MK9-5卷煙機電控系統PLC及主驅動變頻改造

廈門煙草工業責任有限公司 陳超明

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MK9-5卷煙機電控系統PLC及主驅動變頻改造

廈門煙草工業責任有限公司 陳超明

該文闡述了MK9-5卷煙機電控系統PLC及主驅動變頻改造，采用先進的PLC部件、應用軟件技術取代原系統繁雜的硬件邏輯插板，優化了系統結構，同時采用工作穩定、精度高、調速范圍寬的變頻器和價格低廉的國產電機替代原主驅動系統和笨重的主電機，使問題從根本上得到解決。

MK9-5卷煙機 PLC 主驅動變頻 改造

1 改造的目的

MK9-5卷煙機是英國MOLINS公司上世紀70年代末的產品，是我國各卷煙廠引進較多的主要卷煙設備之一，由于歷史的局限性，該機主要存在以下一些問題：

①電控系統由幾十塊電控插板組成，控制方法落后，使用元件多，布線復雜，故障率高；

②主電機采用滑差電磁調速，方法落后，耗能高，其滑差電磁調速部分裝有導電碳刷，易磨損，故障停機率高，而且由于主電機的笨重，還帶來了維修工作量大、停機時間長等問題；

③整機調速范圍小、精度差、效率低；

④電器元件備件造價高、通用性差、訂貨周期長等。

上述問題嚴重妨礙了設備有效作業率的提高，而采用先進的PLC部件、應用軟件技術取代原系統繁雜的硬件邏輯插板，優化了系統結構，同時采用工作穩定、精度高、調速范圍寬的變頻器和價格低廉的國產電機替代原主驅動系統和笨重的主電機，可以使這些問題從根本上得到解決。

2 主要元件的選擇

①可編程控制器：選用OMRON公司生產的C200HS。

②主電機M1：選用國產Y160M1-2-11KW普通交流異步電動機。

③主變頻器U1：選用FUJI公司生產的FRN11G9S-4JE變頻器（11KW）。

④盤紙電機變頻器U2：選用OMRON公司的3G3XV- A4007變頻器（0.75kW）。

⑤接紙接近開關放大器U3：選用OMRON公司的E2CA- AL4E。

⑥接紙接近開關U4：選用OMRON公司的E2CA-X5A。

⑦顯示終端PT：選用OMRON公司的NT600M-DT122。

⑧溫控器U5：選用OMRON公司的E5CS-Q1KJX熱電偶式溫控器。

3 電控系統的PLC改造

可編程控制器（PLC）是以微處理器為核心的邏輯控制器。它體積小，價格廉，功能強，易于編程和修改，還有外圍電路簡單、結構模塊化、可靠性高等特點，在工業控制中越來越得到了廣泛的應用。我們根據原機的功能要求，確定了PLC及其外圍電路實現的功能，并由輸入輸出點數選取PLC及相應的輸入輸出模塊，最后設計出PLC控制系統軟件和外圍電路。

3.1 PLC控制單元的分布

PLC控制單元的分布參見圖1，圖中的PT為智能顯示終端。

◎CPU單元：為PLC提供電源并由程序控制整個系統運行。

①D0單元：空單元。

②D1單元：空單元。

③D2單元：輸入單元，負責接收電機過載信函、主變頻U1得電和報警信號、料斗提升帶變速信號、煙絲位檢測信號、油壓低和部分防護罩聯鎖信號等。

圖1

④D3單元：輸入單元，負責接收U2故障信函、溫度超限報警信號、刀頭防護聯鎖、喇叭咀故障信號、加熱器及拼接部分各微動開關的輸入信號。

⑤D4單元：輸入單元，負責接收控制面板各按鈕的信號和斷紙檢測信號。

⑥D10單元：負責與PT通訊。

⑦D11單元：輸出單元，負責各電機控制、溫控器控制和拼接控制。

⑧D12單元：輸出單元，負責主變頻控制、盤紙電機控制和鋼印移動控制。

⑨D13單元：輸出單元，負責各電磁閥控制、料斗離合器和升降離合器控制、烙鐵低位電磁鐵控制和進刀指示控制等。

[7][31][39] 徐康寧、陳豐龍、劉修巖：《中國經濟增長的真實性——基于全球夜間燈光數據的檢驗》，《經濟研究》2015年第9期，第17-29頁。

⑩D14單元：輸入單元，負責接收下游機的聯鎖信號。

3.2 盤紙供應和拼接控制的PLC和變頻改造

盤紙部分的PLC改造是整個電控系統改造中的難點和關鍵，我們用工作穩定的接近開關U4和外加工的偏心凸輪取代原滑動電位器，通過紙臂的升降帶動偏心輪旋轉，使U4的輸出產生微小的變化，經放大器U3處理后，輸出信號控制盤紙電機變頻器U2，以使盤紙電機在正常運行時與主電機保持同步，同時進行預進紙控制，控制圖參見圖2。

圖2

盤紙拼接的原理如下：當盤紙的直徑達到預定的第一直徑時，PLC接收信號，經延時后盤紙電機加速，當盤紙的直徑達到第二直徑時，盤紙電機停轉，經延時（以保證電機完全停止）拼接電磁閥動作并保持一段時間，然后電磁閥復位。若拼接時無拼接到底信號，則發出拼接不動作故障信號，機臺停機；當PLC控制電磁閥復位時如接收不到電磁閥回位信號，則發出拼接不復位故障信號，機臺也停機，這兩項新增的控制功能解決了原拼接失靈后故障難以查找的麻煩。

3.3 溫度系統的更新

原機采用的是WEST公司Q3T2XL 372TJ型溫控器（A12），其工作原理是將來自熱電偶的感溫信號放大后，與溫度調整基準電壓進行比較，其差值再經放大后為可控硅裝置（Y13）提供適合的觸發信號，以控制加到加熱器上的電源電平，達到控制溫度的目的。整套系統元件眾多，控制復雜，工作穩定性較差，而且還存在著配件通用性差且價格昂貴的問題。此次改造我們選用了OMRON公司的E5CS-Q1KJX溫控器，它具有體積小、價格低、精度高、易設定等特點，并帶有傳感器異常檢測和防止誤動作功能，改造后控制線路變得清晰簡單，而且加熱溫度更穩定，故障率低，保證了煙支質量的穩定。圖3為改進后的溫控系統接線圖。

圖3 改進后的溫控系統接線圖

3.4 可編程智能顯示終端PT

我們選用OMRON公司的NT600M智能顯示終端PT作為系統監視和某些參數設定的器件，該終端可與C200H端口直接相連，能直接從主機的I/O區和DATA區取存，大大減低了PT控制的梯形程序容量，也減少了主機的程序空間。該終端的使用使維修和操作更加方便、直觀，并簡化了接線，提高了系統的可靠性。其具體操作如下：

通電后，PT自動進入狀態屏，顯示機器當前的運行狀態，通過狀態屏上的觸摸開關——“RETURN TO MENU”，可切換到“功能選擇主菜單”，該菜單上共有7個觸摸開關，通過開關可選擇各個功能屏，從而實現了對系統的控制和監視。功能屏介紹如下：

②“MONI”——故障模擬報警屏，可顯示機器各部位的所有聯鎖信號，屏幕上有若干指示燈分別與機器上的各聯鎖部位相對應，當這些部位發生故障時，模擬屏上與之相對應的燈會閃爍，故障排除后自動返回主菜單。

③“TIME”——運行時間屏，可顯示機臺運行時間、停機時間和機器運行效率。

④“SET”——系統參數設置屏，可設置進刀時間和進刀計數報警值，并為下游機提供啟動和停機剔除數設置、嘴棒等待和水松紙等待的脈沖數值設置等。

⑤“COUNT”——故障統計屏，可顯示各種故障的停機次數及其占總停機數的比例。

⑥“TEST”——系統操作檢測屏，可直接檢測外圍電磁閥、指示燈等待執行器件的動作情況，屏上的觸摸開關對應著各個執行器件，按壓時若執行器件動作，則屏上的開關亮，再按時，該器件復位，開關滅。

⑦“OPTIONS”——其它選項屏，可設置其它選項，如取樣脈沖數選擇等。

3.5 電控柜的改造

我們取掉原電源動力柜和線路板柜以及柜中的所有元器件和插板，取掉原操作面板，重新制作了控制柜和活動式的面板，改造后環境優良，結構更合理，元器件擺放寬敞整齊，布線簡潔有序，維修十分方便。圖4為改造后的部分控制柜布置圖和面板圖。

圖4 部分電控柜布置圖和面板圖

4 主驅動系統的變頻改造

原機的希南主驅動系統存在著以下一些問題：

①原機采用的是滑差電磁調速，其電刷、滑環等需要定時的保養或更換，再加上主電機笨重無比，有較大的維修工作量；

②原機是屬于轉差率可變型調速，當轉差率達到最小時，只能依靠更換皮帶輪來提速，這顯然是很不方便的；

③原機是全壓啟動，其沖擊電流大，正常停機時主電機照樣運轉，不同轉速時能耗基本一樣，在低速時大部分電能轉換成了熱能散發，不僅耗能而且需要循環水冷散熱；

④備件通用性差，價格昂貴。

改造后的交流變頻主驅動系統可靠性高、維護工作量小、調速性能好、節約能源，選用的零件全為通用件，徹底解決了原機存在的這些問題。圖5為主驅動變頻器的接線圖。

圖5 主驅動變頻器接線圖

5 改造后的成效

改造后經過幾年來的運行，設備運轉正常，設備的平均有效作業率得到了提高，還節省了大量的設備維修和備件費用，并降低了能耗。在保留了原機所有功能的基礎上，通過新增的智能顯示終端，使人機對話更加直觀，維修和操作更為簡便。

[1] MOLINS-MK95 Operating Manual. MOLINS COMPANY，UK，1980.

[2] MOLINS-MK95 Electrical Maintenance. MOLINS COMPANY，UK，1980.