关键词： PCS 现场总线 MES
在某化纤性质的企业中，控制点约万点，其中开关量占大多数；模拟量控制回路约百个；电气控制和阀门控制以继电器为主，分散并相对集中在多个机柜间。在对老的装置进行现代化技术改造时，引进了西门子的PCS系统。针对控制分散、机柜分散的情况，大规模的使用了现场总线技术，并且投运了管控一体化系统。
为了提高系统的控制效率和可靠性，主系统采用了4对冗余结构的西门子S7-417H，模块化程序设计，位于中心机柜间。每对冗余结构的S7-417H中，互为热备冗余、容错的两个PLC站通过两条光纤实现同步，从站CPU的所有数据和工作状态均与主站CPU完全相同，从站监视着主站的CPU状态并且不运行应用程序，即运行时只有主站的CPU起着控制作用。当主站不能正常工作时，系统无条件地将从站自动切换为主站，切换时间≤30ms。在此切换时间内，采用事件同步的机理，实现主从站的完全无扰动切换。
在现场比较相对集中的地方设立了8个分机柜间，用来安装I/O卡件和I/O底板。由于相隔比较远并且工厂干扰比较严重，因此没有采用普通的DP双绞线连接，而采用冗余的光纤连接(双路环网)
一 企业系统结构
整个工厂的控制系统建立之后，需要管理层与之相联系和管理。这就产生了建立在控制系统之上的管控系统或者称为MES系统。
整个工厂自动化系统(见图1)分为三层结构，见图2：
点击看原图 (1)企业层(ERP系统)：IBM DB2； 点击看原图 (2)车间层(MES系统)：丝束管控一体化系统，与PCS7系统协同工作;SIMATIC IT平台与桥梁； (3)控制层(控制系统)：西门子 PCS7 v6.0；I/O点数约1万点。 二 管控系统 将产品从生产到销售的每一个环节的信息均进入管控系统，并受到管控系统的监控，对于任何产生的质量问题，可以由管控系统进行对过程的分析，查找问题的根源。 1. 管控流程 a. 源头预防 在原料采购，辅助生产设施(公用工程)中，这些子系统具有对特定环节的质量检验功能，可判别每个环节本身的质量是否符合要求，对可能影响产品质量的因素进行源头预防。贯彻预防原则是现代质量管理的核心与精髓。 与此同时，这些子系统负责将检测、采集的质量数据及关键工艺参数等信息保存到服务器，以便进行各种相关的质量分析。为确保原始数据的完整、准确，数据采集和输入具有"手动/自动"两种模式，可相互切换，一旦"自动"方式出现故障，可由操作员采用"手动"方式人工输入数据。 b. 过程监控 车间作业各系统除了完成本身的控制操作任务外，还负责提供管控系统所需要的实时现场数据，这些数据一方面在本地岗位实时地反映，另一方面，将被综合在一起，进入到管控系统之中，实时反映在中央控制室或其他指定的地点，使生产过程的质量得到全面的监控。 c. 结果分析 系统将提供多种质量统计分析报表及专业的质量分析方法，并提供相关多因素分析功能，使不同时间段的参数能在一起进行分析。 2. 过程数据采集和归档 生产过程数据的采集是MES系统和厂级生产管理信息化系统(ERP/MIS)的信息来源和基础。在本项目中，实现了对生产过程中的制浆、纺丝、卷曲、烘干、摆丝、打包、输送等完整的生产流程进行生产过程和工艺数据的采集(约3000点)，对于无法从控制系统中直接获得的设备维修、质量抽检采样等信息，则通过人工录入方式，保证MES系统可以获得完整的生产管理信息。 a. 实时性 系统需要实时地与过程控制系统进行交互，例如：通过过程信号触发生成产品的流水包号(PackageID)；某些实验室数据需直接写入过程控制系统作为控制的参考值；需要根据生产情况对输送系统进行调度。 b. 海量数据存储和查询 (1)大量的过程数据需要
(2)用户可在最短的时间内获得任意时间段的历史数据。
c. 对数据作进一步的分析处理
(1)对质量数据进行进一步的分析处理，如质量稳定性分析、SPC分析等；
(2)对设备的运行、备用和检修时间进行统计，分析设备绩效；
(3)根据产品序号和工艺单对问题产品进行追溯。
"五分技术，七分管理，十分数据"是对企业在运行过程中所产生数据重要性的形象说明。有了数据才能说明问题、才能进行更高级别的分析、判断、决策等。要改进产品，必须具备与之相关的原料的知识并了解当前和过去的操作状态。这些信息可以用来指导工艺改进、降低物耗、增加产量，提高产品质量。数据的处理与分析指导生产，服务于生产。
3. 工单管理
整个管控系统的源头是工单管理。工单定义了某种产品的规格和相关的工艺参数，以及执行情况，由工艺工程师制定并由管理人员批准。工单是针对某条生产线执行的，执行后相应工艺参数被下发到过程控制系统。有时，重大的工艺调整需要通过工艺调整甚至短暂的停车来执行，这时可设置一个工单预执行时间，系统会根据这个时间自动微调各个生产单位的生产周期。根据工单，整个
工单是联系过程控制系统和管控系统的重要环节，通过每一个产品的产品序号都能查询到所对应的工单从而获得当时重要设备控制参数的数据，为质量追溯提供了依据。
4. 条码生成
管控系统中的产品序号是以条码的方式在业务流程中流转的。条码信息中包含了产品规格、批号(在工单中定义)、生产流水号、班号和生产日期。在一个产品开始生产时系统自动生成条码并打印多份，一部分随产品取样送达实验室，以便实验室系统读取样品的生产序号，一部分将随产品送至后序的摆丝、打包、水分检测和入库等环节。
生产序号具有唯一性，它贯穿了从半成品到成品入库的生产流程，是质量监控和跟踪的关键索引。
5. 质量检验
实验室人员对生产线上的样品进行检验后录入或系统自动从实验室设备采集试验数据，并根据条码扫描仪读取的条形码生成检验记录。实验室最新生成的检验数据能立即在各个客户端上显示，对于重要的检验数据会返写到WinCC操作员界面上。同时系统能够自动判异，不合格的记录将会产生报警，这样处于生产一线的人员可实时获得质量信息，以便对生产做出及时调整。
6. 打包输送
打包系统自动从称重仪采集重量数据并根据条码扫描仪读取的条形码生成产品出厂标签，并且自动获取产品的水分数据。
点击看原图 7. 成品入库 成品入库系统是对丝束包进行最后的检查，将成品丝束包数据移入成品库并提交到ERP系统。成品库具有以下功能： (1)提供库位管理功能。丝束包入库时对应存放的库位，便于查找。可对库位进行预定义，丝束包入库时可自动对应适合存放的库位。 (2)提供个性化挑包功能。丝束包出库时，可根据用户需要(包的品种、质量特性以及各特性的优先级等)，自动选择合适的丝束包，同时获得这些包存放的库位。 (3)提供丝束包数据处理功能。可用"数据修改"对选中的丝束包毛重、净重进行修改，用"数据恢复"对选中的丝束包恢复毛重、净重的原始数据。 (4)提供疑问包处理功能。可用"疑问包设定"对选中的丝束包打上疑问包标志；用"疑问包处理"对其进行处理，其中可处理成正品或废品；可用"疑问包恢复"对选中的疑问包进行原始数据恢复。 (5)提供试验包处理功能。"试验包申请"对选中的丝束包打上试验包标志；"试验包使用"对每次使用的试验包进行记录和净重修改；"试验包恢复"对选中的试验包进行原始数据恢复。 8. 数据显示 基于完整的过程数据和信息，质量分析手段和方法才是有效的。在源头预防和过程监控得到保证的前提下，着重做好对质量结果的分析。如根据SPC质量控制原理，系统产生SPC图形，工艺操作人员根据SPC曲线来调节产品的质量，使得质量控制符合要求。 9. 数据库的应用 在管控系统中应用了关系数据库、实时数据库、OPC、XML、ActiveX、COM/DCOM等新的技术。 实时数据库系统与控制系统是直接进行连接的，用来实现大数据的采集和存储，并且为管理提供来自现场的可靠数据。 三 企业生产和软件框架 整个工厂的PCS过程控制系统和MES管控系统相互结合、相互融合、取长补短，共同完成了企业产品的生产、质量控制、企业管理的要求。见图3、4。 四 结论 经过上述的技术改造，企业的控制和管理水平上了一个新的台阶。其自动化技术得到了最大化的应用，操作人员对PCS和MES系统的应用使得其产品质量提高得到了实际的、可操作性的提高。其管理和质量控制更是满足了用户的不断追求。
