這篇信息化論文投稿發表了計算機技術對煙草行業信息化的意義，煙草行業引進先進設備和生產線之后達到了較高的收益成本，論文探討了嵌入式系統在煙草行業的應用，這對于信息化、智能化要求日益增加的煙草行業來說具有重大意義。

　　摘要:介紹了煙草行業的自動化系統發展歷史。通過分析不同時代的控制系統，橫向比較技術和性能優劣，并結合現代嵌入式系統的分類特性，闡述了嵌入式系統在煙草行業的應用前景。對傳統PLC技術架構的信息化系統作了圖示分析，對嵌入式技術開發的工業物聯網進行了研究和論證，并做出大膽預測。

　　關鍵詞:信息化論文投稿,可編程控制器,嵌入式技術,數字化車間

　　引言

　　縱觀我國制造業發展現狀，由于歷史發展原因，煙草行業是最早達到較高自動化水平的行業之一。由于煙草行業成本收益率較高，在裝備投資方面力度很大，透過該行業可以見證中國改革開放以來的“工業現代化”發展歷程。

　　1煙草行業的自動化系統發展歷史

　　上世紀80年代開始，煙草行業開始大規模引進發達國家先進設備和生產線，例如，八九十年代的英國MOLINS公司的MK9-5卷煙機組的引進，意大利公司SASIB包裝機的引進，到后來的PASSIM卷接機組、PROTOS卷接機組、GD包裝機組、FOCKE包裝機組，都成了煙草行業裝備發展歷程的經典。上述這些設備的自動化系統，大量使用了數字電路技術、模擬電路技術、微計算機技術，實現了全部自動化生產。以早期的MK9-5卷接機組為例，其主控系統為一套機架式的電子線路板，核心控制系統為:CPU板為一塊Intel8080的8位單片機及接口板、輸入輸出板構成的8位計算機系統。該機型的產能為每分鐘5000支香煙，在英國本土，其操作員配置為一個女工操作2臺設備，除了更換一下盤紙、水松紙之外，其他時間就去喝咖啡了，設備完全自動化運行。而此前的國產設備MK8產能僅為1000支/min，每臺設備需配備3個操作工。筆者數年前曾經對一臺英國MOLINS公司的工控機開發過數據采集程序。其主控計算機是一臺386機，內存只有1M，包含了基本內存640K和高端內存360K，后找出當年的VB4.0，編寫了采集和發送程序，用一張1.44M的3.5寸軟盤，把程序拷貝進去，調試的時候，動輒就溢出了。這對于現在內存G時代的當下是不可想象的。然而，彼時的系統相當穩定可靠。通過這些實例來看，自動化的實現，在不同的科技發展階段，有不同的實現方式，卻能達到同樣的目的。盡管現在的嵌入式工程師對早期八位機的性能深表懷疑，但技術發展的高度和自動化水平的高度并非線性關系。

　　2PLC及嵌入式技術

　　2.1繼電器控制與PLC控制系統比較90年代以來，隨著PLC的大規模使用，傳統的繼電器控制器被完全取代了，與基于繼電器的過程控制系統相比，PLC控制器體積更小，價格更優。除了這個優勢外，PLC還具有“更高的系統可靠性、更好的系統靈活性、更低的系統成本、更快的系統響應時間、更容易的故障診斷”[1]等特點，其天然的優勢包括模塊化、可靠性高、編程簡便，支持梯形圖、邏輯圖、語句表多種形式編程，符合電氣工程師操作習慣。PLC和現場總線技術的廣泛應用，一直持續到現在。而最大的贏家，就是西門子、羅克韋爾、歐姆龍等工業自動化供應商。國內的自動化設備應用，也有計算機、工控機的普遍使用，但大部分被用于開發人機界面，運行組態程序，而不是用于計算和控制。似乎嵌入式計算機技術被PLC技術、DCS系統、SCADA系統徹底取代了。2.2PLC與嵌入式技術比較反觀發達國家的技術應用水平，并不像國內這樣開放，而是堅持了“夠用就好”的理念。例如迄今為止，國內存量最大的意大利GDX1和X2系列包裝機一直使用80386和80486為主的CPU，總線采用ARCNET網，系統架構嚴密、穩定、可靠，用較低的設計成本、物料成本，保證了產品的成熟性、普及型、標準化。隨著芯片技術、微電子技術、嵌入式軟件技術、MCU、MPU、MEMS、FPGA等技術的發展和普及，使用嵌入式技術開發DIY式的控制系統，已經成為新的趨勢。除了成本低、可靠性更高、系統適用性更高之外，更有利于保護開發者的知識產權，實現優勢技術的迭發表展和復用。我們有理由相信，嵌入式開發將很大程度上替代現有的PLC技術。嵌入式開發更像是DIY的量身定制的PLC系統。

　　3嵌入式系統在煙草行業的應用

　　相對PLC來說，嵌入式技術具有強大的計算處理能力，而且功耗極低，能夠快速處理采集到的大量信息，并能通過內置復雜算法運算，而且嵌入式系統都帶有各種通信和網絡接口，能夠很方便的和上位機(計算機)通信并構建有線或無線網絡，完全適應物聯網、工業智能制造的需求。相對而言，PLC的計算處理能力和速度相對較弱，雖然PLC能進行邏輯運算和一般的函數運算，但是不足以進行復雜算法運算，其存儲空間較小，接口簡單。煙草工業的總體水平已經實現了全部自動化和大部分的信息化。未來的發展趨勢是自動化向智能化發展，利用智能控制和信息化技術相結合，實現智能制造。智能制造的一個重要基礎，是大量分布式的嵌入式子系統、智能傳感節點的模式，而不是以一塊CPU為核心的單元式PLC控制系統的模式。

　　4嵌入式系統分類

　　目前主流的嵌入式系統包括嵌入式微處理器(EmbeddedMicroprocessorUnit，EMPU)、微控制器(MicrocontrollerUnit，MCU)、DSP處理器(DigitalSignalProcessor，DSP)、片上系統(SystemonChip，SoC)[2]。4.1嵌入式微處理器(EMPU)嵌入式微處理器包括高性能、低功耗的32位RISC架構和MIPS64位架構微處理器，該處理器及技術的應用幾乎遍及工業控制、網絡通信、消費電子等各類產品。它具有低功耗、小體積、高性價比的特點，支持Thumb(16位)/ARM(32位)雙指令集，大量使用寄存器，指令執行速度更快，執行效率更高。主流ARM芯片的主頻可達400MHz～1GHz，單核每秒處理指令的速度達230萬條(2.3DMIPS/MHz)，支持JAVA加速，帶有USB2.0接口、10/100M以太網接口、各種工業總線接口，適合工業環境溫度條件-40～+80℃。嵌入式微處理器主要有386EX、MIPS、ARM、PowerPC、68000系列等。4.2微控制器(MCU)MCU又稱做單片機，它是將整個處理器系統集成到一塊芯片中。MCU一般集成CPU、ROM、RAM、總線、總線邏輯、定時器、I/O、COM口、A/D、D/A等各種功能和外設，可以匹配各種工業領域的應用環境。與嵌入式微處理器相比，微控制器采用單片化設計，體積小、功耗低、可靠性高，它是目前嵌入式系統的主流。MCS-251、MC68HC05、68300和眾多的ARM芯片都是微控制器。4.3DSP處理器DSP處理器對系統結構和指令做了專門優化，內置執行DSP算法，編譯執行效率較高，在數字濾波、FFT、頻譜分析等方面，DSP應用逐漸從通用單片機過渡到專用DSP處理器。DSP處理器較有代表性的是TI公司的TMS320系列。4.4片上系統(SoC)與其他嵌入式系統一樣，SoC系統成為VLSI設計中的標準器件。只要用戶定義了應用系統，仿真通過后就可以將設計圖交給工廠制作樣品。整個嵌入式系統大部分可以集成到一塊芯片中，減小體積和功耗，提高可靠性。5嵌入式技術在煙草行業的應用前景隨著數字化車間、智能制造概念的推廣，嵌入式系統取代傳統PLC系統的這種趨勢會得以更大程度的強化。煙草行業常見的、傳統的PLC技術架構的信息化系統拓撲結構如圖1所示.基于這種系統架構，系統的投資重點集中在機房設備、服務器、數據庫軟件、存儲備份、操作系統、路由器、交換機等等，其次是昂貴的PLC模塊。而系統處理的數據信息，絕大多數是布爾量。更糟糕的是，基于摩爾定律，這類系統的軟硬件的生命周期與工控系統相比都很短，因此，這種系統的投資，在很短的時間內就面臨升級、報廢和再投資。這種高額支出，顯然會很大程度上抑制數字化車間和智能制造的推廣。但是，如果在控制層較密集地使用嵌入式技術開發分布式的智能控制單元，構成工業物聯網的傳感層，用現場總線組網，使系統的信息處理工作下沉到系統底層，將會極大程度地降低系統數據傳輸的網絡負荷和對服務層軟硬件性能的依賴度，使整個系統投資降低到非常低的水平，那么，智能制造將會在全社會得以廣泛推廣。

　　參考文獻:

　　[1]周立功.ARM嵌入式系統基礎教程[M].2版.北京:北京航空航天大學出版社，2008.

　　[2]FrankDPetruzella.PLC教程[M].3版.侯世英，譯.北京:人民郵電出版社，2007.

　　作者：單位：陳烜 江西中煙工業有限責任公司

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