根据龙岩、厦门卷烟厂的使用情况，可以发现批次控制很好地满足了工艺控制要求，尤其是对于复杂的多路径的实现，以及试验线的不断要求调整工艺的要求。变更工艺时修改配方即可，无需改动PLC程序，减少实施和集成成本，可以快速的响应需求，实现设备资源最优配置。同时批次记录实现对数据的追踪，为质量管理提供依据。
1 引言
随着经济的发展和生活水平的提高，人们对身体的健康越来越重视，烟草行业面临着较大的压力，因此要尽可能降低香烟的有害物质，同时人们又有很大的需求，所以要不断开发出各种类型的新产品。这就对生产设备的自动化程度和生产的灵活性提出了更高的要求。
批次控制技术作为一个已经在很多的行业广泛应用的重要的技术，其灵活、高效和稳定的特性已经得到了验证。
本文介绍了GE Proficy Batch控制技术的概念及特点，分析了卷烟厂制丝线的发展趋势和工艺控制的要求，以及Proficy Batch控制技术在制丝线的应用的优势，最后说明了该控制技术在制丝线上应用实现过程。
2 Proficy Batch的概念及特点
2.1 Proficy Batch的概念
Proficy Batch是基于ISA S88标准的，用于批次生产控制的灵活的模块化的应用软件，它可以实现全面的数据采集、强劲的批次管理、清晰的过程可视化，以及强大的监督控制能力，可以满足批次生产的需求。
2.2 Proficy Batch的特点
通过图形化的组态能够快速、简单和高效地完成批次生产的要求；
1) 通过更改图形化的模型及配方，可以快速改变工艺过程，实现柔性化生产；
2) 模块化的设计、控制与工艺分离，且无需修改控制程序就可以实现不同的设备控制组合, 生产不同的产品,因而新产品可以快速投放市场；
3) 标准的接口，为不同用途的控制系统集成，以及以后的升级改造提供了极大的便利，减少了施工和系统集成成本，从而实现长期的可维护性；
4) 通过电子签名，实现产品追踪，便于质量控制；
5) 动态绑定功能最大化设备的利用率，而动态日志记录功能则可以捕获批次记录并存储于数据库，形成电子批次记录；
6) 具有了很强的通用性：Proficy Batch可以与任何支持OPC标准的SCADA系统、PLC或DCS系统实现无缝集成；也可以与MES系统无缝集成，组成自上而下的厂级生产管理信息控制系统。
3 卷烟厂制丝线的发展趋势和控制要求
3.1 发展趋势
制丝线主要的发展趋势是：系统化设计；精细化加工；快速化反应；智能化控制；信息化管理。Proficy Batch控制的特点完全可以实现上述要求，并且比传统的控制方式更加的灵活和方便。
3.2 工艺流程和控制要求
各制丝线的工艺流程不尽相同，但基本流程包括以下部分：切片→回潮→预混柜→加料→贮叶柜→润叶→切丝→烘丝→掺配→加香→贮丝柜等。
一般的卷烟厂至少有两条制丝线，这两条生产线还会有交叉，这是批次控制的强项。根据功能划分为多个工艺段，每个工艺段可以单独生产，也可以联产，这正好通过批次控制，提高设备利用率，单个工艺段或者整个生产线均可以作为一个批次生产。
对于具体的设备，比如切片机，当前批次需要切十包烟片，切完后，切片机自动停止，等待下一个批次的生产，提高了利用率；再如加料筒，首先滚筒要预热，糖料要预填充，物料进筒后开始加糖料，为保证温度和水分，添加合适的蒸汽和水，各个阀门相应动作，电机运行，利用批次控制就可以将不同的动作作为基本的控制模块，按照控制的顺序功能图（SFC）建立一个加料的模块，该模块可以作为标准模块在不同的生产线使用，而且易于修改。其它的设备：如，回潮筒、润叶筒、烘丝机、加香筒等类似；贮柜或喂料机，主要是进料和出料的过程，就可以分别作为标准模块或者共享模块，进行调用。
制丝线经常会变换生产的产品，那么相应的工艺参数，路径也会跟着改变，比如水分仪的通道、斜率，掺配的物料、加香的牌号、比例等等。使用批次控制，只需要在不同的批次上定义好相应的参数，生产不同的产品时，使用不同的批次即可，方便快捷。同样的，通过修改相应的参数或路径，就可以快速的生产试制新的产品。当需要更改工艺流程时，就可以通过修改可视化的模型或配方来实现，不需要修改控制程序。
此外，制丝线基本上都会有多家设备供应商，这就需要进行系统集成，以往各厂家的编程方法各不相同，集成起来需要花费很多时间和精力，而采用批次控制，就都按照统一的标准接口，实现快速的集成。
因此不论是单机设备，还是工艺段，乃至整条生产线都可以使用批次控制。
4 Proficy Batch控制技术在制丝线的具体应用
4.1 Proficy Batch系统结构
Proficy Batch系统结构如图1所示：主要包括Server，Development，Client。Proficy Batch可以通过OPC与PLC/DCS/SCADA通讯，可以通过BIS与MES/ERP系统集成。
图1 Proficy Batch系统结构
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4.2 Proficy Batch的软硬件配置
硬件主要有：Proficy Batch服务器、工程师站、操作站、控制处理器及通讯网络等。
其中，Proficy Batch服务器用来处理系统运行、批次数据分析、存储以及报表等；工程师站用来完成工艺过程建模、配方管理、批次运行等；操作站主要用来实现批次的添加与运行，参数的设定与修改，批次运行状态、生产信息和报表的查看等；控制处理器处理生产线的设备控制程序，其中包括PLI（Phase Logic Interface）标准接口程序，PHASE LOGIC，以及具体的控制程序；通讯网络主要分为以太网和现场总线。以太网主要是多个控制器之间以及Proficy Batch服务器与控制器的通讯，现场总线主要是控制器控制底层的设备。
软件主要有：服务器（Proficy Batch Server）、Proficy Batch开发软件（Equipment Editor、Recipe Editor）、客户端（Client）、数据库软件（SQL Server/Oracle）、管理软件（ERP/MES）、PLC编程软件及可扩展控件等。
4.3 具体实现的方法
4.3.1 建立模型
根据工艺要求，建立适当的模型，非常重要。好的模型便于配方工艺师修改配方、参数等，也是新产品、新配方的创建的基础。
下面首先介绍一下Proficy Batch软件的模型的分类。
S88标准将模型分为三类：物理模型、过程控制模型和处理模型。
物理模型是车间或工厂的设备的排列。主要分为四个层次：
1) 过程单元（Process Cell）：一组逻辑组合的设备组，包括完成一个批次所需的设备。
2) 设备单元（Unit）：一组相关的控制模型和设备组件，共同完成一个重要的工艺过程。每个Unit同时只能被一个批次使用。
3) 设备模块（Equipment Module）：Unit里的一个更小的功能设备组合，完成较小工艺活动。
4) 控制模块（Control Module）：物理模型中的最低级别，执行最基本的控制动作。如阀的动作。
过程控制模型也是配方模型，定义启用设备执行某一任务的控制过程。分为四个层次：
1) 生产过程（Procedure）：包含一个生产批次的整套的过程。由Unit Procedure组成。
2) 设备生产过程（Unit Procedure）：包含一个设备单元（Unit）的生产过程。由Operation组成。
3) 模块生产过程（Operation）：主要执行一个设备单元（Unit）的部分生产功能。由Phase组成。
4) 单相功能（Phase）：这是配方里最基本的步骤，执行单一的功能。如加热。
处理模型定义了物理模型和过程控制模型之间的关系，二者是相互对应的。
下面介绍如何建模。
1．建立物理模型
首先要根据工艺流程合理的划分Process cell，Unit和Phase。
一条生产线可以作为一个Process cell；单机设备如烘丝机，加香筒等，或者一组设备实现一个大的功能，或者一个小的工艺段等均可以作为一个Unit。一个Unit由一个或多个Phase组成，每个Phase实现一个小的功能，把Unit根据不同的功能划分出几个Phase。这样就可以利用Proficy Batch的设备编辑器（Equipment Editor）开始建立物理模型了。
建模的步骤主要有：建立一个或多个Process cell；在某个Process cell下建立Unit，先建立一个类（Class）,每个Unit基于一个类；在Unit里面建立Phase，Phase也是基于某个类；建立各个Unit之间的连接（Connection）；定义Unit、Phase及其类的属性。
如图2所示，
图2 物理模型
2．建立配方（过程控制模型）
建立物理模型后，根据具体工艺在配方编辑器（Recipe Editor）中建立配方。首先建立Operation，由一些Phase组成，然后建立Unit Procedure，由Operation组成，再建立Procedure，由Unit Procedure组成。
配方主要包括头信息（Header）、过程控制定义（Procedure Control Definition）、安全和适应信息（Safety and Compliance）、设备需求（Equipment Requirements）和配方公式（Formula）。配方建好以后需要发布才可以运行。
配方的Phase之间的运行根据工艺可以设定条件进行流转，修改这些条件就可以改变相应的工艺，S88的配方可以由工艺师来开发，无需知道设备控制的细节，因而不需要修改控制程序。Operation、Unit Procedure、Procedure同理。工艺师可以根据需要，快速改变相关配方的参数或流程，生产出不同要求的产品。
4.3.2 编写PLC程序
物理模型和配方的建立完成了Proficy Batch层面的工作，要实现控制任务还需要编写控制程序。控制程序主要有两部分：PLI和Phase Logic。
PLI是Proficy Batch与PLC之间的标准的接口程序（如图3示），处理Proficy Batch与Phase Logic的应答和状态的转换。
Phase Logic主要是处理Phase 的状态、参数的下载、报告的上传、和具体的控制程序。每个Phase对应一个Phase Logic，所以便于控制与工艺的分离。
当Operation调用某个Phase时，Proficy Batch发出一个命令到控制器去运行这个Phase，然后控制相应的电机、泵或阀动作。
图3 PLI信息流
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4.3.3 客户端运行
通过建模和编程，就完成了Proficy Batch控制的主要工作，硬件安装测试好以后，就可以生产了。生产可以通过Proficy Batch客户端来运行。
为了方便操作人员的使用，我们在开发时使用Proficy Batch提供的VBIS功能开发自己的用户交互界面。如图4所示
图4 用户操作界面
在主任务界面中主要包括三个部分，第一部分，按钮部分，在这些按钮中，包括针对任务进行处理的，也包括针对Proficy Batch的批次进行处理的。第二部分，中间的列表框部分，在这个列表中，主要显示的是任务的概况信息和运行情况。第三部分，下面的Phase状态显示部分，这个所显示的就是现有的启动段中所包括的Phase运行的状态。
打开客户端，添加批次，确认配方参数，生成批次。然后，运行批次，先下载参数，再开始生产，如果中间出现故障，会报警且程序处于保持状态，直到故障消除，再重新启动，继续生产，生产将结束时，上传报告（如图5所示）。批次运行完以后，就可以结束该批次。多个批次可以同时执行，但同一个设备（Unit）只能同时执行一个批次，其它要使用该设备的批次就会自动排队，提高设备的利用率。
图5 批次报告
生产结束后Proficy Batch可以通过批次分析，发现批次生产的差异和变化，找出“黄金批次”，提高生产力和设备利用率；及时发现问题进行追溯，利于提高产品质量；为管理决策提供依据。
综上所述，批次控制的流程是建物理模型、建配方、排产、控制执行、生成报表。如图6所示。
图6 批次控制流程
5 结束语
根据龙岩、厦门卷烟厂的使用情况，可以发现批次控制很好地满足了工艺控制要求，尤其是对于复杂的多路径的实现，以及试验线的不断要求调整工艺的要求。变更工艺时修改配方即可，无需改动PLC程序，减少实施和集成成本，可以快速的响应需求，实现设备资源最优配置。同时批次记录实现对数据的追踪，为质量管理提供依据。
随着技术的不断完善，相信烟草行业将会有越来越多的厂家使用Proficy Batch控制，实现节约成本，提高效益的目标。
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