0引言

为提高中式卷烟的核心竞争力，国家烟草专卖局（STAA）已将卷烟加香工程列为重点研究的重大战略课题。卷烟加香技术是打造中式卷烟的核心技术，是形成卷烟产品特色的关键技术，因此糖香料调制中心越来越成为制丝生产线中不可或缺的重要设备。本文将开发一个基于IFIX的香精香料调制过程监控系统，以实现原料的全自动配料功能。

1香精香料调制工艺流程

水和水蒸气同时流入蒸馏器，使原料与水充分接触，原料中的香气成分挥发。通过控制水蒸气的重量和温度，使原料中的香味成分逐渐挥发并与水蒸气混合溶解。通过预先设定的配方和程序，将不同的天然香料按照一定的比例和顺序进行配料，混合搅拌，最终得到符合要求的香料混合物。

1.1原料入罐

自动控制系统根据生产管理层下发的或人工录人的调料工作单，自动检索原料预配数据库中对应牌号的配方参数，计算出需配制的料液重量，再根据配方分解出所有参与配制的原料名称和重量，并提醒操作人员补充所缺的原料，同时在监控画面上显示需添加的原料量。在人工从原料库区将所缺原料送至料液调制区，并通过液压升降平台或气泵将原料送人对应的原料储存罐后，自动控制系统便自动对补充的原料重量进行复核。

1.2原料熬制

自动配料控制系统根据生产管理人员下达的或人工记录的配料工单，自动在原料预配料数据库中搜索相应等级的配方参数，计算出需要配料的原料重量，然后根据配方分解出所有参与配料的原料名称和重量，并提醒操作人员补充缺少的原料，同时在监控屏幕上显示出需要添加的原料量。人工将缺少的原料从原料储存区送至配液调制区，然后自动加入相应量的水(加水量由熬制罐自身的称重模块计量)，加水完毕后便根据配方库参数中的搅拌时间和温度(或由操作员输入)自动执行加热、搅拌、保温过程，完成原料的熬制。熬制好的原料在熬制罐内暂存，作为原料待用。

1.3料液配制

配制料液时，配料机首先控制阀门定位器使气动球阀全开，使原料快速流入计量罐配制料液时，配料机首先控制阀门定位器使气动球阀全开，使原料快速流入计量罐当原料量接近设定值时、控制阀门定位器调节气动球阀的开度，使原料缓慢流入计量罐，直到原料量达到设定值（大于2kg），气动球阀才完全关闭，这样可同时满足配制速度和料液精度的要求。原料配制顺序为先配制保湿剂，再配制其他原料，最后配制水（水也由计量罐计量），可减少原料损耗；自动配比涉及的所有原料配制完成后，自动控制系统会自动对主配料管道进行吹扫、清洗（使用热水清洗）；然后，根据监视器或酿造罐附近触摸屏上弹出的需要手动添加的原料名称和重量（≤2kg）信息，手动称量相应数量的原料并倒入选定的酿造罐中。

1.4成品料灌装

成品料液调制完成后，可暂存在调制罐内，或进行自动计量装桶后送到成品香料储存间暂存。

2香精香料调制过程监控系统结构及功能实现

香精香料调制过程监控系统按功能可分为设备控制层、集中监控层和生产管理层。

2.1生产管理层

生产管理负责接收上级管理系统的生产计划，并进一步分解为糖香料制备中心系统的生产任务；在生产过程中，它处理香精香料制备过程监控系统运行时的综合信息，并为上级管理系统提供生产任务执行和质量数据等完整的统计数据报告。生产管理层配备一台小型数据服务器、一台工厂级管理网络交换机和一台网络打印机。小型数据服务器配有两块以太网卡:一块用于连接糖香料调制中心的交换机，实现生产管理层与集中监控层的通信；另一个用于连接厂级管理网络的交换机，实现与厂级管理网络中相关部门的数据和信息交换。

服务器安装系统软件Windows2003Sever、数据库管理软件Oracle和办公软件Office2003。服务器收到MES提供的生产计划后，将其分解为糖香料调配中心系统内的生产任务，并对生产过程中的各类数据进行处理和保存，形成生产中需要的各类报表，供糖香料调配中心监控计算机集中监控和信息查询。考虑到糖香料酿造中心信息保密的重要性和病毒通过管理网络传播的可能性，服务器配备了防火墙等网络安全设备，以防止非法访问和病毒入侵。

2.2集中监控层

集中监控层是生产管理层和设备控制层的枢纽，具有完整的设备监控功能，设置、显示和修改运行参数和设备参数，以及故障诊断和分析功能；能接收生产管理系统的生产指令和计划并分解，然后反馈下级的完成情况；可以实现产品批次质量的可追溯性控制。

集中监控层是基于先进的计算机网络技术和计算机图形技术，以PC机和工作站为标准，提供“人性化”的人机交互界面和操作辅助系统的人机界面系统。监控计算机可实现生产过程中各种操作和状态的监控，工艺参数和控制参数的显示和设定，控制系统故障的诊断和定位，配料控制系统和设备故障报警的显示和记录等。

生产中香精和香料是分开的，所以设置了两台监控机。其中一个主要用于操作和监控调料的配制和灌装；另一个主要用于操作和监控香精的配制和灌装。两台监控机互为热备，当一台机器出现故障时，另一台机器可以代替它继续工作。监控器通过自带的以太网卡和交换机与PLC进行以太网通信，实现了方便快捷的数据交换。

2.3设备控制层

配料设备控制层采用西门子公司基于工业以太网的Profi-Net总线控制方式，实现设备的生产运行控制、生产现场及设备相关信息的采集。

主PLC采用CPU416-3PN/DP。具有很高的运算度和工作内存，是一款功能强大的CPU，可满足高性能范围内的各种要求。

ET200S模块种类齐全、点数经济、架构灵活复杂，有利于系统设计的模块化；分布在现场设备旁的子站箱内，大幅节省了布线费用；选用有源背板总线，可支持模板热插拔而不会导致CPU停机。所有检测信号和执行器件直接接入ET200S模块。喂料机指可以直接接入现场总线的设备。电子秤、阀岛、流量计、射频识别系统均选用Profibus-DP接口，通过IE/PBLink可将Profibus-DP透明地接入ProfiNet；压力、温度智能仪表均选用Profibus-PA接口，通过DP/PALink将其转换为Profibus-DP接口后再通过IE/PBLink接入ProfiNet。每个IE/PBLink最多可连接64个Profibus-DP设备，每个DP/PACopule最多可连接32个PA仪表。

3IFIX与PLC的通信

集中监控层的组态软件采用美国Intellution公司的IFIX软件，它是基于Windows的HMI/SCADA组件，专门在工厂级和商业系统之间提供易于集成和协同工作的设计环境[2]。IFIX通过OPC”方式来获得和利用现场数据，并通过I/O驱动器与已存在的I/O设备直接通信。糖香料调制中心系统采用SI7驱动器，SI7驱动器遵守OPC标准，因此任何OPC客户端都可以通过SI7驱动器访问硬件数据，即IFIX与PLC通信是利用OPC服务器收集PLC的数据信息，然后通过SI7驱动器把数据传送给IFIX。整个通信过程为：首先建立OPC服务器与PLC的连接和数据交换；然后作为OPC客户端的IFIX组态软件通过SI7驱动器与OPC服务器通信。

3.1OPC服务器与PLC的通信

通过SimaticNet建立OPC服务器，OPC服务器收集PLC数据，从而为OPC客户端提供现场数据源。OPC服务器与PLC通信设置如下：

(1)PCStation的硬件配置。打开StationConfigurationEditor配置窗口，在机架的#1插槽添加OPCServer，在#3插槽添加IEGeneral，在弹出的属性对话框中设置网卡参数。

(2)分配PCStation的名称。点击“StationName”按钮，配置PCStation的名称。PCStation名称需与Step7硬件组态插入的PCStation名称一致。

(3)通过SimaticNet组态PCStation。在SimaticNet新建一个项目，插入一个PCStation。PCStation名称必须与StationConfigurationEditor的名称一致。

(4)PCStation的硬件组态。双击Configuration进入硬件组态界面，参考PCStation的硬件配置，从硬件目录窗口中选择对应的硬件。

(5)保存编译。在完成PCStation硬件组态后，点击“保存编译”，存储当前的硬件组态配置。(6)建立PCStation与PLCS7连接。点击“ConfigureNetwork”按钮，进入NetPro配置窗口，选中IEGeneral后，在连接表插入一个新的S7连接。

(7)下载到PCStation。确认所有配置后，点击“保存编译”，此时会弹出一条编译结果信息，说明组态是否正确。若组态正确，则组态完成，点击“下载”按钮将组态信息下载到PCStation，否则配置信息将无法下载到PCStation。下载完成后，可打开StationConfigurationEditor窗口检查组态是否正常。

3.2数据通信的测试

通过OPCScout可测试数据通信是否正常。若“Quali-ty”状态栏显示“good”，则OPCServer与PLCS7数据连接已成功建立。

3.3IFIX与OPCServer的通信

IFIX通过SI7与OPCServer进行通信。数据从OPCServer经SI7驱动器到达IFIX的DIT(驱动映像表)，再经IFIX的SAC(过程报警与监视)到达IFIX的PDB(过程数据库)。IFIX与OPCServer的通信原理如图6所示。IFIX与OPCServer通信设置如下：

(1)打开PowerTool连接本地服务器，建立新的通道，CommunicationsProcessor选择TCP/IP，VirtualFielddevices选择OPCServer。

(2)添加新的device，对应底层连接的PLC，Connec-tion选择之前在OPCServer中建立的S7connection_1。

(3)添加新的数据块。每个设备可添加多个数据块，填入的每个数据块的起始和终止地址需与PLC提供的地址相对应。DataType的设置也应与PLC给出的数据类型一致。每个数据块可读取多个字节的数据，最多为238个，在IFIX中可按数据类型分开使用。

(4)配置完成后，可通过DataMonitor查看数据连接是否正常。

(5)测试数据连接正常后，在IFIX实时数据库中添加系统需要监控的I/O变量，也可由PowerTool直接导人。在IFIX画面里可直接引用这些数据库中的变量。

4结束语

IFIX能快速构造和生成数据库管理、报警处理、流程控制、动画显示、报表输出等界面，为工业自动化系统的集成和快速开发提供了安全可靠的保障，功能强大。