PLC在ZJ19卷接機組靠攏輪升降控制中的應用

李世華　魏建紅　王和

摘 要：作為一種新型控制系統，PLC（可編程邏輯控制器）可以廣泛地應用在ZJ19卷接機組靠攏輪升降控制中。通過實時監測ZJ19卷接機組靠攏輪升降的工作流程和分析原邏輯閥控制存在的弊端，本文重點介紹了用PLC及電磁氣閥替代原邏輯閥電路和程序的改造方法。

關鍵詞：ZJ19卷接機組;靠攏鼓升降;PLC

中圖分類號：TS43 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）32-0023-03

The?Application?of?PLC?in?the?Lifting?Control?of?the

Close-wheel?of?the?ZJ19?Coiling?Unit

LI?Shihua WEI?Jianhong WANG?He

（Luoyang?Cigarette?Factory?of?China?Tobacco?Henan?Industrial?Co.，?Ltd.，Luoyang?Henan?471003）

Abstract：?As?a?new?type?of?control?system，?PLC?（Programmable?Logic?Controller）?can?be?widely?used?in?the?ZJ19?coiling?unit?lifting?wheel?lifting?control.?Through?real-time?monitoring?of?the?working?process?of?ZJ19?coiling?unit?lifting?wheel?lifting?and?analyzing?the?disadvantages?of?the?original?logic?valve?control，?this?paper?focused?on?the?transformation?method?of?replacing?the?original?logic?valve?circuit?and?program?with?PLC?and?electromagnetic?valve.

Keywords：?ZJ19?coiling?unit;lifting?drum;PLC

PASSIM卷接機組是一種高速卷接設備，由英國MOLINS公司設計制造。后來，許昌煙機廠引進設備制造技術，進行批量生產，將其正式命名為ZJ19卷接機組。目前有進口和國產兩種來源，但其結構與性能基本相同。該機組整機性能較好，自動化程度較高，是當前我國煙草行業中卷接設備的主力機型之一。隨著電氣技術的發展，該機原設計的一些不足逐步顯現，如后身的驅動方式、靠攏輪升降和盤紙接紙驅動方式、卷煙緊頭跟蹤等。

ZJ19卷接機組靠攏輪升降控制由邏輯氣路實現，靠攏輪升降邏輯控制氣路主要用于控制靠攏輪的升降以及搓板的定位鎖緊與清理。使用期間，壓縮空氣中不可避免地存在一些雜質和水分，導致邏輯閥使用壽命縮短，無法修復。邏輯閥訂貨周期長、價格昂貴，氣路煩瑣，難以快速查找故障，維修不便。為了降低維修費用，減少故障維修時間，提高設備有效作業率，進行PLC控制改造勢在必行。

1 靠攏輪升降控制簡介

1.1 靠攏輪邏輯氣路工作流程

靠攏輪邏輯氣路將氣壓供給靠攏輪邏輯矩陣電磁閥的邏輯開關、操作搓板鎖緊氣缸及靠攏輪升降氣缸。接口氣壓不可調節，不被控制。操作時，按下靠攏輪升降氣動按鈕。靠攏輪升降邏輯控制板由雙穩元件、非門元件、電磁閥及集成板塊組成[1]。靠攏輪邏輯氣路如圖1所示。其中，A、B、C、D為非閥;E為單向節流閥;F、G為雙穩元件;H為兩位三通電磁閥;I為氣動按鈕;J為搓板松緊氣缸;K為靠攏輪升降氣缸。

1.2 靠攏輪升降工作流程

當接裝機前門、濾棒料斗聯鎖斷開時，電磁閥H斷電，消除非門元件D的輸入信號，以便允許主氣壓經過管7到達氣動按鈕I。當按下按鈕時，主氣壓經管6到達雙穩元件G的輸入端Y，從S0輸出端壓縮空氣經管4到達氣缸J的正端（氣缸J是一種特殊氣缸，它有3個端口，N口在行程中間），使氣缸移到負位，以釋放搓板鎖緊。雙穩元件G的S1端消除非門元件B的信號，以允許壓縮空氣通到雙穩元件F處，F允許壓縮空氣經管2到達氣缸K，使氣缸移到負位，以降下靠攏輪。此時，非門元件A的信號消除，允許壓縮空氣通過A和單向節流閥E，以通氣清理搓板L。

當接裝機前門、濾棒料斗聯鎖完好時，電磁閥H通電，以允許主氣壓到達雙穩元件G的X輸入端，從S1輸出端壓縮空氣經管3到達氣缸J的負端，使氣缸移到正位，將搓板鎖緊。當氣缸J的活塞到達一定預定位置時，壓縮空氣經管8通到非門元件C的主氣源端。雙穩元件G的S0端輸出消除非門元件C的信號，允許管8的壓縮空氣到達雙穩元件F的X端，允許壓縮空氣由F的S1輸出端經管1到達氣缸K的負端，使氣缸移到正位，抬起靠攏鼓輪。機器可以正常運行。如果搓板沒有正確定位或還在拉出位置，氣缸J的活塞不會超過N點，經管8無氣，靠攏輪就不會上升。

1.3 工藝流程要求

靠攏輪升降邏輯控制氣路主要用于控制靠攏輪的升降以及搓板的定位鎖緊及清理[2，3]。其邏輯功能是保證靠攏輪在一定條件下才能升降，它與搓板定位氣缸、清理管路及靠攏輪升降氣缸構成了邏輯關系。在靠攏輪未降下之前，搓板被定位鎖緊氣缸定位且不能拉出。當機器連鎖防護裝置打開后，按動搓板座上的氣動按鈕，邏輯程序才允許鼓輪下降，搓板定位取消，清理管路接通，搓板可以拉出。

從工作流程可以看出，靠攏輪升降系統主要由邏輯氣路控制實現，而用PLC來實現這些功能是很簡短的事情，只需要加裝搓板鎖緊邏輯氣檢測即可。

2 改造方案

2.1 改造目的

通過對靠攏輪升降控制邏輯氣路進行改造，在盡可能利用現有設備的基礎上，以PLC軟件邏輯控制代替邏輯氣路邏輯矩陣控制，達到升降控制流程要求，并能安全可靠運行，維護簡單，維修方便快捷，以降低改造成本，減小故障可能，減少設備維修費用，提升設備有效作業率，提高運行經濟效益。

2.2 改造方案

為了降低改造費用，保留原靠攏輪升降氣缸和搓板鎖緊氣缸，繼續使用。使用一個氣壓檢測開關檢測8號氣管氣壓，以確認搓板是否在原位。去除原機氣動按鈕，改用電器按鈕，將一個常開觸點信號作為降下靠攏輪請求信號送入可編程控制器。拆除原機邏輯氣路，選用PLC和雙控電磁閥，在PLC內部編程實現邏輯控制，由PLC輸出信號驅動電磁閥動作，完成靠攏輪升降、搓板松緊功能。

2.3 設備選擇

根據改造需要，添加PLC可編程控制器1臺，按鈕1個，氣壓檢測開關1個，兩位五通雙控電磁閥2個。PLC可編程控制器選用西門子S7-200?CPU?222AC＼DC＼RLY，按鈕選用常開觸點型，氣壓檢測開關選用SMC電子式氣壓檢測開關，電磁閥選用2個日本SMC生產的型號為SY5220-5DZ-C6雙線圈電磁閥。

3 工程實施

3.1 硬件操作

根據整個流程的控制要求，確定需要的設備及數量，畫出主氣路圖，接著根據主氣路圖，繪制控制電路圖。靠攏輪升降控制主氣路圖如圖2所示。其中，YV1為靠攏輪升降雙向控制電磁閥;YV2為搓板松緊雙向控制電磁閥;S1為氣壓檢測關。控制電路圖如圖3所示。其中，YV1-1為靠攏鼓升;YV1-2為靠攏鼓降;YV2-1為搓板鎖緊;YV2-2為搓板松開;SB1為下降按鈕;S1為氣壓檢測開關;12A26S1.PA為前門聯鎖開關。

PLC?220VAC交流電源和輸出直流24V電源引用自機器電柜，并分別由原機斷路器控制;輸入直流電源第一組輸入使用S7-200自帶24VDC/400MA傳感器電源，第二組輸入使用原機聯鎖24VDC電源。PLC接線時，要將兩組輸出的公共端1L、2L短接后連接機器24VDC，PLC有輸出則24V加到電磁閥線圈，回到機器0V，構成電流閉合回路。第一組輸入使用S7-200自帶24VDC/400MA傳感器電源，注意將第一組輸入的公共端1M和M端短接，傳感器24V?L+經按鈕和壓力開關接到各自輸入點I0.0、I0.1;第二組輸入公共端2M接機器聯鎖的0V，聯鎖24V電源經前門聯鎖開關861#線進入輸入點I0.4。

拆除原邏輯閥，安裝電磁閥、氣壓檢測開關、靠攏輪升降開關、接線端子、對照改造氣路圖接好氣管，按照電氣原理圖接好線，靠攏輪升降改造硬件安裝完畢。

3.2 軟件實施

根據原理圖，確定輸入輸出元件地址分配，S7-200?PLC?I/O地址分配如表1所示。

根據PLC可編程控制器的I/O地址分配，按照靠攏輪升降控制工作流程的工藝要求編制出梯形圖，打開接裝機前門（或濾棒）聯鎖，I0.4失電，按壓靠攏輪升降按鈕（SB1）保持I0.0得電至少2s，Q0.3得電，搓板松開，Q0.1得電，靠攏鼓下降。抽出搓板，進行清理，工作完畢，恢復搓板到原位。此時，氣壓檢測開關應檢測到邏輯氣存在，I0.1有輸入;關閉好接裝機聯鎖，I0.4得電，PLC輸出Q0.0得電，靠攏鼓升起，Q0.2得電，搓板鎖緊。

將梯形圖輸入PLC可編程控制器，通電模擬各種輸入狀態，檢查輸出信號是否正確。

3.3 調試

接通電源前，先檢查接線是否正確。斷開各斷路器，測量各驅動電路和控制電路有無短路及接地故障，如有應先排除。檢查接線無誤后，兩氣缸先不接氣管，接通PLC電源和控制電路電源，模擬運行中各種工況，查看PLC各輸入和輸出是否正常，按鈕、聯鎖開關、氣壓開關是否正常，各電磁閥動作是否正常，發現問題及時解決。確定正常后，插好氣缸氣管，檢查測試各氣缸動作是否正常，靠攏輪升降是否正常，搓板松緊拉出是否正常，如有問題一一解決。經過幾個循環測試，確認正常，符合控制流程要求后，指導操作人員掌握具體操作過程和各種應急處理方法，再監測一段時間，沒有問題即可投入使用。

4 結語

在洛陽卷煙廠3#、6#機組改造后，靠攏輪升降功能與原邏輯閥控制完全一致，而且改造成本低，工作運行可靠，維護維修簡便。以后維修中只需要更換電磁閥，降低了維修工時和成本，提高了設備有效作業率，該改造方法具有推廣價值。

參考文獻：

[1]西門子.SIMATIC?S7-200?可編程序控制器系統手冊[Z].2008.

[2]吳中俊，黃永紅.可編程序控制器原理及應用[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3]孫志強，韓李利.ZJ19型卷接設備電器維修[M].鄭州：河南科學技術出版社，2014.