新型風送風速控制系統的研制方法探討

摘 要：風力送絲在卷煙生產中應用十分普遍。為了保證送絲的效率和質量，需要對煙絲輸送的風速進行控制。本文描述了對風送系統改造的過程，將風速控制系統集成于卷煙機PLC中，并在卷煙機工控軟件IT80集成監視與參數設置功能，極大方便了日常的維護，避免了任一臺系統出現故障影響其他機臺。

關鍵詞：風速控制 工業以太網 西門子PLC

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A

在現代卷煙生產行業中，使用風力送絲系統為卷煙機提供原料，已經被廣泛地應用。使用負壓，將煙絲通過管道吸入卷煙機，使煙絲輸送效率大大提高，并降低了煙絲的造碎率。我司卷包車間PROTOS70型卷接機組，全部采用風力送絲方式進料。

1設備現狀

1.1 需要控制風速

風速是風力送絲系統最重要的運行指標。負壓空氣吸取煙絲后，在管道內快速流動形成氣流，煙絲在氣流運送下到達卷煙機。那么氣流運行速度，即風速，直接影響著送絲系統的運行效果。如果風速過小，煙絲輸送無力，容易在管道內堆積堵塞；如果風速過大，煙絲在管道內被摔打，使造碎率升高。由于每臺卷接機的管道走向不完全一樣，需要根據每臺卷煙機的實際情況控制其煙絲吸風管道內的風速，達到理想的工作值。

1.2 當前風速控制很繁瑣

每臺卷煙機的風速控制系統是由各個卷煙機煙絲風送管道上的壓差檢測器和管道調節閥以及PLC200控制電柜組成。其控制結構是通過連接于車間中控的一個PROFIBUS-DP網絡，每臺卷煙機的該控制系統被串聯起來，參數設置由中控統一管理。

該系統的設備需要每隔15天進行一次管道風力測試、校準。校準時須兩個工程技術人員配合，通過手持TD200控制儀和標準風速儀，配合一個小時才能完成，進行測速、校正參數、非常不方便。

2改進方案

經過分析，決定將每個卷煙機的風速控制系統進行改造，目的是使各機臺的控制系統不會互相影響，而且使風速控制系統校準維護時間縮短為原來的50%。

取消中控的集中控制，保留監視功能，風送風速本地獨立控制，拆除控制電柜功能模塊集成在卷煙機PLC上。

I/O接入位置選擇

取消原電控柜后，需要將系統的風速監測器和閥門控制器的模擬量接入到本地卷煙機上。根據現場查勘后，把系統的模擬量輸入輸出接入到距離風速控制器較近的SE模塊上的空閑I/O口，并拆除了原控制電柜。

網絡通信方式

為了改變原系統的串網通信方式，必須對各個機臺風送系統間的通信進行重新布局。鑒于工業以太網傳輸速率快、易組網、兼容性好，選擇工業以太網通信為新系統的通信方式。在網絡結構上，由于本次改造要求各機臺之間互不影響，選用星形拓撲結構，以保障各機臺控制的穩定性。

圖2 星形拓撲結構網絡

控制方式與實現

為了使風速控制精度盡可能的高，采用PID控制方式。對于PID控制來說，參數整定是其核心內容，由于理論計算整定法難度較高，并且是純理論計算，較易與實際系統存在偏差，所以選用工程整定法。

由于風速控制的IO點已經接入卷煙機PLC，需要對卷煙機的PLC程序進行修改，增加風速控制相關的內容。而西門子S7系列PLC自帶PID控制功能，只需要在使用時調用相關的功能塊即可。因此編寫了風送風速主控制程序FC28，在硬件組態中增加模擬量輸入輸出模塊；編寫并插入風速調整特殊功能塊FC120、FC125，插入PID控制模塊FB41；編寫了循環調用塊0B35和人機交互數據塊DB42。改寫完成后，進行了仿真測試，結果顯示系統工作正常。

在新的系統上，需要對風速控制進行校準。應用工程整定法，通過反復實驗，把標準風速儀測量出來的風送管道的風速值作為標準值和系統的壓差風速檢測器測出來的值相除，得到一系列不同的值，每個值又對應一組根據控制程序得出的常數和標準值，這樣就組成了該系統的風速校準參數表，以便于下次校準維護時參考。

用戶操作界面

新的風速控制系統脫離了中控的控制，各種控制參數都可以在本地進行輸入，并能實時顯示系統工作狀態。由于新的控制系統已接入卷煙機PLC，在獲得了卷煙機工控軟件IT80的廠家授權后，運用C++語言的圖形界面開發功能，把監視操作界面集成到卷煙機原監控軟件IT80上。在原系統的環境下，需要兩人配合，一人手持操作復雜的TD200控制儀，一人手持風速測量儀，才能對風速進行校準維護。而在新系統的環境下，技術人員只需要對卷煙機的觸摸屏進行簡單的操作就可以完成對風速控制的校準維護。

改進效果與總結

經過整個系統的改造，改變了原系統的DP網絡串接控制，風速控制各自獨立。從根本上避免了單機臺風速控制故障影響其他機臺的可能。在2011年11月至2012年一月的效果檢查期里，對采用新系統的三臺卷煙機進行認為故障設置測試，結果表明單個機臺風送風速系統故障不會影響其他機臺，大大提高了生產效率。

風速控制系統的狀態與控制參數寫入，直接集成在卷煙機的工控軟件IT80里面，極大了方便了系統的校準與參數設置。從維護時間的統計數據來看，新型風送風速系統的風速校準維護時間由原系統的約61分鐘縮短至約24分鐘，若每月每個機臺校正一次，全年可節約工時共256小時，使得日常維護的工作量大幅降低，工作效率得到提升，而且降低原控制系統的維護成本。

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