GD包裝機PLC改造方案

一、概述
　　GDX1/X2（8000）型包裝機是GD公司生產的高檔、高速煙支包裝設備，深受國內煙草行業(yè)歡迎。目前國內煙廠已有GD（8000）型包裝機近400臺，其中部分設備已到大修期，由于GDX1（8000）型包裝機組原FZ控制系統(tǒng)是采用70多塊硬件電路板組成的控制邏輯，方法相對落后，潛在故障率高，現場維護困難，大修很不方便，開放性很差。同時GD公司今后將不再供應FZ備件，一旦出現備件問題，將會影響生產的正常進行，因此GD包裝機的改造升級也就勢在必行。
　　鑒于上述情況，中國科學院沈陽自動化研究所設計開發(fā)了GD包裝機組PLC電控系統(tǒng)，作為中國煙草專用機械零配件全國會員單位，于國內最早通過國家煙草專賣局的鑒定。2004年3月我們承擔了長沙卷煙廠GDX2電控系統(tǒng)的PLC改造工作，將該系統(tǒng)進一步發(fā)展為PLC+FIELDBUS（現場總線）結構，采用德國SIEMENS公司大型PLC S7-400作為核心控制單元，以INTERBUS現場總線為擴展，外掛工控機、輸入輸出模塊等，從而大大提高了系統(tǒng)的先進性、可靠性、開放性、可擴展性，故障率大幅降低，有效作業(yè)率明顯提高。
二、GD包裝機組電控系統(tǒng)改造技術方案
1、改造方案:



　　 將原有FZ電控系統(tǒng)及線路板全部取消，換上PLC電控系統(tǒng)及在機器上安裝6個總線站點盒，用軟件方法實現原有硬件線路板的功能，主輔機用變頻調速取代原有直流調速等。這種方法的最大特點是，新的電控系統(tǒng)布局更加合理，現場配線工作量大大減少，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可靠性高，外型美觀，現場改造速度快，一般只用一周左右就可完成。該電控系統(tǒng)的結構為PLC+INTERBUS( PROFIBUS)+觸摸屏顯示。
2、改造內容
　　a．取消原電控柜，采用與MicroⅡ電控柜柜體大小相同，主體顏色與設備一致的電控柜。電控柜的安裝位置也與MicroⅡ電控柜安裝位置相同。采用西門子S7-400(CPU414-2DP)PLC作為核心控制系統(tǒng)，所用器件全部采用進口優(yōu)質器件。
　　b．以INTERBUS（或PROFIBUS）現場總線控制方式，連接傳感器、現場設備及控制器。INTERBUS與PLC通過插在PLC上的INTERBUS控制板相連接。
　　c．增加兩臺15寸觸摸式SIEMENS/PC870工控機，主機、輔機各一臺以便于監(jiān)控，并采用WINCC組態(tài)軟件作為上位機的開發(fā)和運行程序。全漢化的計算機人機界面，設備狀態(tài)、數據顯示及參數修改全部在觸摸屏上進行。并具有數據采集功能，予留接口，可以和上位機進行通訊。
　　d ．保證設備運行速度400包/分，控制面板及機身上的元器件與MICROII系統(tǒng)相同，急停開關采用按鈕方式。
　　e ．保證煙廠后加的功能無逢嵌入到控制系統(tǒng)里，同時增加：小包無透明紙及透明紙不好檢測剔除功能；增加反盒皮剔除功能；小包開口停機報警等功能。另外可根據用戶的合理要求增加相應功能。


　　f．將原系統(tǒng)的直流電機改為三相交流電機。其中主機、輔機的主驅動電機分別為SEW的7.5KW和4.0KW的電機，并分別采用兩臺西門子公司的變頻器進行控制。濾波器及剎車電阻均采用西門子公司的產品.
　　g．攪煙輥采用SEW交流電機并用西門子變頻器進行控制；金拉線采用德國LENZE交流伺服電機并用LENZE伺服控制器進行控制。
　　h．取消原凸輪裝置，改用日本光洋的絕對編碼器(3個)進行相位檢測。
　　i．取消原系統(tǒng)的溫度控制器，采用PID功能模塊FM455S實現精確的溫度控制，顯示界面由工控機完成。
　　j．預留包裝機組與上游儲煙器或卷煙機的聯(lián)機接口。
三、新型電控系統(tǒng)
　　新型電控系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、帶觸摸屏的工控機顯示系統(tǒng)以及由INTERBUS現場總線擴展的（6個站點）輸入輸出模塊組成。所有的信號處理及功能控制皆由PLC完成，工控機負責系統(tǒng)的運行狀況顯示、故障顯示、參數修改、生產數據包括班組產量、原材料消耗、原材料利用率、廢品率等的統(tǒng)計分析以及歷史數據的保存。機器上INTERBUS站點的輸入輸出模塊用于連接機身上的按鈕、傳感器和部分執(zhí)行器件。由于采用INTERBUS總線控制方式，使電控柜的接線明顯減少，INTERBUS站點按功能分塊便于故障查找及系統(tǒng)維護、便于增加功能。新型電控系統(tǒng)具有外型美觀，操作簡單、方便，運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
1、電控系統(tǒng)原理框圖



2、控制系統(tǒng)特點
　　GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統(tǒng)（即PLC控制系統(tǒng)）吸取原控制系統(tǒng)（FZ系統(tǒng)）的檢測控制特點及功能，采用高檔、高速的西門子S-400可編程控制器（即PLC）作為核心控制單元，利用Interbus總線實現主機與各從站之間的連接，從而取代原控制系統(tǒng)中的70多塊硬件電路板及部分繼電器、接觸器，減少電纜連線。



圖為設置在主機機身上的INTERBUS總線站點



圖為設置在輔機機身上的INTERBUS總線站點
　　由于Interbus總線可靠性高、應用范圍廣。而且該總線技術是在PLC的基礎上發(fā)展起來的,它克服了PLC與現場設備之間的點對點物理連接的繁雜方式,并且使被控系統(tǒng)不再成為信息孤島,按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議把現場設備與控制器連接成網絡系統(tǒng)，從而實行了現場設備與控制器之間以及控制系統(tǒng)與遠程監(jiān)控計算機之間的數據傳輸和信息交換。GD包裝機眾多的傳感器/執(zhí)行器以及龐大的生產線結構，采用現場總線技術對其電控系統(tǒng)進行技術改造應當是最佳的自動化解決方案。
　　歸納起來，我們所設計開發(fā)的新型電控系統(tǒng)具有如下特點：
　　1. GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統(tǒng)采用SIEMENS-PLC對X1/X2小包機、CH小包透明紙、CT條包機、CV條包透明紙機、A400卸盤機實行主輔機的一條線的高速實時控制。主輔機之間的連鎖與屏蔽簡單、方便。
　　2. 可編程控制器（即PLC）取代了大量的元器件和硬件電路，使得電器的可靠性、穩(wěn)定性有很大的提高。更適應工業(yè)現場環(huán)境，同時控制軟件修改方便，現場調試快捷、省時。
　　3. 總線結構的充分應用，使得整機的結構更加簡潔，現場配線大為減少，布局更為美觀，檢修維護更為簡單、方便。
　　4. 上位計算機的采用為今后企業(yè)發(fā)展計算機集成系統(tǒng)提供聯(lián)網的方便條件。容易實現車間級、廠級監(jiān)控和管理。
　　5. 觸摸式故障信息顯示系統(tǒng)提供了A400、 X1/X2、CH、CT、CV等相關的彩色畫面提示、文字分析及參數修改等功能，提供必要的故障位置顯示和文字分析。良好的人機對話窗口，為現場的操作、維護提供了極大的便利。
　　6. 采用可編程控制器（PLC）對整機工作過程的數據采集真實可靠，從而保證GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統(tǒng)數據采集的準確性。
　　7. 主輔電機直流控制改交流變頻控制，大大降低了日常維護和備件費用。
　　8. 工控機不參與系統(tǒng)的控制，即使工控機出現故障或者沒有啟動也不影響系統(tǒng)的正常工作，從而有效提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　9. 系統(tǒng)對客戶開放，增加功能非常簡單、方便。