ZJ19E型卷接機電控系統及功能實現芻議

摘要：ZJ19E卷接機組因其運轉的穩定性和可靠性，在卷煙生產企業得到了廣泛應用。ZJ19E的電控系統是通過現場總線PROFIBUS有機地結合為一體，各部分之間的聯系簡單直接。這樣的配置實現了系統實時響應快和危險分散等分散控制系統的優點，便于集中管理，大大提高系統的可靠性，且有利于系統將來的進一步升級。ZJ19E電控系統運用了數字信號處理（DSP）、PROFIBUS 總線通訊、工控組態軟件和高性能單片機（PIC系列）等多項當今工控領域先進的技術和產品組成了現場總線控制系統（FCS），能夠在8000-10000支煙/分生產條件下，實現煙支卷接過程的自動控制和機組實時運行狀態的監控，同時完成煙支重量控制、煙支質量在線檢測。

關鍵詞：ZJ19E卷接機組 電控系統

1 電控系統的人機界面

人機界面是ZJ19E電控系統的一部分，人機界面主要完成機組控制參數的設置、運行狀態的顯示以及對機組工作點進行故障診斷、功能測試，其內容豐富，界面友好直觀，這將極大提高對機組運行過程的監控功能，便于煙廠用戶的使用和設備維護、管理。其主要由西門子工業控制計算機、液晶顯示器、觸摸屏、視頻信號分頻器組成。西門子工控機具有結構緊湊、高度集成、穩定可靠等特性，并具有網絡連接功能。其獨有的懸掛硬盤解決了振動對硬盤讀寫的影響。為了便于操作人員觀察機組運行狀態和操作，在卷煙機臺和接裝機出煙口處分別安裝了兩臺顯示器和觸摸屏，電控系統控制參數的設置、顯示頁面的選擇可以同時實現；人機界面還能夠顯示機組故障信息，并計時統計。工控機連接PROFIBUS接口，并通過VGA接口輸出到視頻信號分頻器，連接兩臺卷煙機液晶顯示器，工控機的兩個串口，串1串2分別和卷煙機觸摸屏以及接裝機觸摸屏互聯。

2 PLC控制系統總體結構

PLC系統是整個電控系統的控制中心，共分四個PLC，分別是主PLC、卷煙機PLC、后身PLC、接裝機PLC。主PLC完成整個機組時序、邏輯控制，與工控機PROFIBUS通訊、與卷煙機PLC、后身PLC、接裝機PLC的MPI通訊，并對與卷煙機PLC、后身PLC、接裝機PLC進行管理，其中MPI通訊采用固定187.5K通訊率，不可更改，是西門子PLC固有的通訊方式。

PROFIBUS通訊率從9.6K-12M之間可以隨意選擇，通訊率愈高，其抗干擾能力愈弱、傳輸距離愈短，整個機組采用通訊率為6M。工業控制計算機與主PLC、重量控制單元、稀釋度檢測單元和空頭檢測單元采用PROFIBUS總線組成局部網絡，主PLC通過通訊模塊（CP342-5）與工業控制計算機組成通訊協議，工業控制計算機與重量控制單元、稀濕度檢測單元和空頭檢測單元通過DP接口板（SPC3）組成通訊協議。

PLC根據機組各個部位的光電傳感器、檢測器、變頻器提供給它的信息來控制主驅動系統。它使用煙槍測速器的信號提供煙槍帶速度（即機器速度）產生序列和監視。機器在自動運行狀態下內部產生的所有邏輯信號受各個PLC監視。PLC通過對輸入量的邏輯運算，產生輸出指令來控制外圍設備，在一般情況下，產生一個信號使得信息得以顯示，或者使指示燈點亮或熄滅，以指示出機器和材料的狀態，當出現異常情況時按照程序的設計采取相應的報警，各種信息及報警信息都將在人機界面上顯示。

利用工控機可實現全面數據采集和處理（包括水松紙、濾嘴、盤紙等原材料的消耗和成品煙支的統計等），工控機通過PROFIBUS總線讀寫主PLC的數據傳送到人機界面。人機界面主要完成機組控制參數的設置、運行狀態的顯示以及對工作點進行故障診斷、功能測試，其內容豐富，界面直觀，極大的提高了對機組運行狀態下的監控功能，方便了用戶的使用和設備的維護、管理等。

3 SPC3以及CP342-5的功能

在整個電控系統中，共用了三塊SPC3接口板，分別完成工控機與重量控制系統、稀釋度檢測系統、空頭檢測系統的通訊接口功能。它是一個PROFIBUS-DP總線通訊接口板，采用西門子智能芯片及其相關硬件電路構成一個DP從站接口。完成監控系統中主站與從站之間的通訊，其中主站由人機界面構成，從站分別是重量控制系統、稀釋度檢測系統、空頭檢測系統。通過地址線、數據線、控制線完成監控系統中的主站與從站之間的數據通訊與傳遞。

SPC3板集成了完整的PROFIBUS-DP協議，包方式寄存器、狀態寄存器、中斷寄存器、各種緩沖器指針和緩沖區等。外接單片機（89C52）的主要任務是對SPC3按要求進行初始化；根據SPC3產生的中斷，對SPC3接收到的主站發出的輸出數據轉存，以便從站讀?。唤M織從站送上來需通過SPC3發給主站的數據等等。SPC3實質上是處于主站與從站之間的通訊站，主站發來的數據包解開送給從站，從站送來的數據打包發給主站。

CP342-5通訊處理器是用于連接SIMATIC S7-300可編程序控制器和PROFIBUS總線系統的通訊模塊，它分擔CPU的通訊任務負載，同時支持其他的通訊連接，通過PROFIBUS進行配置和編程。

打開SIMATIC管理器生成一個“Project”，插入主站和從站之后，雙擊“Hardware”進行硬件配置，然后對CP342-5模塊進行配置。通訊協議包括：地址、傳輸率、CP的工作模式、字符格式等。雙擊它之后打開它的對話框，首先在“General”中配置網絡節點地址，在這里我們選擇PROFIBUS的節點地址為3，最高的節點地址可到126；底板連接MPI地址為6。PROFIBUS的傳輸率為1.5Mbps，根據傳輸的數據的不同，傳輸率為9.6Kbps到12Mbps之間。單擊對話框中的“Properties”按紐打開“Network Setting”表，可以對節點地址、傳輸率和外觀進行修改。在“Addresses”中設置輸入啟始地址為368，長度為16；輸出啟始地址為368，長度為16，這些都為系統自動選擇。在“Operating Mode”中選擇為DP slave的操作模式等等。

DP通訊需要功能調用，這些功能調用必須集成到STEP 7用戶程序中。在主PLC用戶程序中通過組織塊OB1控制并依次調用功能，各個功能按照被控制的作用來劃分和編程。

主PLC與CP342-5的標準通訊程序調用了FC61、FC62、FC63、FC64塊，其中FC61為DP數據發送功能塊，它傳送主PLC數據到PROFIBUS CP。FC62為DP數據接收功能塊，它接收PROFIBUS CP的數據。每個連接的用戶發送和接受數據量最大可達240個字節。FC63塊為主PLC接受來自工控機的各種參數，這些參數可以在工控機上修改。FC64塊為主PLC及各個子PLC端口的輸入輸出的通訊狀態。工控機接收主PLC的數據都在數據塊DB1中存儲，主PLC接收上位機的數據都在數據塊DB2中存儲。

卷煙機PLC主要可以完成卷煙紙的供給、疊接控制、卷煙紙直徑計算以及操作監視控制等。接裝機PLC主要完成水松紙的供給、疊接控制、水松紙直徑計算；搓板堵塞檢測、控制；濾棒供給控制、水松紙切刀控制；雙倍剔除鼓輪剔除閥開啟控制以及PA啟動和停機時序控制。后身PLC主要完成完成料斗的計量控制、供絲方式選擇、自動回絲功能和堵絲探測等。

參考文獻：

[1]李生軍，李少蒙.單片機與PLC之間的串行通信實現[J].化工自動化及儀表，2010，(02).

[2] 秦雄志.PLC綜合實驗臺的研制與應用[J].機電工程技術，2010，(01).

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