PLC在梗絲分離機控制系統中的應用

李欣 于衛華

摘 要：文章介紹了西門子S7-200PLC和昆侖通泰觸摸屏在梗絲分離機自動控制系統中的應用，主要分析了PLC控制系統的硬件配置方案、軟件設計思想和程序結構，設備投產后證明該系統是穩定可靠的。

關鍵詞：梗絲分離機；PLC；STEP-MW；MCGSE

中圖分類號：TM571.61 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2014）24-0033-02

如何減少煙支中的含梗簽率，提高卷煙的內在質量，卷煙機生產中打出了較多的梗簽，同時也包含有煙絲。針對上述問題，對卷煙機剔出的梗簽、煙絲混合料采用單體梗簽煙絲分離機處理，可以較好地解決這一難題。該單體設備具有體積小、重量輕、所耗動力少和分離率高等優點，可以降低卷煙成本，提高卷煙質量，是目前煙廠降低單箱耗絲的主要輔助設備。我們采用西門子S7-200PLC可編程控制器和智能儀表來組成下位機，實現對工藝設備的數據采集及處理，上位機采用昆侖通泰的TPC7062K系列的觸摸屏，實現整個設備的畫面監測、參數設定和指令控制等功能。該系統具有可靠性高、控制性能優越、管理功能完善等優點，對指導工藝及設備的正常運行，提高自動化控制發揮了重要作用。

1 工藝流程

設備工藝流程圖如圖1所示。

煙機開始工作后，給料機啟動運行，運行30 s后，鼓風機開始運行。煙機產生的煙梗和煙絲的混合物，進入進料器，鼓風機把梗絲混合物吹入到梗絲分離塔中，經過梗絲分離塔分離后的煙梗自由落下來，進入煙梗收集器中，分離后的煙絲被吹入到煙絲收集器中。鼓風機的回風管，從煙絲收集器中抽走空氣，煙絲自由落下，通過給料機輸送出來，送回卷煙機，重復利用。

分離后的煙絲量粗略計量，是通過兩個物位計來實現的，具體過程如下：計量程序啟動后，首先關閉給料機，等待落下來的煙絲堆積到低物位計位置時，開始計時，等待煙絲堆積到高物位計有效時，計時結束，打開給料機，繼續正常下料。高低物位計之間的煙絲重量通過反復測試，基本上是穩定的，收集此重量的煙絲需要的時間計量出來，就可以計算出在這一時間段中的每秒煙絲重量，從而可以得出該設備運行一段時間內分離出來的煙絲總重量。

鼓風機和給料機采用變頻控制。鼓風機采用變頻控制，用來調節鼓風機的出風量，可以使梗絲分離器工作在最佳狀態，出風量過大會造成煙絲中含有煙梗。給料機采用變頻控制，用來調節煙絲出料量，給料速度過大，會導致煙絲碎末現象。另外采用變頻控制還可以根據卷煙機的產量，調節本設備的煙絲分離量，避免進料器堵塞。

2 系統的硬件組成

由于該設備工藝簡單，所以參與控制和監視的設備比較少，根據工藝要求主要有：鼓風電動機、給料電動機、鼓風機出風處出口壓力值、鼓風機回風處壓力值、梗絲分離塔與煙絲收集塔之間的壓力值、報警燈、高物位計和低物位計，其中鼓風機和給料機采用變頻控制。

對控制系統的主要設備進行選型：PLC選用西門子的S7-200系列，系統的硬件系統如圖2所示。西門子S7-200PLC的優點主要有：運行穩定，使用簡單方便，價格便宜，很適用于小型控制系統。觸摸屏采用昆侖通態的TPC7062系列。設備外形尺寸整體比較小，考慮到與設備整體協調，又不影響操作和觀察，最終觸摸屏規格選擇為7寸的。由于該設備處于研發階段，調試過程中，許多參數需要進行優化調整，因此選用帶雙通訊口的CPU224XP。變頻器選用臺達品牌的VFD-EL系列。鼓風電動機的功率為0.9 kW，給料機的功率為0.12 kW，功率比較小。壓力傳感器選用南京宏沐品牌的HM30系列。壓力傳感器的量程根據實驗階段測試的數據來確定。物位計選用歐姆龍品牌的E3X系列。由于煙絲為小直徑的棍狀物體，密集下落會造成普通物位計的誤動作，選用歐姆龍的E3X系列的物位計，動作值為光通量參數值，根據采集到的光通量來動作。這樣設定好煙絲累積到物位計時的光通量動作值，就不會導致誤動作。電氣元器件選用施耐德品牌。

由于卷煙機車間中的工作環境為恒溫恒濕，所以設備控制箱的外殼防護等級為IP56，設備顏色與卷煙機外殼顏色一致，與車間整體環境相協調。

3 控制系統實現的功能

根據設備的特點及以往系統的開發經驗，可把系統的控制功能實現分為上位機實現和下位機實現，下面將依次分別介紹。

3.1 下位機PLC控制系統的功能實現

①按鈕手動操作。

②觸摸屏手動操作。

③系統全自動三種方式。

前兩種方式一般只在設備調試或維修時使用，系統主要以全自動操作方式為主。在全自動運行方式下，設備中的鼓風機和給料機的開、停，各種工況的切換都由可編程控制器按照預先編制的程序自動生成，不需要操作人員干預，設備的運行情況由PLC系統監視。

3.2 觸摸屏監控系統的功能實現

①提供工藝過程參數檢測流程圖等動態畫面顯示設備運行參數和控制回路參數操作畫面。

②進入和退出系統的口令保護，以免非工作人員進入系統或隨意中斷運行中的系統。

4 系統的軟件設計

下位機用戶程序是在基于SIEMENS公司的STEP7 Micro

WinV4.0軟件平臺上完成站址的分配以及用戶程序的設計開發的。用戶程序采用模塊化設計，便于程序的調試及維護，主要有主程序、自動運行程序、計量采樣程序和故障報警程序。在OB1中編寫主程序用于調用其他子程序，編寫傳感器轉換程序把過程量轉換成物理量和電動機啟停程序等。

觸摸屏的軟件平臺采用昆侖通態的MCGSE組態環境，在計算機上完成組態并模擬測試合格后，通過數據線下載到觸摸屏中，可以實現想要的功能。在計算機上完成的組態主要有根據點表及編程中使用的內部點建立數據庫，與S7-200PLC的通訊程序的配置、畫面中動畫的制作、動畫與內部點的連接等。

上位機軟件界面如圖3所示。

5 結 語

帶自動控制系統的梗絲分離機投入使用以來，不需要配備操作人員，設備耗動力小，增加設備不增加運行成本。設備具有調試簡單、操作方便、使用安全、運行可靠、效率高、故障率低等特點，同時系統內元器件均采用模塊化結構，方便了工程技術人員的安裝、調試和維修，帶來了很好的社會效益和經濟效益。

參考文獻：

[1] 謝克明，夏路易.可編程控制器原理與程序設計[M].北京：電子工業出版社，2002.

[2] 齊蓉主.最新可編程控制器教程[M].西安：西北工業大學出版社，2000.