基于網絡流量監控的切絲機控制系統改造

石懷忠，張勝利，王德吉，李文偉

（1.河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠，河南 安陽 455004）

（2.河南中煙工業有限責任公司，河南 鄭州 450008）

（3.中國煙草總公司職工進修學院，河南 鄭州 450008）

基于網絡流量監控的切絲機控制系統改造

石懷忠1，張勝利2，王德吉3，李文偉1

（1.河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠，河南 安陽 455004）

（2.河南中煙工業有限責任公司，河南 鄭州 450008）

（3.中國煙草總公司職工進修學院，河南 鄭州 450008）

為保障切絲機電控系統的正常運行，對切絲機電控系統改造，用西門子S7 300系列PLC和Wincc Flexible觸摸屏替代西門子基于PC的SIMATIC WinAC，并對切絲機壓實器使用的集成變頻器的電機進行改造。改造后，切絲機電控系統運行穩定，動作響應速度快，原電控系統啟動慢、死機等問題得到了根本解決，同時消除了切絲機壓實器使用的集成變頻器的電機產生的高次諧波，避免了對鄰近的金屬探測儀造成干擾。使切絲機電控系統完全可滿足生產工藝要求，切實提高了在制過程的穩定性，保證了煙絲質量。

基于PC的SIMATIC WinAC；高次諧波；金屬探測儀

切絲工序是制絲生產線的關鍵工序，其在生產過程中斷料將嚴重影響煙絲質量。據統計電氣故障是造成斷料的主要原因：其一，SQ34型曲刃水平滾刀式切絲機的原控制系統采用了西門子公司的基于PC（個人計算機）的SIMATIC WinAC。因PC機長期運行且工業現場環境的惡劣，造成PC機系統啟動慢，死機等現象，在生產過程中無法對設備進行及時操作和調整，致使設備存在嚴重安全和質量隱患。采用多種措施后[1~3]，仍不能解決PC機系統啟動慢，死機等現象。故采用可編程序控制器PLC來替代基于PC的SIMATIC WinAC，來實現對切絲機的控制[4]。PLC具有啟動快、響應時間短及高可靠性等特點，適用于干擾環境的工業現場中。其二，切絲機的壓實器使用的是集成有變頻器的電機，其變頻部分采用PWM（脈沖寬度調制）技術，當工作于開關模式且作高速切換時，產生大量高次諧波成分。高次諧波對鄰近的金屬探測儀造成嚴重干擾，使其不能正常工作。在對金屬探測儀電控系統采取隔離、濾波、屏蔽、接地等措施后[5~6]，其受到的干擾仍得不到有效解決。對于治理變頻器干擾，將干擾源和受干擾系統分隔至安全距離是抑制干擾的最有效的方法。

1 存在問題和原因分析

1.1 電控系統

在切絲機電控系統上電后的啟動過程中，啟動時間每次至少需要30分鐘以上，在這30分鐘的啟動過程中操作人員還不得觸摸PC機上的任何按鍵，否則PC機觸摸屏上會出現“系統無法響應”的報警提示，帶來系統無法繼續自檢啟動的現象，此時，只有重新下電再次重啟PC機，繼續等待30分鐘，啟動過程緩慢嚴重影響了生產的正常運行，耽誤了寶貴的生產時間。在生產過程中，PC機會經常出現死機的現象，畫面無法操作，造成PC機上的所有按鍵按下后均無響應，無法對刀輥電機、排鏈電機等電機的啟停進行控制，無法對刀門高度、氣缸壓力、切絲寬度等參數進行調整，直接影響產品的質量，存在嚴重的質量隱患和安全隱患。

切絲機電控系統采用西門子公司的基于PC的SIMATIC WinAC插槽式PLC控制，已使用8年，由于PC機逐年老化，啟動時間長。WinAC插槽式PLC受制于PC機，由于PC機的頻繁死機，造成電控系統已無法正常使用。

1.2 變頻干擾

位于切絲機前面的金屬探測儀受到嚴重干擾，金屬探測儀頻繁出現誤動作或不動作現象，造成金屬進入切絲機內，致使刀片非正常損耗，且對切絲機刀輥的沖擊較大，造成刀輥動平衡不穩定，同時金屬未剔除，打壞刀片后出現的斷料現象也嚴重影響了產品質量。

經分析，認為金屬探測儀的傳感器附近存在電磁干擾源。排查后發現距金屬探測儀一米之處，有裸露在外的切絲機壓實器上集成變頻器的電機，其變頻器工作時產生的高次諧波，通過電磁輻射對切絲機前的金屬探測儀產生嚴重干擾。若從源頭抑制干擾源的產生，則可消除其對金屬探測儀帶來的影響，因此需對切絲機的壓實器集成變頻器的電機進行改造。

2 改進內容

2.1 電控系統

2.1.1 PLC替換

采用西門子300系列PLC及模塊代替原PC機的WinAC插槽式PLC，替代過程如圖1所示，并將原控制系統的程序移植到新的控制系統中。

圖1 硬件組態圖

2.1.2 畫面替換

采用Wincc Flexible組態的HMI產品[7]代替原PC機顯示畫面，共新開發四個Wincc Flexible監控操作畫面，繼承原操作畫面功能，四個操作畫面可以對切絲機具備的所有功能進行操作調整，其主畫面如圖2所示。

圖2 切絲機操作主畫面

2.2 壓實器變頻電機

由于裸露在外的切絲機壓實器上集成變頻器的電機產生干擾，本著消除干擾源的原則，對集成變頻器的電機接線方式進行改造，使產生干擾的變頻器部件失效，徹底消除其對距離1米遠的金屬探測儀造成的輻射干擾。壓實器使用集成變頻器的電機變頻功能喪失后，為使其具備變頻調速的功能，在切絲機電控柜內安裝丹佛斯2800型號變頻器[8]，如圖3所示，以代替壓實器電機的變頻部件運行，并將其按照規范接入PROFIBUS-DP網[9-10]，在主畫面上增加此變頻器設定參數，如圖4所示，保障正常生產。

圖3 硬件新加丹佛斯2800型號變頻器

圖4 主畫面上增加變頻器設定參數

3 取得效果

切絲機電控系統改造使用后，動作響應快，完全可滿足生產工藝要求，克服了PC機啟動緩慢、反應遲鈍、死機等故障，解決了金屬探測儀受干擾無法正常工作的情況，同時保持了操作界面所有功能，使操作工能很快適應新畫面的操作。本次改造，消除了因切絲機電氣故障造成的切絲工序斷料次數，每次斷料將導致煙絲報廢200kg，在制過程煙絲按60元/kg計算，按照以前統計的切絲工序每月因電氣故障平均斷料5次計算，200×60×5×12=72萬元，故全年減少報廢煙絲價值共計72萬元。

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Modification of the Electrical Control System of Tobacco Cutter

To ensure the normal operation of tobacco cutter's electrical control system, the electrical control system is modified. The PC-based SIMATIC WinAC is replaced by the S7 300 PLC of Siemens and the Wincc Flexible touch screen. The integrated inverter motor used by compactor of the cutter is upgraded. After the modification, the electrical control system of the cutter operates stably and responds quickly. The previous problems existing in the old electrical control system such as slow booting speed and crash are solved fundamentally. The high order harmonic produced by the integrated inverter motor is therefore eliminated, which protects neighboring metal detectors from being interfered. The modified electrical control system of the cutter fully can meet the requirements of productive technology, truly increases stability of production process and guarantees the quality.

SIMATIC WinAC based on PC; Higher harmonic; Metal detectors

B

1003-0492(2015)02-0082-02

TP273

石懷忠（1970-），男 河南安陽人，高級技師，大專，現就職于河南中煙工業有限責任公司安陽卷煙廠，主要研究方向為電