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基于PLC與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的B1卷煙包裝機(jī)組

作者: 時(shí)間:2011-06-08 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

引言
目前我國(guó)大多卷煙廠的主力機(jī)型B1卷煙包裝機(jī)組是在上世紀(jì)80~90年代從德國(guó)斯慕門(mén)公司引進(jìn)的高速軟包包裝機(jī)組。但由于該卷炯包裝機(jī)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(jī)組電氣控制系統(tǒng)缺陷日益凸顯;邏輯組件老化;出現(xiàn)故障不能自動(dòng)停機(jī);控制線路板布局復(fù)雜,國(guó)內(nèi)無(wú)相關(guān)元件生產(chǎn)廠家,備件困難且價(jià)格高。同時(shí)BI機(jī)組還存在控制方式落后、英文顯示導(dǎo)致維修不便等問(wèn)題。
改造后的BI機(jī)組是以PLC和機(jī)為核心的電氣控制系統(tǒng)。PLC完成所有數(shù)據(jù)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(cè)等整個(gè)運(yùn)行過(guò)程。機(jī)作為上位機(jī),具有良好的人機(jī)界面,同時(shí)增加統(tǒng)計(jì)報(bào)表和預(yù)留網(wǎng)絡(luò)化管理功能,并為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持,從而徹底解決BI機(jī)組電控系統(tǒng)所存在的問(wèn)題。

2 BI包裝機(jī)組電控系統(tǒng)硬件構(gòu)成
BI包裝機(jī)組由NF卸盤(pán)機(jī)、BE包裝機(jī)、RC小包透明機(jī)、PHZ大條機(jī)和NK大條透明機(jī)等5部分組成,如圖1所示。

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

3 改造設(shè)計(jì)方案
3.1 改造總體框圖
原BI機(jī)組的主機(jī)BE、RC、FHZ/NK的控制系統(tǒng)不在同一套控制柜中,各部分通過(guò)開(kāi)關(guān)量交換設(shè)備運(yùn)行信息。BE機(jī)的主要?jiǎng)幼魇怯蓹C(jī)械裝置完成,各部分共同特點(diǎn)為檢測(cè)信號(hào)多,執(zhí)行元件少。針對(duì)這一特點(diǎn),整體改造BI機(jī)組,其改造框圖如圖2所示。

3.2 BI主機(jī)改造
控制器采用高性價(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(tǒng),具有高速、穩(wěn)定、可靠、開(kāi)放等特點(diǎn)。該軟件功能強(qiáng)大,具有面向?qū)ο蟆⒅庇^的用戶界面,易于使用。新的設(shè)計(jì)只保留極少數(shù)的繼電器,控制邏輯由PLC實(shí)現(xiàn)。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(jī)主要是對(duì)其角度反饋系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和調(diào)速傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行改造。圖3為BI主機(jī)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

3.2.1 角度反饋裝置的改造
采用絕對(duì)型編碼器替換原機(jī)的增量型編碼器。與增量型編碼器相比,絕對(duì)型編碼器實(shí)時(shí)反饋輸出角度值,無(wú)需通過(guò)脈沖計(jì)數(shù)方式計(jì)算設(shè)備當(dāng)前角度,即使設(shè)備斷電,在恢復(fù)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(qū)動(dòng)的改造
鑒于現(xiàn)今交流變頻技術(shù)已具有較高的可靠性,可取消原系統(tǒng)直流電機(jī)、直流調(diào)速器和智能隨動(dòng)單元,采用交流電機(jī)加變頻器方式實(shí)現(xiàn)主機(jī)速度控制。同時(shí),采用BI主機(jī)的改進(jìn)機(jī)型BO機(jī)特點(diǎn),在其控制臺(tái)增加手動(dòng)調(diào)速電位器,便于操作和維護(hù)人員調(diào)試保養(yǎng)設(shè)備。
3.2.3 輔助驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的改造
除主驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)外,BI主機(jī)還有進(jìn)料傳送帶、下煙道電機(jī)、盒皮膠輥、封簽?zāi)z輥和出口傳送帶等5個(gè)輔助驅(qū)動(dòng)裝置。這些輔助驅(qū)動(dòng)的直流電機(jī)全部改為普通交流調(diào)速電機(jī),均選用西門(mén)子420變頻器控制。
3.2.4 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的改造
需調(diào)節(jié)控制BI主機(jī)的烘干轉(zhuǎn)塔的加熱溫度(雖然原機(jī)有油加熱器,但一般不用,因?yàn)樵O(shè)備在卷包車(chē)間內(nèi)工作時(shí)潤(rùn)滑油是絕對(duì)不會(huì)出現(xiàn)凍結(jié)的)。原機(jī)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由Pt100熱電阻、TEMPMOD A176/A177轉(zhuǎn)換板、測(cè)溫板SMC-MAX(A30)、A/D轉(zhuǎn)換板SMC-02B(A24)、和固態(tài)繼電器、加熱器組成。改造溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)是在保留原機(jī)的熱電阻和加熱器的基礎(chǔ)上,取消熱電阻轉(zhuǎn)為4~20 mA的模塊TEMPMOD A176/A177,而將熱電阻的線直接引入控制柜,接至西門(mén)子PLC的模擬量模塊。溫度調(diào)節(jié)采用軟PID實(shí)現(xiàn),由西門(mén)子PLC的PID功能塊控制加熱器溫度。
3.2.5 人機(jī)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(jī)組重量,縮小外形體積,提高顯示質(zhì)量,并新增有關(guān)整機(jī)的參數(shù)設(shè)置、產(chǎn)耗分析、故障信息報(bào)警定位等功能。采用全中文菜單設(shè)置監(jiān)控功能,實(shí)現(xiàn)運(yùn)行狀態(tài)顯示、車(chē)速顯示、參數(shù)設(shè)置、故障指示、交班記錄等;設(shè)置有密碼功能防止無(wú)關(guān)人員改動(dòng)參數(shù)。維修密碼可授權(quán)給機(jī)器維修人員。

3.2.6 煙支檢測(cè)器的改造
選用ZN0228-B1型B1光電小包煙支檢測(cè)器替代原裝小包煙支檢測(cè)器。恢煙支檢測(cè)器是一款全新的數(shù)字化檢測(cè)模式,它由空頭檢測(cè)探頭、缺支檢測(cè)探頭和控制器3部分組成,無(wú)需改動(dòng)原主機(jī),只需將原缺支、空頭檢測(cè)頭換成新的檢測(cè)頭,并把控制器的輸出線連接到B1主機(jī)相應(yīng)的接線端子上,在不改變?cè)鳈C(jī)任何控制電路和機(jī)械裝置的情況下,可直觀、方便調(diào)整缺支、空頭的靈敏度。
3.3 現(xiàn)場(chǎng)總線與網(wǎng)絡(luò)連接
INTERBUS是德國(guó)Phoenix公司提供的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線,符合IEC61158國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)總線。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)、煙草工業(yè)、倉(cāng)儲(chǔ)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(dú)立的診斷程序提供詳細(xì)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程序處理故障信息的工具,控制板3行16段LCD顯示器直觀醒目。圖4為B1機(jī)組控制系統(tǒng)通過(guò)以太網(wǎng)與管理層計(jì)算機(jī)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(nèi)。S7PLC配有電源、CPU、中斷、 PID等模塊。INTERBUS總線適配控制板安裝于PLC底板,處理PLC與過(guò)程I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換,大量的I/O模塊及機(jī)組的操作面板安裝在現(xiàn)場(chǎng),通過(guò)INTERBUS總線連接到PLC。

4 結(jié)論
改造后機(jī)組已運(yùn)行一年,運(yùn)行良好,性能穩(wěn)定且故障率低,設(shè)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(jī)界面完全漢化,方便故障檢查和排除。新設(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)采用通用的元件,成本降低。大大節(jié)省維修費(fèi)用。該系統(tǒng)為車(chē)間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持,具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能。



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