shí)現(xiàn)，不需要修改控制程序。
        此外，制絲線基本上都會(huì)有多家設(shè)備供應(yīng)商，這就需要進(jìn)行系統(tǒng)集成，以往各廠家的編程方法各不相同，集成起來(lái)需要花費(fèi)很多時(shí)間和精力，而采用批次控制，就都按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)快速的集成。
        因此不論是單機(jī)設(shè)備，還是工藝段，乃至整條生產(chǎn)線都可以使用批次控制。
4   Proficy Batch控制技術(shù)在制絲線的具體應(yīng)用
4.1   Proficy Batch系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
        Proficy Batch系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：主要包括Server，Development，Client。Proficy Batch可以通過(guò)OPC與PLC/DCS/SCADA通訊，可以通過(guò)BIS與MES/ERP系統(tǒng)集成。

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4.2   Proficy Batch的軟硬件配置
        硬件主要有：Proficy Batch服務(wù)器、工程師站、操作站、控制處理器及通訊網(wǎng)絡(luò)等。
        其中，Proficy Batch服務(wù)器用來(lái)處理系統(tǒng)運(yùn)行、批次數(shù)據(jù)分析、存儲(chǔ)以及報(bào)表等；工程師站用來(lái)完成工藝過(guò)程建模、配方管理、批次運(yùn)行等；操作站主要用來(lái)實(shí)現(xiàn)批次的添加與運(yùn)行，參數(shù)的設(shè)定與修改，批次運(yùn)行狀態(tài)、生產(chǎn)信息和報(bào)表的查看等；控制處理器處理生產(chǎn)線的設(shè)備控制程序，其中包括PLI（Phase Logic Interface）標(biāo)準(zhǔn)接口程序，PHASE LOGIC，以及具體的控制程序；通訊網(wǎng)絡(luò)主要分為以太網(wǎng)和現(xiàn)場(chǎng)總線。以太網(wǎng)主要是多個(gè)控制器之間以及Proficy Batch服務(wù)器與控制器的通訊，現(xiàn)場(chǎng)總線主要是控制器控制底層的設(shè)備。
        軟件主要有：服務(wù)器（Proficy Batch Server）、Proficy Batch開(kāi)發(fā)軟件（Equipment Editor、Recipe Editor）、客戶端（Client）、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件（SQL Server/Oracle）、管理軟件（ERP/MES）、PLC編程軟件及可擴(kuò)展控件等。

4.3   具體實(shí)現(xiàn)的方法
4.3.1   建立模型
        根據(jù)工藝要求，建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ?，非常重要。好的模型便于配方工藝師修改配方、參?shù)等，也是新產(chǎn)品、新配方的創(chuàng)建的基礎(chǔ)。
        下面首先介紹一下Proficy Batch軟件的模型的分類。
        S88標(biāo)準(zhǔn)將模型分為三類：物理模型、過(guò)程控制模型和處理模型。
        物理模型是車間或工廠的設(shè)備的排列。主要分為四個(gè)層次：
        1) 過(guò)程單元（Process Cell）：一組邏輯組合的設(shè)備組，包括完成一個(gè)批次所需的設(shè)備。
        2) 設(shè)備單元（Unit）：一組相關(guān)的控制模型和設(shè)備組件，共同完成一個(gè)重要的工藝過(guò)程。每個(gè)Unit同時(shí)只能被一個(gè)批次使用。
        3) 設(shè)備模塊（Equipment Module）：Unit里的一個(gè)更小的功能設(shè)備組合，完成較小工藝活動(dòng)。
        4) 控制模塊（Control Module）：物理模型中的最低級(jí)別，執(zhí)行最基本的控制動(dòng)作。如閥的動(dòng)作。
        過(guò)程控制模型也是配方模型，定義啟用設(shè)備執(zhí)行某一任務(wù)的控制過(guò)程。分為四個(gè)層次：
        1) 生產(chǎn)過(guò)程（Procedure）：包含一個(gè)生產(chǎn)批次的整套的過(guò)程。由Unit Procedure組成。
        2) 設(shè)備生產(chǎn)過(guò)程（Unit Procedure）：包含一個(gè)設(shè)備單元（Unit）的生產(chǎn)過(guò)程。由Operation組成。
        3) 模塊生產(chǎn)過(guò)程（Operation）：主要執(zhí)行一個(gè)設(shè)備單元（Unit）的部分生產(chǎn)功能。由Phase組成。
        4) 單相功能（Phase）：這是配方里最基本的步驟，執(zhí)行單一的功能。如加熱。
        處理模型定義了物理模型和過(guò)程控制模型之間的關(guān)系，二者是相互對(duì)應(yīng)的。
        下面介紹如何建模。
        1．建立物理模型
        首先要根據(jù)工藝流程合理的劃分Process cell，Unit和Phase。
        一條生產(chǎn)線可以作為一個(gè)Process cell；單機(jī)設(shè)備如烘絲機(jī)，加香筒等，或者一組設(shè)備實(shí)現(xiàn)一個(gè)大的功能，或者一個(gè)小的工藝段等均可以作為一個(gè)Unit。一個(gè)Unit由一個(gè)或多個(gè)Phase組成，每個(gè)Phase實(shí)現(xiàn)一個(gè)小的功能，把Unit根據(jù)不同的功能劃分出幾個(gè)Phase。這樣就可以利用Proficy Batch的設(shè)備編輯器（Equipment Editor）開(kāi)始建立物理模型了。
        建模的步驟主要有：建立一個(gè)或多個(gè)Process cell；在某個(gè)Process cell下建立Unit，先建立一個(gè)類（Class）,每個(gè)Unit基于一個(gè)類；在Unit里面建立Phase，Phase也是基于某個(gè)類；建立各個(gè)Unit之間的連接（Connection）；定義Unit、Phase及其類的屬性。
        如圖2所示，

圖2 物理模型

        2．建立配方（過(guò)程控制模型）
        建立物理模型后，根據(jù)具體工藝在配方編輯器（Recipe Editor）中建立配方。首先建立Operation，由一些Phase組成，然后建立Unit Procedure，由Operation組成，再建立Procedure，由Unit Procedure組成。 
        配方主要包括頭信息（Header）、過(guò)程控制定義（Procedure Control Definition）、安全和適應(yīng)信息（Safety and Compliance）、設(shè)備需求（Equipment Requirements）和配方公式（Formula）。配方建好以后需要發(fā)布才可以運(yùn)行。
        配方的Phase之間的運(yùn)行根據(jù)工藝可以設(shè)定條件進(jìn)行流轉(zhuǎn)，修改這些條件就可以改變相應(yīng)的工藝，S88的配方可以由工藝師來(lái)開(kāi)發(fā)，無(wú)需知道設(shè)備控制的細(xì)節(jié)，因而不需要修改控制程序。Operation、Unit Procedure、Procedure同理。工藝師可以根據(jù)需要，快速改變相關(guān)配方的參數(shù)或流程，生產(chǎn)出不同要求的產(chǎn)品。
 
4.3.2  編寫PLC程序
        物理模型和配方的建立完成了Proficy Batch層面的工作，要實(shí)現(xiàn)控制任務(wù)還需要編寫控制程序?？刂瞥绦蛑饕袃刹糠郑篜LI和Phase Logic。
PLI是Proficy Batch與PLC之間的標(biāo)準(zhǔn)的接口程序（如圖3示），處理Proficy Batch與Phase Logic的應(yīng)答和狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。
        Phase Logic主要是處理Phase 的狀態(tài)、參數(shù)的下載、報(bào)告的上傳、和具體的控制程序。每個(gè)Phase對(duì)應(yīng)一個(gè)Phase Logic，所以便于控制與工藝的分離。
        當(dāng)Operation調(diào)用某個(gè)Phase時(shí)，Proficy Batch發(fā)出一個(gè)命令到控制器去運(yùn)行這個(gè)Phase，然后控制相應(yīng)的電機(jī)、泵或閥動(dòng)作。

圖3 PLI信息流

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4.3.3   客戶端運(yùn)行
        通過(guò)建模和編程，就完成了Proficy Batch控制的主要工作，硬件安裝測(cè)試好以后，就可以生產(chǎn)了。生產(chǎn)可以通過(guò)Proficy Batch客戶端來(lái)運(yùn)行。
        為了方便操作人員的使用，我們?cè)陂_(kāi)發(fā)時(shí)使用Proficy Batch提供的VBIS功能開(kāi)發(fā)自己的用戶交互界面。如圖4所示

圖4 用戶操作界面

        在主任務(wù)界面中主要包括三個(gè)部分，第一部分，按鈕部分，在這些按鈕中，包括針對(duì)任務(wù)進(jìn)行處理的，也包括針對(duì)Proficy Batch的批次進(jìn)行處理的。第二部分，中間的列表框部分，在這個(gè)列表中，主要顯示的是任務(wù)的概況信息和運(yùn)行情況。第三部分，下面的Phase狀態(tài)顯示部分，這個(gè)所顯示的就是現(xiàn)有的啟動(dòng)段中所包括的Phase運(yùn)行的狀態(tài)。
        打開(kāi)客戶端，添加批次，確認(rèn)配方參數(shù)，生成批次。然后，運(yùn)行批次，先下載參數(shù)，再開(kāi)始生產(chǎn)，如果中間出現(xiàn)故障，會(huì)報(bào)警且程序處于保持狀態(tài)，直到故障消除，再重新啟動(dòng)，繼續(xù)生產(chǎn)，生產(chǎn)將結(jié)束時(shí)，上傳報(bào)告（如圖5所示）。批次運(yùn)行完以后，就可以結(jié)束該批次。多個(gè)批次可以同時(shí)執(zhí)行，但同一個(gè)設(shè)備（Unit）只能同時(shí)執(zhí)行一個(gè)批次，其它要使用該設(shè)備的批次就會(huì)自動(dòng)排隊(duì)，提高設(shè)備的利用率。

圖5 批次報(bào)告

        生產(chǎn)結(jié)束后Proficy Batch可以通過(guò)批次分析，發(fā)現(xiàn)批次生產(chǎn)的差異和變化，找出“黃金批次”，提高生產(chǎn)力和設(shè)備利用率；及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題進(jìn)行追溯，利于提高產(chǎn)品質(zhì)量；為管理決策提供依據(jù)。 
        綜上所述，批次控制的流程是建物理模型、建配方、排產(chǎn)、控制執(zhí)行、生成報(bào)表。如圖6所示。

圖6 批次控制流程

5   結(jié)束語(yǔ)
        根據(jù)龍巖、廈門卷煙廠的使用情況，可以發(fā)現(xiàn)批次控制很好地滿足了工藝控制要求，尤其是對(duì)于復(fù)雜的多路徑的實(shí)現(xiàn)，以及試驗(yàn)線的不斷要求調(diào)整工藝的要求。變更工藝時(shí)修改配方即可，無(wú)需改動(dòng)PLC程序，減少實(shí)施和集成成本，可以快速的響應(yīng)需求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備資源最優(yōu)配置。同時(shí)批次記錄實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的追蹤，為質(zhì)量管理提供依據(jù)。
        隨著技術(shù)的不斷完善，相信煙草行業(yè)將會(huì)有越來(lái)越多的廠家使用Proficy Batch控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本，提高效益的目標(biāo)。

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