1. 引言
卷煙工業(yè)是中國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，卷煙工業(yè)的技術(shù)進(jìn)步和生產(chǎn)效率的提高對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要意義。中國(guó)煙草工業(yè)總公司從80年代初期開(kāi)始進(jìn)口卷煙生產(chǎn)線，主要有MOLINS，PROTOS，SASIB，GD，F(xiàn)OCK等公司的產(chǎn)品，其中以英國(guó)MOLINS公司的MARK系列卷煙生產(chǎn)線進(jìn)口最多。S9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線是MOLINS公司的最新也是最后型號(hào)的卷煙機(jī)械，它綜合了MARK-9-5和MARK-10卷煙生產(chǎn)線的優(yōu)點(diǎn)，設(shè)計(jì)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)合理，控制功能完善，易于操作。盡管Super9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線具有上述優(yōu)點(diǎn)，但是在現(xiàn)場(chǎng)的使用中仍然暴露出很多不足，主要有以下幾個(gè)方面：
（1） 其電控系統(tǒng)核心采用8085微處理器，配以大量的專用電路板，因而通用性差，故障率高。由于MOLINS公司的轉(zhuǎn)產(chǎn)，專用電路板更換困難，不易維修。
（2） 故障和機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)顯示過(guò)于簡(jiǎn)單，僅用17個(gè)指示燈表示60余種故障和運(yùn)行狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，難以迅速判斷故障原因，不利于迅速排除故障，保障機(jī)器連續(xù)運(yùn)行。
（3） 運(yùn)行參數(shù)修改必須在停機(jī)狀態(tài)下在專用的電路板上進(jìn)行，采用撥動(dòng)開(kāi)關(guān)設(shè)置，因而不能連續(xù)修改參數(shù)，調(diào)節(jié)范圍廣，且不能在運(yùn)行中調(diào)節(jié)。
（4） 設(shè)備維修或故障排除時(shí)沒(méi)有專門的設(shè)備判斷故障是電氣引起還是由機(jī)械引起的，難以測(cè)試各個(gè)動(dòng)作點(diǎn)有無(wú)故障。
（5） 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)單，只統(tǒng)計(jì)成品煙一項(xiàng)，不能保存統(tǒng)計(jì)結(jié)果。
（6） 邏輯控制功能已經(jīng)固化，不能進(jìn)行修改。
基于上述問(wèn)題，Super9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線的改造勢(shì)在必行。
2. 系統(tǒng)概述
Super9又簡(jiǎn)稱超9，是一部每分鐘能生產(chǎn)6500只無(wú)嘴煙支的卷煙機(jī)，與它配合工作的接嘴機(jī)是PA9。Super9卷煙機(jī)與PA9接嘴機(jī)以機(jī)組形式提供給用戶。它將煙絲、卷煙紙卷制成符合工藝要求的普通圓形雙倍長(zhǎng)煙支，送入接嘴機(jī)進(jìn)行二次分切、接裝濾嘴后，形成普通的帶過(guò)濾嘴的煙支。為了實(shí)現(xiàn)高速、高效率、低材料消耗的功能，機(jī)器具有許多一流的功能，這些功能是由電機(jī)、烙鐵、離合器、繼電器、高壓空氣電磁閥和真空電磁閥完成的。輸入到這些電器硬件的部件的控制信號(hào)是來(lái)自開(kāi)關(guān)或經(jīng)過(guò)邏輯電路處理后的傳感器信號(hào)。輸出信號(hào)主要用來(lái)控制電機(jī)、電磁閥等。本系統(tǒng)的輸入信號(hào)大約有110個(gè)，輸出信號(hào)大約有70個(gè)。
Super9卷煙機(jī)主要由供料系統(tǒng)、供紙印刷系統(tǒng)、煙條成型系統(tǒng)、切割系統(tǒng)四大部分組成。它的工藝流程主要分為以下六個(gè)步驟：進(jìn)料、送料、卷煙紙的輸送、卷制、切割、煙支輸出。PA9接嘴機(jī)主要由許多鼓輪、濾嘴棒、水松紙供給裝置等組成。它的工藝流程主要分為以下五個(gè)步驟：濾嘴備制、組合煙支、水松紙準(zhǔn)備、包卷、轉(zhuǎn)向和輸出。
3.控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成
在深入分析研究原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用西門子SIMATIC S7-300可編程序控制器為下位機(jī)工控機(jī)為上位機(jī)開(kāi)發(fā)了Super9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。SIMATIC S7-300是一種模塊式的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成和擴(kuò)展都十分方便。本系統(tǒng)硬件組態(tài)如表1：
模塊 具體名稱 數(shù)量 備注
CPU模塊 CPU314 1 PLC的核心模塊，由微處理器和存儲(chǔ)器組成。
數(shù)字量輸入模塊DI32xDC24V 4 32個(gè)輸入點(diǎn)
DI 16xDC24V, Alarm 1 16個(gè)輸入點(diǎn)，帶硬件和診斷中斷
DO 16xDC24V/0.5A 5 16個(gè)輸出點(diǎn)
DO 16xRel.AC120V/230V 1 16個(gè)輸出點(diǎn)，負(fù)載電壓24~120/230VDC48~120/230VAC
模擬量輸入輸出模塊AI4/AO2 1 支持4個(gè)模擬量輸入，2個(gè)模擬量輸出
高速計(jì)數(shù)模塊 FM350-2 COUNTER 1 用于高速的精確計(jì)數(shù)
通信模塊 CP 340-RS232C 1 用于PLC和上位機(jī)的通信
電源模塊 PS 307 5A 1 為其他模塊提供DC24V電源
接口模塊 IM 365 2 用于擴(kuò)展機(jī)架
表 1：系統(tǒng)硬件組態(tài)
4.控制系統(tǒng)主要軟件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)軟件包括下位機(jī)PLC控制軟件和上位機(jī)人機(jī)界面軟件。下位機(jī)編程軟件采用的是STEP7 V5.2，主要功能是完成系統(tǒng)的編程和組態(tài)；上位機(jī)軟件采用Visual Basic,主要功能是實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面，把當(dāng)前機(jī)器的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行速度、故障狀態(tài)等信息顯示出來(lái)。
下面主要介紹下位機(jī)PLC控制軟件及實(shí)現(xiàn)。
下位機(jī)PLC控制軟件用來(lái)完成生產(chǎn)工藝的全部任務(wù)，該軟件開(kāi)發(fā)的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)自動(dòng)化的成敗。整個(gè)系統(tǒng)編程采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使軟件結(jié)構(gòu)更為簡(jiǎn)潔，可移植性好，便于修改和調(diào)試。主控程序OB1中決定什么情況下調(diào)用哪個(gè)功能（FC），自PLC運(yùn)行后OB1循環(huán)往復(fù)的執(zhí)行，每個(gè)功能（FC）用來(lái)完成不同的過(guò)程任務(wù)。
本系統(tǒng)用到的組織塊及功能如下：
OB塊：程序循環(huán)塊OB1、中斷服務(wù)塊OB40、暖啟動(dòng)塊OB100
FC塊：高速計(jì)數(shù)子程序、安全連鎖、S9故障狀態(tài)子程序、料斗部分動(dòng)作、換盤(pán)紙子程序、PA9部分機(jī)器故障狀態(tài)、PA9電機(jī)及切刀濾棒控制、水松紙部分控制、煙支剔除、開(kāi)機(jī)清理等、狀態(tài)顯示、機(jī)器速度設(shè)定及處理、機(jī)器幾種運(yùn)行狀態(tài)、機(jī)器啟動(dòng)運(yùn)行、下位機(jī)往上位機(jī)船的參數(shù)、:通信模塊、上位機(jī)傳參數(shù)的初始化
PLC控制程序的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
