一、概述
GDX1/X2（8000）型包裝機(jī)是GD公司生產(chǎn)的高檔、高速煙支包裝設(shè)備，深受國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)歡迎。目前國(guó)內(nèi)煙廠已有GD（8000）型包裝機(jī)近400臺(tái)，其中部分設(shè)備已到大修期，由于GDX1（8000）型包裝機(jī)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(duì)落后，潛在故障率高，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)困難，大修很不方便，開放性很差。同時(shí)GD公司今后將不再供應(yīng)FZ備件，一旦出現(xiàn)備件問題，將會(huì)影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行，因此GD包裝機(jī)的改造升級(jí)也就勢(shì)在必行。
鑒于上述情況，中國(guó)科學(xué)院沈陽自動(dòng)化研究所設(shè)計(jì)開發(fā)了GD包裝機(jī)組PLC電控系統(tǒng)，作為中國(guó)煙草專用機(jī)械零配件全國(guó)會(huì)員單位，于國(guó)內(nèi)最早通過國(guó)家煙草專賣局的鑒定。2004年3月我們承擔(dān)了長(zhǎng)沙卷煙廠GDX2電控系統(tǒng)的PLC改造工作，將該系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展為PLC+FIELDBUS（現(xiàn)場(chǎng)總線）結(jié)構(gòu)，采用德國(guó)SIEMENS公司大型PLC S7-400作為核心控制單元，以INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線為擴(kuò)展，外掛工控機(jī)、輸入輸出模塊等，從而大大提高了系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、開放性、可擴(kuò)展性，故障率大幅降低，有效作業(yè)率明顯提高。
二、GD包裝機(jī)組電控系統(tǒng)改造技術(shù)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(jī)器上安裝6個(gè)總線站點(diǎn)盒，用軟件方法實(shí)現(xiàn)原有硬件線路板的功能，主輔機(jī)用變頻調(diào)速取代原有直流調(diào)速等。這種方法的最大特點(diǎn)是，新的電控系統(tǒng)布局更加合理，現(xiàn)場(chǎng)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(xiàn)場(chǎng)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(jié)構(gòu)為PLC+INTERBUS( PROFIBUS)+觸摸屏顯示。
2、改造內(nèi)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(shè)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(jìn)口優(yōu)質(zhì)器件。
b．以INTERBUS（或PROFIBUS）現(xiàn)場(chǎng)總線控制方式，連接傳感器、現(xiàn)場(chǎng)設(shè)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(tái)15寸觸摸式SIEMENS/PC870工控機(jī)，主機(jī)、輔機(jī)各一臺(tái)以便于監(jiān)控，并采用WINCC組態(tài)軟件作為上位機(jī)的開發(fā)和運(yùn)行程序。全漢化的計(jì)算機(jī)人機(jī)界面，設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示及參數(shù)修改全部在觸摸屏上進(jìn)行。并具有數(shù)據(jù)采集功能，予留接口，可以和上位機(jī)進(jìn)行通訊。
d ．保證設(shè)備運(yùn)行速度400包/分，控制面板及機(jī)身上的元器件與MICROII系統(tǒng)相同，急停開關(guān)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(shí)增加：小包無透明紙及透明紙不好檢測(cè)剔除功能；增加反盒皮剔除功能；小包開口停機(jī)報(bào)警等功能。另外可根據(jù)用戶的合理要求增加相應(yīng)功能。
f．將原系統(tǒng)的直流電機(jī)改為三相交流電機(jī)。其中主機(jī)、輔機(jī)的主驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別為SEW的7.5KW和4.0KW的電機(jī)，并分別采用兩臺(tái)西門子公司的變頻器進(jìn)行控制。濾波器及剎車電阻均采用西門子公司的產(chǎn)品.
g．?dāng)嚐熭伈捎肧EW交流電機(jī)并用西門子變頻器進(jìn)行控制；金拉線采用德國(guó)LENZE交流伺服電機(jī)并用LENZE伺服控制器進(jìn)行控制。
h．取消原凸輪裝置，改用日本光洋的絕對(duì)編碼器(3個(gè))進(jìn)行相位檢測(cè)。
i．取消原系統(tǒng)的溫度控制器，采用PID功能模塊FM455S實(shí)現(xiàn)精確的溫度控制，顯示界面由工控機(jī)完成。
j．預(yù)留包裝機(jī)組與上游儲(chǔ)煙器或卷煙機(jī)的聯(lián)機(jī)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(jī)顯示系統(tǒng)以及由INTERBUS現(xiàn)場(chǎng)總線擴(kuò)展的（6個(gè)站點(diǎn)）輸入輸出模塊組成。所有的信號(hào)處理及功能控制皆由PLC完成，工控機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況顯示、故障顯示、參數(shù)修改、生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括班組產(chǎn)量、原材料消耗、原材料利用率、廢品率等的統(tǒng)計(jì)分析以及歷史數(shù)據(jù)的保存。機(jī)器上INTERBUS站點(diǎn)的輸入輸出模塊用于連接機(jī)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(diǎn)按功能分塊便于故障查找及系統(tǒng)維護(hù)、便于增加功能。新型電控系統(tǒng)具有外型美觀，操作簡(jiǎn)單、方便，運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
1、電控系統(tǒng)原理框圖
2、控制系統(tǒng)特點(diǎn)
GDX1/X2（8000）型包裝機(jī)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(cè)控制特點(diǎn)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(shí)現(xiàn)主機(jī)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(shè)置在主機(jī)機(jī)身上的INTERBUS總線站點(diǎn)
圖為設(shè)置在輔機(jī)機(jī)身上的INTERBUS總線站點(diǎn)
由于Interbus總線可靠性高、應(yīng)用范圍廣。而且該總線技術(shù)是在PLC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它克服了PLC與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)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(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制器連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實(shí)行了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制器之間以及控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。GD包裝機(jī)眾多的傳感器/執(zhí)行器以及龐大的生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)對(duì)其電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造應(yīng)當(dāng)是最佳的自動(dòng)化解決方案。
歸納起來，我們所設(shè)計(jì)開發(fā)的新型電控系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：
1. GDX1/X2（8000）型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)采用SIEMENS-PLC對(duì)X1/X2小包機(jī)、CH小包透明紙、CT條包機(jī)、CV條包透明紙機(jī)、A400卸盤機(jī)實(shí)行主輔機(jī)的一條線的高速實(shí)時(shí)控制。主輔機(jī)之間的連鎖與屏蔽簡(jiǎn)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(yīng)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，同時(shí)控制軟件修改方便，現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試快捷、省時(shí)。
3. 總線結(jié)構(gòu)的充分應(yīng)用，使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)潔，現(xiàn)場(chǎng)配線大為減少，布局更為美觀，檢修維護(hù)更為簡(jiǎn)單、方便。
4. 上位計(jì)算機(jī)的采用為今后企業(yè)發(fā)展計(jì)算機(jī)集成系統(tǒng)提供聯(lián)網(wǎng)的方便條件。容易實(shí)現(xiàn)車間級(jí)、廠級(jí)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(guān)的彩色畫面提示、文字分析及參數(shù)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(jī)對(duì)話窗口，為現(xiàn)場(chǎng)的操作、維護(hù)提供了極大的便利。
6. 采用可編程控制器（PLC）對(duì)整機(jī)工作過程的數(shù)據(jù)采集真實(shí)可靠，從而保證GDX1/X2（8000）型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。
7. 主輔電機(jī)直流控制改交流變頻控制，大大降低了日常維護(hù)和備件費(fèi)用。
8. 工控機(jī)不參與系統(tǒng)的控制，即使工控機(jī)出現(xiàn)故障或者沒有啟動(dòng)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(duì)客戶開放，增加功能非常簡(jiǎn)單、方便。
