基于PLC與現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的B1卷煙包裝機組

引言
目前我國大多卷煙廠(chǎng)的主力機型B1卷煙包裝機組是在上世紀80～90年代從德國斯慕門(mén)公司引進(jìn)的高速軟包包裝機組。但由于該卷炯包裝機組工作年久，各電子控制部件逐步老化、失效，故障率很高。近年來(lái)，BI機組電氣控制系統缺陷日益凸顯；邏輯組件老化；出現故障不能自動(dòng)停機；控制線(xiàn)路板布局復雜，國內無(wú)相關(guān)元件生產(chǎn)廠(chǎng)家，備件困難且價(jià)格高。同時(shí)BI機組還存在控制方式落后、英文顯示導致維修不便等問(wèn)題。
改造后的BI機組是以PLC和工控機為核心的電氣控制系統。PLC完成所有數據采集和實(shí)時(shí)控制，完成啟動(dòng)、停車(chē)、工藝流程控制、檢測等整個(gè)運行過(guò)程。工控機作為上位機，具有良好的人機界面，同時(shí)增加統計報表和預留網(wǎng)絡(luò )化管理功能，并為遠程數據采集提供技術(shù)支持，從而徹底解決BI機組電控系統所存在的問(wèn)題。

2 BI包裝機組電控系統硬件構成
BI包裝機組由NF卸盤(pán)機、BE包裝機、RC小包透明機、PHZ大條機和NK大條透明機等5部分組成，如圖1所示。

改造后的電控系統則采用BE、RC、NF、FHZ/HK等4個(gè)獨立部分組成，并且各部分之間單獨控制和單獨顯示。其中BE包裝機為主機，其他部分為從機。各部分之間增加信息交換功能，實(shí)現B1機組的整體控制，而相位控制則采用絕對值編碼器，從而使B1機組協(xié)調工作。

3 改造設計方案
3．1 改造總體框圖
原BI機組的主機BE、RC、FHZ／NK的控制系統不在同一套控制柜中，各部分通過(guò)開(kāi)關(guān)量交換設備運行信息。BE機的主要動(dòng)作是由機械裝置完成，各部分共同特點(diǎn)為檢測信號多，執行元件少。針對這一特點(diǎn)，整體改造BI機組，其改造框圖如圖2所示。

3．2 BI主機改造
控制器采用高性?xún)r(jià)比的S7-400 PLC，該器件是西門(mén)子公司生產(chǎn)的高性能大型PLC控制系統，具有高速、穩定、可靠、開(kāi)放等特點(diǎn)。該軟件功能強大，具有面向對象、直觀(guān)的用戶(hù)界面，易于使用。新的設計只保留極少數的繼電器，控制邏輯由PLC實(shí)現。去除繼電器后多出來(lái)的空間用于放置PLC的子站點(diǎn)，PLC的子站點(diǎn)主要包括通訊、輸入輸出和特殊功能等模塊。改造BI主機主要是對其角度反饋系統、控制系統和調速傳動(dòng)系統進(jìn)行改造。圖3為BI主機控制系統結構圖。

3．2．1 角度反饋裝置的改造
采用絕對型編碼器替換原機的增量型編碼器。與增量型編碼器相比，絕對型編碼器實(shí)時(shí)反饋輸出角度值，無(wú)需通過(guò)脈沖計數方式計算設備當前角度，即使設備斷電，在恢復供電后也可立即知道斷電前的角度值，并立即投入生產(chǎn)，無(wú)需重新尋找零脈沖。
3．2．2 主驅動(dòng)的改造
鑒于現今交流變頻技術(shù)已具有較高的可靠性，可取消原系統直流電機、直流調速器和智能隨動(dòng)單元，采用交流電機加變頻器方式實(shí)現主機速度控制。同時(shí)，采用BI主機的改進(jìn)機型BO機特點(diǎn)，在其控制臺增加手動(dòng)調速電位器，便于操作和維護人員調試保養設備。
3．2．3 輔助驅動(dòng)系統的改造
除主驅動(dòng)系統外，BI主機還有進(jìn)料傳送帶、下煙道電機、盒皮膠輥、封簽膠輥和出口傳送帶等5個(gè)輔助驅動(dòng)裝置。這些輔助驅動(dòng)的直流電機全部改為普通交流調速電機，均選用西門(mén)子420變頻器控制。
3．2．4 溫度調節系統的改造
需調節控制BI主機的烘干轉塔的加熱溫度(雖然原機有油加熱器，但一般不用，因為設備在卷包車(chē)間內工作時(shí)潤滑油是絕對不會(huì )出現凍結的)。原機溫度調節系統由Pt100熱電阻、TEMPMOD A176／A177轉換板、測溫板SMC-MAX(A30)、A／D轉換板SMC-02B(A24)、和固態(tài)繼電器、加熱器組成。改造溫度調節系統是在保留原機的熱電阻和加熱器的基礎上，取消熱電阻轉為4～20 mA的模塊TEMPMOD A176／A177，而將熱電阻的線(xiàn)直接引入控制柜，接至西門(mén)子PLC的模擬量模塊。溫度調節采用軟PID實(shí)現，由西門(mén)子PLC的PID功能塊控制加熱器溫度。
3．2．5 人機界面的改造
采用液晶觸摸屏技術(shù)代替老式的CRT顯示和鍵盤(pán)輸入，大大減輕機組重量，縮小外形體積，提高顯示質(zhì)量，并新增有關(guān)整機的參數設置、產(chǎn)耗分析、故障信息報警定位等功能。采用全中文菜單設置監控功能，實(shí)現運行狀態(tài)顯示、車(chē)速顯示、參數設置、故障指示、交班記錄等；設置有密碼功能防止無(wú)關(guān)人員改動(dòng)參數。維修密碼可授權給機器維修人員。

3．2．6 煙支檢測器的改造
選用ZN0228-B1型B1光電小包煙支檢測器替代原裝小包煙支檢測器?；譄熤z測器是一款全新的數字化檢測模式，它由空頭檢測探頭、缺支檢測探頭和控制器3部分組成，無(wú)需改動(dòng)原主機，只需將原缺支、空頭檢測頭換成新的檢測頭，并把控制器的輸出線(xiàn)連接到B1主機相應的接線(xiàn)端子上，在不改變原主機任何控制電路和機械裝置的情況下，可直觀(guān)、方便調整缺支、空頭的靈敏度。
3．3 現場(chǎng)總線(xiàn)與網(wǎng)絡(luò )連接
INTERBUS是德國Phoenix公司提供的工業(yè)現場(chǎng)總線(xiàn)，符合IEC61158國際標準總線(xiàn)?，F已廣泛應用于汽車(chē)工業(yè)、煙草工業(yè)、倉儲及傳送技術(shù)、造紙工業(yè)、包裝工業(yè)、食品工業(yè)等領(lǐng)域。獨立的診斷程序提供詳細的故障信息(故障地址、故障類(lèi)型和故障歷史記錄)，診斷寄存器提供用戶(hù)程序處理故障信息的工具，控制板3行16段LCD顯示器直觀(guān)醒目。圖4為B1機組控制系統通過(guò)以太網(wǎng)與管理層計算機通信。

S7-400，S7-300和ILC200IB控制器分別安裝于BE控制柜、RC控制柜以及FHZ／NK控制柜內。S7PLC配有電源、CPU、中斷、 PID等模塊。INTERBUS總線(xiàn)適配控制板安裝于PLC底板，處理PLC與過(guò)程I／O設備之間的數據交換，大量的I／O模塊及機組的操作面板安裝在現場(chǎng)，通過(guò)INTERBUS總線(xiàn)連接到PLC。

4 結論
改造后機組已運行一年，運行良好，性能穩定且故障率低，設備有效作業(yè)率平均為83．7％，較原來(lái)的 70％提高了13％，改造效果明顯，上位機界面完全漢化，方便故障檢查和排除。新設計的電控系統采用通用的元件，成本降低。大大節省維修費用。該系統為車(chē)間的網(wǎng)絡(luò )化管理及遠程數據采集提供技術(shù)支持，具有很強的擴展功能。