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摘 要: 簡(jiǎn)要介紹了B1包裝機(jī)的電控系統(tǒng)改造。從硬件構(gòu)成，到軟件編程，以及工控機(jī)和PLC之間的通信協(xié)議，都有詳盡的說(shuō)明。改造后的B1包裝機(jī)電控系統(tǒng)比原機(jī)增加了統(tǒng)計(jì)報(bào)表和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口，為將來(lái)車間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供了技術(shù)支持。

　　關(guān)鍵詞: B1包裝機(jī) PLC 觸摸屏 工控機(jī)

引言

　　B1包裝機(jī)組，是我國(guó)煙草行業(yè)在上世紀(jì)八十年代至九十年代從德國(guó)斯慕門公司引進(jìn)的高速軟包包裝機(jī)組。該機(jī)組目前仍然是我國(guó)很多卷煙廠的主力機(jī)型。但是，由于B1包裝機(jī)已經(jīng)使用了10多年的時(shí)間，各電子控制部件逐步老化、失效，故障率很高，有效作業(yè)率不足65％。近年來(lái)，機(jī)組電氣控制系統(tǒng)缺陷日益凸顯：一方面，由于各種電路板及繼電器邏輯組件逐步老化，經(jīng)常造成機(jī)組控制系統(tǒng)紊亂、故障后不能自動(dòng)停機(jī)，以及停機(jī)狀態(tài)下自動(dòng)啟動(dòng)等故障現(xiàn)象，不但嚴(yán)重影響設(shè)備有效作業(yè)率的發(fā)揮，而且存在著較大的安全隱患；另一方面，該機(jī)組的控制線路板技術(shù)含量高，一直依賴進(jìn)口，國(guó)內(nèi)沒(méi)有生產(chǎn)廠家，造成備件組織困難，且價(jià)格較高，造成維修成本上升；同時(shí)，機(jī)組還存在著控制方式落后、英文顯示造成維修不便等問(wèn)題。改造后的B1機(jī)組是以PLC和工控機(jī)為核心的電氣控制系統(tǒng)。PLC完成所有的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制，完成啟動(dòng)、停車、工藝流程控制、檢測(cè)等整個(gè)運(yùn)行過(guò)程。工控機(jī)作為上位機(jī)，具有良好的人機(jī)界面，它的任務(wù)是進(jìn)行工控顯示、完成各種操作、運(yùn)行參數(shù)（包括溫度參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、速度參數(shù)等），并顯示詳細(xì)的故障信息，同時(shí)增設(shè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持。從而徹底解決B1機(jī)組電氣系統(tǒng)存在的問(wèn)題。

1　系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

1．1系統(tǒng)構(gòu)成
　　B1包裝機(jī)組分別由NF卸盤機(jī)、BE包裝機(jī)、RC小包透明機(jī)、FHZ大條機(jī)和NK大條透明機(jī)等五個(gè)主要部分組成。由于其各部分獨(dú)立性很強(qiáng)，這種方式便于維修與調(diào)試，為了體現(xiàn)原機(jī)組的控制優(yōu)點(diǎn)，改造后的電控系統(tǒng)采用BE、RC、NF、FHZ/NK四個(gè)獨(dú)立部分單獨(dú)控制和單獨(dú)顯示的方式。BE包裝機(jī)為主機(jī)，其它三部分為從機(jī)，各部分之間增加了信息交換功能，實(shí)現(xiàn)B1機(jī)組的整體控制，相位控制采用絕對(duì)值編碼器，從面使B1機(jī)組協(xié)調(diào)工作。B1機(jī)（以BE機(jī)為例）改造的總體框如圖1所示。

圖1 B1機(jī)組改造總體框圖
1．2系統(tǒng)硬件選擇

　?。?）可編程控制器選用日本OMRON—CS1機(jī)型作為控制主機(jī)，根據(jù)實(shí)際需要組態(tài)PLC，控制性能和頻率響應(yīng)滿足和符合原有邏輯和速度要求。

　?。?）用新電控柜替代原電控柜，重新設(shè)計(jì)布局強(qiáng)電及控制部分。

　?。?）溫度控制采用溫控器和PLC溫控模塊方式。

　?。?）BE、RC主電機(jī)選用普通交流電機(jī)；其余七種較小交流電機(jī)，因受設(shè)備位置限制，需與專業(yè)電機(jī)生產(chǎn)廠家定制。

　?。?）上位機(jī)選用液晶顯示器。

　?。?）取消原增量式編碼器，采用絕對(duì)值編碼器，機(jī)器位置測(cè)量更準(zhǔn)確。


2　系統(tǒng)的功能

　　改造后的電氣控制系統(tǒng)，是以PLC和工控機(jī)為核心取代了原機(jī)組以計(jì)算機(jī)為核心的電氣控制系統(tǒng)。PLC完成所有的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制，完成啟動(dòng)、停車、工藝流程控制、檢測(cè)等整個(gè)運(yùn)行過(guò)程。工控機(jī)作為上位機(jī)，具有良好的人機(jī)界面，它的任務(wù)是進(jìn)行工控顯示、完成各種操作、運(yùn)行參數(shù)（包括溫度參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、速度參數(shù)等），并顯示詳細(xì)的故障信息，同時(shí)增設(shè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口，為將來(lái)車間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持。

　　該機(jī)組的BE小包機(jī)和RC小包透明機(jī)，原來(lái)均采用直流控制器控制的直流電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)工功能，現(xiàn)改為由變頻器帶動(dòng)異步普通系列交流電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)功能；機(jī)組的其它7臺(tái)電機(jī)，如：稅花膠缸電機(jī)、盒片膠缸電機(jī)、煙支輸送電機(jī)、煙包輸入電機(jī)，大條透明紙輸送電機(jī)、煙支攪拌電機(jī)，原來(lái)均為直流調(diào)速板控制的直流電機(jī)，現(xiàn)全部改為相應(yīng)轉(zhuǎn)速、功率的交流電機(jī)，并有變頻器完成速度控制功能。

　　機(jī)組的原有的四個(gè)顯示屏：NF顯示屏、BE顯示屏、RC顯示屏、NK/FHZ顯示屏，均是由計(jì)算機(jī)控制的英文模擬顯示屏，當(dāng)設(shè)備某點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí)，個(gè)別故障點(diǎn)除有指示信號(hào)燈顯示外，基本上都是英文顯示故障名稱，沒(méi)有各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)功能，且故障點(diǎn)名稱顯示小，不容易觀察，給操作和維修帶來(lái)不便。現(xiàn)全部改為由工控機(jī)控制液晶觸摸屏顯示器，顯示中文信息，完成信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，取代了英文故障點(diǎn)顯示；用工況圖實(shí)現(xiàn)各單機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，取代單一信號(hào)燈顯示。各單機(jī)的工況顯示情況。

　　原NK/FHZ采用的旋鈕式溫控儀，溫度調(diào)整不準(zhǔn)確，且在設(shè)備后部，調(diào)整不方便，改為PLC溫控模塊控制溫度，并將溫度顯示與設(shè)定，連接到該機(jī)的工控機(jī)觸摸屏上，解決調(diào)整不便，調(diào)整不準(zhǔn)確的問(wèn)題；而BE包裝機(jī)、RC小包透明機(jī)的溫度控制在主電控柜上，采用溫控表的控制方式，該方式調(diào)整也比較方便，在充分考慮費(fèi)用和操作工、維修工操作習(xí)慣的基礎(chǔ)上，此部分不進(jìn)行改造，保留原控制模式。

　　由于可編程控制器具有運(yùn)算速度快，信息儲(chǔ)存量大，可靠性高等特點(diǎn)，它既有邏輯控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、分支程序等功能，也有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示、聯(lián)網(wǎng)等功能，因此，增加了各種數(shù)據(jù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能，如廢品煙支、煙包剔除數(shù)量、各種故障點(diǎn)出現(xiàn)次數(shù)、班產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，均可直接統(tǒng)計(jì)，并可與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。


3　系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)

　　軟件部分是整個(gè)B1民裝機(jī)改造成的重要組成部分，軟件編程采用WINDOWS98（2000）界面下的SYSMAC C200HX軟件，用戶利用它可以實(shí)現(xiàn)以下功能：程序的輸入及編輯；程序檢查；PLC運(yùn)用時(shí)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的監(jiān)控；系統(tǒng)寄存器和PLC系統(tǒng)各種參數(shù)的設(shè)置。軟件還提供了三種編程方式：符號(hào)梯形圖，布爾梯形圖，布爾非梯形圖。其程序流程圖如圖2所示。


圖2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖
除了主程序以外，軟件部分還采用了大量的子程序。以BE機(jī)為例有：

　　（1）中斷子程序；

　　（2）相位處理子程序；

　?。?）速度控制子程序（6個(gè)電機(jī)）；

　?。?）輸出控制器子程序；

　?。?）推顯方式子程序。

　　
4　人機(jī)界面

　　B1機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面要求操作簡(jiǎn)單，易于理解。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了下面8個(gè)層面

4．1用戶管理
　　用戶輸入密碼后，按“回車”鍵（或按照屏幕提示按F8鍵，或用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕）確認(rèn)。如果密碼錯(cuò)誤，系統(tǒng)會(huì)給出提示，并請(qǐng)用戶重新輸入；如果密碼正確，將直接進(jìn)入“工況圖”。

4．2工況圖
　　工況圖用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)BE包裝機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖的右下角是故障顯示區(qū)。當(dāng)出現(xiàn)故障或者故障排除時(shí)，相應(yīng)的指示燈會(huì)出現(xiàn)明滅變化，同時(shí)故障顯示區(qū)會(huì)顯示當(dāng)前故障信息或者將已排除的故障信息從顯示區(qū)中清除。


圖3工況圖
4．3參數(shù)設(shè)置
　　“參數(shù)設(shè)置”窗口用來(lái)實(shí)現(xiàn)33個(gè)角度相關(guān)參數(shù)和11個(gè)其他參數(shù)的設(shè)置。

4．4控制

　　“控制”窗口主要實(shí)現(xiàn)對(duì)“油泵”、“真空泵”、“電熱”、“檢測(cè)”、“上游機(jī)”、“下游機(jī)”的開/關(guān)狀態(tài)控制。

4．5調(diào)試

　　在“調(diào)試”界面中，用戶可以查看移位寄存器、IR以及空頭調(diào)試時(shí)的狀態(tài)。

4．6統(tǒng)計(jì)

　　統(tǒng)計(jì)窗口主要實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的統(tǒng)計(jì)分析與顯示。


5　結(jié)論


5．1降低故障率，提高了有效作業(yè)率

　　對(duì)BE小包機(jī)的RC小包透明紙包裝機(jī)的改造，由于在設(shè)計(jì)原理上剔除了原機(jī)上故障率較高而又價(jià)格昂貴的幾塊主板，使故障發(fā)生率大大降低。對(duì)FHZ、NK條包部分的改造，用PLC替代了以往的邏輯線路板，可以大大減少故障發(fā)生率。機(jī)組運(yùn)行7個(gè)月以來(lái)，設(shè)備有效作業(yè)率平均為82％，較原來(lái)的65％提高了17個(gè)百分點(diǎn)，改造效果比較明顯。

5．2方便了故障的檢查和排除

　　重新設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面，是完全漢化的。在軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)過(guò)程中，一方面，盡量把所有的故障都給出詳細(xì)、準(zhǔn)確的提示；另一方面，各種參數(shù)修改方便。對(duì)于操作維修人員來(lái)說(shuō)，當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí)，只要根據(jù)界面提示，就可以迅速準(zhǔn)確的判斷出大多數(shù)故障位置并立即排除。

5．3降低了備件成本

　　新設(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)采用了市場(chǎng)上通用的電器元件，絕大多數(shù)備件都可以從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上直接采購(gòu)，所有的備件都比原來(lái)電控系統(tǒng)備件價(jià)格低，可以節(jié)約維修費(fèi)用，降低備件成本。

5．4具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能

　　該系統(tǒng)軟件的統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口，為將來(lái)車間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持