PLC在梗絲分離機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

李欣 于衛(wèi)華

摘 要：文章介紹了西門子S7-200PLC和昆侖通泰觸摸屏在梗絲分離機(jī)自動控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，主要分析了PLC控制系統(tǒng)的硬件配置方案、軟件設(shè)計(jì)思想和程序結(jié)構(gòu)，設(shè)備投產(chǎn)后證明該系統(tǒng)是穩(wěn)定可靠的。

關(guān)鍵詞：梗絲分離機(jī)；PLC；STEP-MW；MCGSE

中圖分類號：TM571.61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0033-02

如何減少煙支中的含梗簽率，提高卷煙的內(nèi)在質(zhì)量，卷煙機(jī)生產(chǎn)中打出了較多的梗簽，同時也包含有煙絲。針對上述問題，對卷煙機(jī)剔出的梗簽、煙絲混合料采用單體梗簽煙絲分離機(jī)處理，可以較好地解決這一難題。該單體設(shè)備具有體積小、重量輕、所耗動力少和分離率高等優(yōu)點(diǎn)，可以降低卷煙成本，提高卷煙質(zhì)量，是目前煙廠降低單箱耗絲的主要輔助設(shè)備。我們采用西門子S7-200PLC可編程控制器和智能儀表來組成下位機(jī)，實(shí)現(xiàn)對工藝設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及處理，上位機(jī)采用昆侖通泰的TPC7062K系列的觸摸屏，實(shí)現(xiàn)整個設(shè)備的畫面監(jiān)測、參數(shù)設(shè)定和指令控制等功能。該系統(tǒng)具有可靠性高、控制性能優(yōu)越、管理功能完善等優(yōu)點(diǎn)，對指導(dǎo)工藝及設(shè)備的正常運(yùn)行，提高自動化控制發(fā)揮了重要作用。

1 工藝流程

設(shè)備工藝流程圖如圖1所示。

煙機(jī)開始工作后，給料機(jī)啟動運(yùn)行，運(yùn)行30 s后，鼓風(fēng)機(jī)開始運(yùn)行。煙機(jī)產(chǎn)生的煙梗和煙絲的混合物，進(jìn)入進(jìn)料器，鼓風(fēng)機(jī)把梗絲混合物吹入到梗絲分離塔中，經(jīng)過梗絲分離塔分離后的煙梗自由落下來，進(jìn)入煙梗收集器中，分離后的煙絲被吹入到煙絲收集器中。鼓風(fēng)機(jī)的回風(fēng)管，從煙絲收集器中抽走空氣，煙絲自由落下，通過給料機(jī)輸送出來，送回卷煙機(jī)，重復(fù)利用。

分離后的煙絲量粗略計(jì)量，是通過兩個物位計(jì)來實(shí)現(xiàn)的，具體過程如下：計(jì)量程序啟動后，首先關(guān)閉給料機(jī)，等待落下來的煙絲堆積到低物位計(jì)位置時，開始計(jì)時，等待煙絲堆積到高物位計(jì)有效時，計(jì)時結(jié)束，打開給料機(jī)，繼續(xù)正常下料。高低物位計(jì)之間的煙絲重量通過反復(fù)測試，基本上是穩(wěn)定的，收集此重量的煙絲需要的時間計(jì)量出來，就可以計(jì)算出在這一時間段中的每秒煙絲重量，從而可以得出該設(shè)備運(yùn)行一段時間內(nèi)分離出來的煙絲總重量。

鼓風(fēng)機(jī)和給料機(jī)采用變頻控制。鼓風(fēng)機(jī)采用變頻控制，用來調(diào)節(jié)鼓風(fēng)機(jī)的出風(fēng)量，可以使梗絲分離器工作在最佳狀態(tài)，出風(fēng)量過大會造成煙絲中含有煙梗。給料機(jī)采用變頻控制，用來調(diào)節(jié)煙絲出料量，給料速度過大，會導(dǎo)致煙絲碎末現(xiàn)象。另外采用變頻控制還可以根據(jù)卷煙機(jī)的產(chǎn)量，調(diào)節(jié)本設(shè)備的煙絲分離量，避免進(jìn)料器堵塞。

2 系統(tǒng)的硬件組成

由于該設(shè)備工藝簡單，所以參與控制和監(jiān)視的設(shè)備比較少，根據(jù)工藝要求主要有：鼓風(fēng)電動機(jī)、給料電動機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)出風(fēng)處出口壓力值、鼓風(fēng)機(jī)回風(fēng)處壓力值、梗絲分離塔與煙絲收集塔之間的壓力值、報警燈、高物位計(jì)和低物位計(jì)，其中鼓風(fēng)機(jī)和給料機(jī)采用變頻控制。

對控制系統(tǒng)的主要設(shè)備進(jìn)行選型：PLC選用西門子的S7-200系列，系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)如圖2所示。西門子S7-200PLC的優(yōu)點(diǎn)主要有：運(yùn)行穩(wěn)定，使用簡單方便，價格便宜，很適用于小型控制系統(tǒng)。觸摸屏采用昆侖通態(tài)的TPC7062系列。設(shè)備外形尺寸整體比較小，考慮到與設(shè)備整體協(xié)調(diào)，又不影響操作和觀察，最終觸摸屏規(guī)格選擇為7寸的。由于該設(shè)備處于研發(fā)階段，調(diào)試過程中，許多參數(shù)需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，因此選用帶雙通訊口的CPU224XP。變頻器選用臺達(dá)品牌的VFD-EL系列。鼓風(fēng)電動機(jī)的功率為0.9 kW，給料機(jī)的功率為0.12 kW，功率比較小。壓力傳感器選用南京宏沐品牌的HM30系列。壓力傳感器的量程根據(jù)實(shí)驗(yàn)階段測試的數(shù)據(jù)來確定。物位計(jì)選用歐姆龍品牌的E3X系列。由于煙絲為小直徑的棍狀物體，密集下落會造成普通物位計(jì)的誤動作，選用歐姆龍的E3X系列的物位計(jì)，動作值為光通量參數(shù)值，根據(jù)采集到的光通量來動作。這樣設(shè)定好煙絲累積到物位計(jì)時的光通量動作值，就不會導(dǎo)致誤動作。電氣元器件選用施耐德品牌。

由于卷煙機(jī)車間中的工作環(huán)境為恒溫恒濕，所以設(shè)備控制箱的外殼防護(hù)等級為IP56，設(shè)備顏色與卷煙機(jī)外殼顏色一致，與車間整體環(huán)境相協(xié)調(diào)。

3 控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能

根據(jù)設(shè)備的特點(diǎn)及以往系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，可把系統(tǒng)的控制功能實(shí)現(xiàn)分為上位機(jī)實(shí)現(xiàn)和下位機(jī)實(shí)現(xiàn)，下面將依次分別介紹。

3.1 下位機(jī)PLC控制系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

①按鈕手動操作。

②觸摸屏手動操作。

③系統(tǒng)全自動三種方式。

前兩種方式一般只在設(shè)備調(diào)試或維修時使用，系統(tǒng)主要以全自動操作方式為主。在全自動運(yùn)行方式下，設(shè)備中的鼓風(fēng)機(jī)和給料機(jī)的開、停，各種工況的切換都由可編程控制器按照預(yù)先編制的程序自動生成，不需要操作人員干預(yù)，設(shè)備的運(yùn)行情況由PLC系統(tǒng)監(jiān)視。

3.2 觸摸屏監(jiān)控系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)

①提供工藝過程參數(shù)檢測流程圖等動態(tài)畫面顯示設(shè)備運(yùn)行參數(shù)和控制回路參數(shù)操作畫面。

②進(jìn)入和退出系統(tǒng)的口令保護(hù)，以免非工作人員進(jìn)入系統(tǒng)或隨意中斷運(yùn)行中的系統(tǒng)。

4 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)用戶程序是在基于SIEMENS公司的STEP7 Micro

WinV4.0軟件平臺上完成站址的分配以及用戶程序的設(shè)計(jì)開發(fā)的。用戶程序采用模塊化設(shè)計(jì)，便于程序的調(diào)試及維護(hù)，主要有主程序、自動運(yùn)行程序、計(jì)量采樣程序和故障報警程序。在OB1中編寫主程序用于調(diào)用其他子程序，編寫傳感器轉(zhuǎn)換程序把過程量轉(zhuǎn)換成物理量和電動機(jī)啟停程序等。

觸摸屏的軟件平臺采用昆侖通態(tài)的MCGSE組態(tài)環(huán)境，在計(jì)算機(jī)上完成組態(tài)并模擬測試合格后，通過數(shù)據(jù)線下載到觸摸屏中，可以實(shí)現(xiàn)想要的功能。在計(jì)算機(jī)上完成的組態(tài)主要有根據(jù)點(diǎn)表及編程中使用的內(nèi)部點(diǎn)建立數(shù)據(jù)庫，與S7-200PLC的通訊程序的配置、畫面中動畫的制作、動畫與內(nèi)部點(diǎn)的連接等。

上位機(jī)軟件界面如圖3所示。

5 結(jié) 語

帶自動控制系統(tǒng)的梗絲分離機(jī)投入使用以來，不需要配備操作人員，設(shè)備耗動力小，增加設(shè)備不增加運(yùn)行成本。設(shè)備具有調(diào)試簡單、操作方便、使用安全、運(yùn)行可靠、效率高、故障率低等特點(diǎn)，同時系統(tǒng)內(nèi)元器件均采用模塊化結(jié)構(gòu)，方便了工程技術(shù)人員的安裝、調(diào)試和維修，帶來了很好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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