基于PLC與現(xiàn)場總線技術(shù)的B1卷煙包裝機組
引言
目前我國大多卷煙廠的主力機型B1卷煙包裝機組是在上世紀(jì)80~90年代從德國斯慕門公司引進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,BI機組電氣控制系統(tǒng)缺陷日益凸顯;邏輯組件老化;出現(xiàn)故障不能自動停機;控制線路板布局復(fù)雜,國內(nèi)無相關(guān)元件生產(chǎn)廠家,備件困難且價格高。同時BI機組還存在控制方式落后、英文顯示導(dǎo)致維修不便等問題。
改造后的BI機組是以PLC和工控機為核心的電氣控制系統(tǒng)。PLC完成所有數(shù)據(jù)采集和實時控制,完成啟動、停車、工藝流程控制、檢測等整個運行過程。工控機作為上位機,具有良好的人機界面,同時增加統(tǒng)計報表和預(yù)留網(wǎng)絡(luò)化管理功能,并為遠程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持,從而徹底解決BI機組電控系統(tǒng)所存在的問題。
2 BI包裝機組電控系統(tǒng)硬件構(gòu)成
BI包裝機組由NF卸盤機、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(tǒng)則采用BE、RC、NF、FHZ/HK等4個獨立部分組成,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,實現(xiàn)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(diào)工作。
3 改造設(shè)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(tǒng)不在同一套控制柜中,各部分通過開關(guān)量交換設(shè)備運行信息。BE機的主要動作是由機械裝置完成,各部分共同特點為檢測信號多,執(zhí)行元件少。針對這一特點,整體改造BI機組,其改造框圖如圖2所示。
3.2 BI主機改造
控制器采用高性價比的S7-400 PLC,該器件是西門子公司生產(chǎn)的高性能大型PLC控制系統(tǒng),具有高速、穩(wěn)定、可靠、開放等特點。該軟件功能強大,具有面向?qū)ο?、直觀的用戶界面,易于使用。新的設(shè)計只保留極少數(shù)的繼電器,控制邏輯由PLC實現(xiàn)。去除繼電器后多出來的空間用于放置PLC的子站點,PLC的子站點主要包括通訊、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(tǒng)、控制系統(tǒng)和調(diào)速傳動系統(tǒng)進行改造。圖3為BI主機控制系統(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,絕對型編碼器實時反饋輸出角度值,無需通過脈沖計數(shù)方式計算設(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),無需重新尋找零脈沖。
3.2.2 主驅(qū)動的改造
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、直流調(diào)速器和智能隨動單元,采用交流電機加變頻器方式實現(xiàn)主機速度控制。同時,采用BI主機的改進機型BO機特點,在其控制臺增加手動調(diào)速電位器,便于操作和維護人員調(diào)試保養(yǎng)設(shè)備。
3.2.3 輔助驅(qū)動系統(tǒng)的改造
除主驅(qū)動系統(tǒng)外,BI主機還有進料傳送帶、下煙道電機、盒皮膠輥、封簽?zāi)z輥和出口傳送帶等5個輔助驅(qū)動裝置。這些輔助驅(qū)動的直流電機全部改為普通交流調(diào)速電機,均選用西門子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主機的烘干轉(zhuǎn)塔的加熱溫度(雖然原機有油加熱器,但一般不用,因為設(shè)備在卷包車間內(nèi)工作時潤滑油是絕對不會出現(xiàn)凍結(jié)的)。原機溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)由Pt100熱電阻、TEMPMOD A176/A177轉(zhuǎn)換板、測溫板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,接至西門子PLC的模擬量模塊。溫度調(diào)節(jié)采用軟PID實現(xiàn),由西門子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(shù)設(shè)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(shè)置監(jiān)控功能,實現(xiàn)運行狀態(tài)顯示、車速顯示、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關(guān)人員改動參數(shù)。維修密碼可授權(quán)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(shù)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,無需改動原主機,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連接到B1主機相應(yīng)的接線端子上,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、方便調(diào)整缺支、空頭的靈敏度。
3.3 現(xiàn)場總線與網(wǎng)絡(luò)連接
INTERBUS是德國Phoenix公司提供的工業(yè)現(xiàn)場總線,符合IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)總線?,F(xiàn)已廣泛應(yīng)用于汽車工業(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機組控制系統(tǒng)通過以太網(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(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與過程I/O設(shè)備之間的數(shù)據(jù)交換,大量的I/O模塊及機組的操作面板安裝在現(xiàn)場,通過INTERBUS總線連接到PLC。
4 結(jié)論
改造后機組已運行一年,運行良好,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(shè)計的電控系統(tǒng)采用通用的元件,成本降低。大大節(jié)省維修費用。該系統(tǒng)為車間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持,具有很強的擴展功能。
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