SIMATIC S7-300 PLC在烟草机械电控系统中的应用

李 捷，林翌臻，刘瑞东，陈 明，沈苗杰，周晋宁，张 敏，陆海华，沈冬晖，陈赞赞



SIMATIC S7-300 PLC在烟草机械电控系统中的应用

李 捷，林翌臻，刘瑞东，陈 明，沈苗杰，周晋宁，张 敏，陆海华，沈冬晖，陈赞赞

（浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂，浙江宁波 315000）

随着电子通信技术的发展成熟，PLC技术也越来越先进，并且逐步实现了在工业自动化控制等领域雄踞一方的局面。其中西门子电子公司开发的SIMATIC S7-300 PLC技术最为先进，目前已经占据了PLC市场的大部分份额。本文主要讨论西门子PLC技术在烟草机械电控系统中的应用。以西门子PLC技术为研究主要对象，分析其工作特点和优势，阐述其在烟草控制系统中的四种应用模式。希望给有关技术人员以启发。

烟草机械；电控系统；PLC

0 引言

随着工业化水平的提高，利用机械代替人力，实现工业全面自动化是目前工业发展不可撼动的发展方向，全行各业都在寻求工业自动化智能化的发展道路。烟草行业在我国，是由国家控制的，给国家带来巨大税收的高利润行业。仅仅2015年一年，就创税收88930亿元。为了满足烟草市场的庞大 需求，实现中国烟草的精细加工，需要进一步提高烟草电控系统的发展[1]。西门子电子公司开发的 SIMATIC S7-300 PLC自动化控制系统，因为具备可以集中控制，控制精度高，管理方便等一系列优点，现在已经成为我国烟草公司主要采用的电控系统，这套系统不仅提高了烟草的加工效率，还促进了整个行业的发展。

1 烟草工业发展现状

由于烟草行业特殊的行业性质，在中国，烟草行业一直是国家控股企业，中国烟草管理局负责协调分配烟草行业的“人、财、物、产、供、销、内、外、贸”等一系列生产经营工作。同世界上其他国家相比，我国的烟草产出量和消费总量一直处于世界前列，烟草行业不仅为我国的国家财政收入贡献了很多，也是我国国家税收的重要资金来源。根据国家烟草局发布的数据，仅2015年一年，烟草行业就创税收88930亿元。可以说，烟草行业是“贵族行业”。

但是自上世纪八十年代，中国烟草总公司成立以来，接近20年的发展，我国的烟草行业已经积累了很多诟病，传统的经营和生产模式在新世纪新科学技术的冲击下，暴露了很多问题，制约了整个行业的进一步发展。其行业问题总结为以下两点：

1.1 行业因素

烟草行业的发展遇到的瓶颈，和整个行业的发展环境紧密相关。首先从国内环境看，我国的烟草法律不健全，自1997年国家颁布《烟草专卖法实施条例》后，长达二十年的时间内没有诞生一部新法律。行业已经遇到新挑战，生产已经现代化，但是经营的法规条例依然是上世纪的，根本上不能满足当今我国的烟草经营管理需求。其次是国家自身的控制政策方面，始终以平均主义为原则，力求平衡每个烟草公司的发展，导致我国烟草行业难以出现龙头企业，没有国家一流的烟草品牌和国外烟草公司巨头竞争。大环境的不合作，是导致我国烟草行业渐趋萎靡的主要因素。

1.2 自身因素

自身因素实是在行业因素影响的基础上产生的。整个行业由于受国家平均主义的控制，烟草企业分布分散，主要以地方品牌为主，品牌与品牌之间缺乏交流和团结协作，没有拧成一股绳。所以我国的烟草品牌，例如处于我国烟草销量前十的红塔山、红河、白沙、大红鹰、云烟、芙蓉王、利群、金圣、黄山、一枝笔，主要是独立打拼，难以形成竞争力，没有龙头企业带领，各大品牌只能是在自己的地盘上小打小闹式的固守地方市场，这是行业内部无力改变的大环境导致的。但是由于烟草是高利润的行业，所以我国烟草的经营还存在假冒伪劣的造假现象，经营模式混乱，产品以次充好。虽然国家出台了买卖烟草必须办理烟草经营许可证书的制度，但是依然未能解决实际经营问题。

为此，我国烟草行业在国家的带领下开始了积极寻求改革突破创新的经营新方式。“十二五”期间，在习近平总书记的指挥下我国烟草行业提出了“卷烟上水平”的发展目标，并确立了三大发展课题，力求充分利用新科学技术，实现整个行业的生产调整。在整个社会各个行业都积极迎接入世十周年后进一步扩大的市场份额和市场竞争力的时候，我国的烟草行业也应当积极应对挑战，鉴定革命信心，在国家政策指导下，实现全行业的健康创新发展，促进整个国民生产总值进一步提高。

2 S7- 300 PLC控制系统

2.1 PLC控制系统的简介

PLC是一种电子控制装置，以计算机强大的算法和指令输出能力为依托，能够灵活控制工业生产中的一系列机器设备[2]，目前已经逐步取代了电子继电器控制系统，成为工业生产自动化控制领域的先进技术。

PLC电子控制装置分为多种类型，但是不同种类之间具有共同点：一是程序简单，主要以简单的指令和易于理解的梯形图语言为主，对操控人员解读程序的能力要求并不高，因此PLC控制装置的通用性较好，普及度高[3]。二是PLC是专门针对工业生产中自动化控制而设计的，术业有专攻，因此能够适应不同的工业生产环境，即使在高温、高腐蚀，高压等复杂的工业生产环境下，PLC系统依然能继续工作。四是由于PLC系统内部加入了过滤波动的技术，所以抗干扰能力强，能够确保自动控制系统不受外力的干扰。

2.2 S7-300 PLC控制系统

S7-300 PLC是西门子电子公司开发的一种全新的控制电子装置，广泛应用于工业生产中的机器自动控制，开启全新的工业自动化控制模式。S7-300是模块化小型PLC系统，在原有的PLC控制装置上又有所改进，增强了不同模块之间的组合成不同要求系统的随意配对能力[4]。满足中等性能要求的工业设备。西门子PLC电子控制装置的主要特点是控制主体体积小，处理速度快，可靠性更高。

与其他类型的PLC电控系统相比，西门子S7- 300 PLC具有以下特点。

一是S7-300 PLC控制系统的结构主要以模块化的方式呈现，运算速度可达（0.6~0.1ms）高度运算。为了实现工业生产中特殊工业复杂的机器指令，西门子S7-300 PLC采取了浮点数比较的运算方法，运算精度更高。

二是控制装置的接口采取标准用户接口，具有多种不同的通信接口，有利于用户给所有的工业控制模块进行参数指标的设置，并且控制装置的界面更加人性化，方便操作人员管理。

三是实时传输，提高了控制指令的传输速度。S7-300 PLC控制系统更加注重智能化功能的加强，利用CPU检测控制系统的运转是否正常，记录是否正确以及是否出现特殊情况等等。

四是高强度的技术保密工作。工业生产中，先进的专利工业技术是一个企业制胜的关键。S7-300 PLC自动控制系统加入了多条控制口令，能够防止工业技术被复制或篡改，有效保护工业技术机密。S7-300 PLC在保密工作中加入了传统的“钥匙”开锁模式，其操作控制机关就像“钥匙”一样，可以插进拔出，一旦拔掉机关，整个操纵方式将无法改变，确保了工业操作过程不会被更改。

五是具有强大的通信功能，S7-300 PLC控制系统可与Step 7编程软件相连，从而利用Step 7的用户界面联通自动控制装置的通信功能，更加方便了控制模式的操作和组态。

3 西门子PLC在烟草机械电控系统中的应用

中国烟草行业迫切需要革新烟草生产技术的发展，才能满足庞大的市场需求，通过节省烟草加工时间而间接提高烟草生产效率，从而获得更多的市场利润。和传统的手工卷烟不同，现在的烟草行业都以机器化大规模生产为主，寻找可靠的机器自动化控制系统是提高行业生产效率的关键[5]。西门子电子公司开发的S7-300 PLC控制系统，由于一系列优点，目前在工业生产领域已经得到广泛应用，先进的自动控制技术自然吸引了烟草生产者的目光，西方发达国家，早已经开始利用S7-300 PLC控制系统进行自动化的烟草生产。

我国烟草生产领域的专家们也看到了西门子电子公司开发的S7-300 PLC控制系统带给中国烟草行业的发展希望，提出了在烟草生产中大量应用该技术的建议和研究措施[6]。虽然目前国家并没有明确推广这一技术，但是中国未来的烟草生产，必须倚仗可靠的工业机械自动化控制系统。将S7-300 PLC控制系统与烟草生产相结合，可以在具体生产中建立以下五种控制系统。

3.1 仓库设备系统

仓库设备系统，即烟草储存的仓库管理系统。包括烟草的运输带、烟草搬运车、产品堆放机器以 及货架等等，这些设备不可能靠人力操作，必须借助机器自动化控制系统，实现仓库物品分类堆放、自动入库、上架和出仓的工作[7]。类似于快递物流公司采取的先进的商品自动归类的“小黄人”分类机器，通过电脑终端发布指令，“小黄人”能自主分辨商品的种类，自动记忆商品运往的区域，自动将商品按照不同的收货地址投入相应的仓库[8]。将S7-300 PLC控制系统与烟草生产仓库储备系统相结合，能够减少人力资源的浪费，使烟草仓库管理变得更加高效。

3.2 自动控制系统

自动控制系统是烟草仓库设备系统的配套系统，主要负责监督烟草入库工作的工作质量，防止出现机器自动归类识别错误的问题。自动控制系统根据控制方式的不同，又细分为集中控制、分布式控制、分离式控制[9]。本文详细介绍分布式控制形式，该控制模式主要是对烟草运输带、烟草搬运车、产品堆放机器以及货架等机器设备自动工作的工作质量监控。商品入库过程中，商品的对方和输送是入库归类是否准确的基础[10]。为此，我们可以学习义乌市物流公司集输送与分类两种功能于一体的“小黄人”分类系统，单独设置一个PLC控制装置，专门负责监督商品的入库工作。

为了方便控制机器设备，可将自动控制系统与仓库设备系统互联，实现产品分类、输送、上架、上架工作检查等工作于一体的智能化一体入库计划。

3.3 库存管理系统

库存管理系统主要负责对入库烟草的管理，包括在仓库中的产品质量保护工作和商品出库工作两部分[11]。首先在烟草储存过程中，通过PLC技术，建立对整个仓库以及储存烟草状态的记录工作，包括仓库温度、湿度等条件的检测，对入库的烟草产品的仓库存放位置、保质期、品种、用途等明细记录，生成储存记录信息[12]。产生烟草商品的交易时，库存管理系统能够，迅速判断该种类烟草的存储位置，货架号，保质期等信息，配合仓库设备系统，实现目标烟草商品的出库工作。并做好商品出库登记工作，及时更新商品在架数据库，实现烟草仓库的智能化管理。

3.4 生产控制系统

该系统主要作用于对烟草生产过程中工业机器的自动化操作管理。是目前S7-300 PLC控制系统在工业生产中的主要利用方式[13]。通过将烟草生产的整个程序的所有机器与S7-300 PLC控制系统互联，能够实现机器自动化生产。

3.5 通信系统

通信系统指的是将前四种控制系统互联的系统，保持各个系统之间通信状态联通。例如在仓库储备系统和仓库管理系统之间，只有实现了互联，相互配合才能实现商品的顺利出库。从而保证了整个烟草生产程序的正常运行，提高了烟草生产的效率[14]。

4 S7-300 PLC控制系统的优势

S7-300是模块化小型PLC系统，在原有的PLC控制装置上又有所改进，增强了不同模块之间的组合成不同要求系统的随意配对能力。S7-300 PLC控制系统助力中国烟草行业的发展，具有许多优势。

首先是西门子电子公司，本身就是电器行业的领军人物，其下有多个先进电子设备的研发专利，技术人才队伍强大，研发资金雄厚。公司本身的技术和资金实力，确保了S7-300 PLC控制系统在改进和维修方面的优势[15]。

其次是S7-300 PLC控制系统一系列的技术优势。指令的处理速度快，操作方式人性化，操作技术保密工作完善，集合了其他类型的PLC技术的所有优点，本身又适合中性规模的机器自动控制，有利于中小企业引进，适合烟草生产等中小型工业生产的自动控制要求。

5 结束语

随着工业化水平的提高，利用机械代替人力，解放人力实现工业全面自动化是目前工业发展不可撼动的发展方向。烟草工业要实现“十二五”期间制定的发展目标，就必须接受全行业的自动化工业改革。虽然西门子S7-300 PLC控制系统已经在烟草行业的工业生产中得到试用并反响良好，但是在我国分散的烟草经营中，如何普及西门子S7-300 PLC新技术，助力中国烟草行业焕发生机依然是一项严峻的挑战。我国的烟草行业在自身寻求技术突破的时候，笔者希望能够大力加强技术研发的投资力度，培养自己品牌的工业生产技术人才，多与同行求合作，互利共赢，共同打造中国烟草的龙头企业。

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Application of SIMATIC S7-300 PLC in Electric Control System of Tobacco Machinery

LI Jie, LIN Yi-zhen, LIU Rui-dong, CHEN Ming, SHEN Miao-jie, ZHOU Jin-ning, ZHANG Min, LU Hai-hua, SHEN Dong-hui, CHEN Zan-zan

(China Tobacco Zhejiang Industry Co., Ltd. Ningbo Cigarette Factory, Ningbo, Zhejiang, 315000)

With development and maturity of electronic communication technology, PLC technology has been more and more advanced, and gradually dominated in the field of industrial automation control. And SIMATIC S7-300 PLC technology, developed by Siemens Electronics, the most advanced, has been occupying most share of PLC market. The article takes Siemens PLC technology as the main research object, discusses its application in electronic control system of tobacco machinery, and analyzes its characteristics and advantages, and discribes its four application modes in tobacco control system, hope to bring inspiration for relevant technical staffs.

Tobacco machinery; Electronic control system; PLC

U260.352

A

10.3969/j.issn.1003-6970.2017.04.020

本文系浙江省重点科技创新团队支持项目(编号：2010R50008)

李捷(1977-)，男，宁波，工程师，硕士，研究方向为卷烟设备管理和项目管理；林翌臻(1984-)，男，奉化，工程师，本科，研究方向为机电一体化和卷烟设备的管理；刘瑞东(1976-)，男，内蒙古，工程师，本科，研究方向为烟草工程。

本文著录格式：李 捷，林翌臻，刘瑞东，等. SIMATIC S7-300 PLC在烟草机械电控系统中的应用[J]. 软件，2017，38（4）：108-112