摘 要: 簡(jiǎn)要介紹了B1包裝機(jī)的電控系統(tǒng)改造。從硬件構(gòu)成,到軟件編程,以及工控機(jī)和PLC之間的通信協(xié)議,都有詳盡的說明。改造后的B1包裝機(jī)電控系統(tǒng)比原機(jī)增加了統(tǒng)計(jì)報(bào)表和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口,為將來(lái)車間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供了技術(shù)支持。
關(guān)鍵詞: B1包裝機(jī) PLC 觸摸屏 工控機(jī)
引言
B1包裝機(jī)組,是我國(guó)煙草行業(yè)在上世紀(jì)八十年代至九十年代從德國(guó)斯慕門公司引進(jìn)的高速軟包包裝機(jī)組。該機(jī)組目前仍然是我國(guó)很多卷煙廠的主力機(jī)型。但是,由于B1包裝機(jī)已經(jīng)使用了10多年的時(shí)間,各電子控制部件逐步老化、失效,故障率很高,有效作業(yè)率不足65%。近年來(lái),機(jī)組電氣控制系統(tǒng)缺陷日益凸顯:一方面,由于各種電路板及繼電器邏輯組件逐步老化,經(jīng)常造成機(jī)組控制系統(tǒng)紊亂、故障后不能自動(dòng)停機(jī),以及停機(jī)狀態(tài)下自動(dòng)啟動(dòng)等故障現(xiàn)象,不但嚴(yán)重影響設(shè)備有效作業(yè)率的發(fā)揮,而且存在著較大的安全隱患;另一方面,該機(jī)組的控制線路板技術(shù)含量高,一直依賴進(jìn)口,國(guó)內(nèi)沒有生產(chǎn)廠家,造成備件組織困難,且價(jià)格較高,造成維修成本上升;同時(shí),機(jī)組還存在著控制方式落后、英文顯示造成維修不便等問題。改造后的B1機(jī)組是以PLC和工控機(jī)為核心的電氣控制系統(tǒng)。PLC完成所有的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制,完成啟動(dòng)、停車、工藝流程控制、檢測(cè)等整個(gè)運(yùn)行過程。工控機(jī)作為上位機(jī),具有良好的人機(jī)界面,它的任務(wù)是進(jìn)行工控顯示、完成各種操作、運(yùn)行參數(shù)(包括溫度參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、速度參數(shù)等),并顯示詳細(xì)的故障信息,同時(shí)增設(shè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持。從而徹底解決B1機(jī)組電氣系統(tǒng)存在的問題。
1 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
1.1系統(tǒng)構(gòu)成
B1包裝機(jī)組分別由NF卸盤機(jī)、BE包裝機(jī)、RC小包透明機(jī)、FHZ大條機(jī)和NK大條透明機(jī)等五個(gè)主要部分組成。由于其各部分獨(dú)立性很強(qiáng),這種方式便于維修與調(diào)試,為了體現(xiàn)原機(jī)組的控制優(yōu)點(diǎn),改造后的電控系統(tǒng)采用BE、RC、NF、FHZ/NK四個(gè)獨(dú)立部分單獨(dú)控制和單獨(dú)顯示的方式。BE包裝機(jī)為主機(jī),其它三部分為從機(jī),各部分之間增加了信息交換功能,實(shí)現(xiàn)B1機(jī)組的整體控制,相位控制采用絕對(duì)值編碼器,從面使B1機(jī)組協(xié)調(diào)工作。B1機(jī)(以BE機(jī)為例)改造的總體框如圖1所示。
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圖1 B1機(jī)組改造總體框圖[/align]
1.2系統(tǒng)硬件選擇
(1)可編程控制器選用日本OMRON—CS1機(jī)型作為控制主機(jī),根據(jù)實(shí)際需要組態(tài)PLC,控制性能和頻率響應(yīng)滿足和符合原有邏輯和速度要求。
(2)用新電控柜替代原電控柜,重新設(shè)計(jì)布局強(qiáng)電及控制部分。
(3)溫度控制采用溫控器和PLC溫控模塊方式。
(4)BE、RC主電機(jī)選用普通交流電機(jī);其余七種較小交流電機(jī),因受設(shè)備位置限制,需與專業(yè)電機(jī)生產(chǎn)廠家定制。
(5)上位機(jī)選用液晶顯示器。
(6)取消原增量式編碼器,采用絕對(duì)值編碼器,機(jī)器位置測(cè)量更準(zhǔn)確。
2 系統(tǒng)的功能
改造后的電氣控制系統(tǒng),是以PLC和工控機(jī)為核心取代了原機(jī)組以計(jì)算機(jī)為核心的電氣控制系統(tǒng)。PLC完成所有的數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制,完成啟動(dòng)、停車、工藝流程控制、檢測(cè)等整個(gè)運(yùn)行過程。工控機(jī)作為上位機(jī),具有良好的人機(jī)界面,它的任務(wù)是進(jìn)行工控顯示、完成各種操作、運(yùn)行參數(shù)(包括溫度參數(shù)、時(shí)間參數(shù)、速度參數(shù)等),并顯示詳細(xì)的故障信息,同時(shí)增設(shè)統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口,為將來(lái)車間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持。
該機(jī)組的BE小包機(jī)和RC小包透明機(jī),原來(lái)均采用直流控制器控制的直流電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)工功能,現(xiàn)改為由變頻器帶動(dòng)異步普通系列交流電機(jī)完成驅(qū)動(dòng)功能;機(jī)組的其它7臺(tái)電機(jī),如:稅花膠缸電機(jī)、盒片膠缸電機(jī)、煙支輸送電機(jī)、煙包輸入電機(jī),大條透明紙輸送電機(jī)、煙支攪拌電機(jī),原來(lái)均為直流調(diào)速板控制的直流電機(jī),現(xiàn)全部改為相應(yīng)轉(zhuǎn)速、功率的交流電機(jī),并有變頻器完成速度控制功能。
機(jī)組的原有的四個(gè)顯示屏:NF顯示屏、BE顯示屏、RC顯示屏、NK/FHZ顯示屏,均是由計(jì)算機(jī)控制的英文模擬顯示屏,當(dāng)設(shè)備某點(diǎn)出現(xiàn)故障時(shí),個(gè)別故障點(diǎn)除有指示信號(hào)燈顯示外,基本上都是英文顯示故障名稱,沒有各種數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)功能,且故障點(diǎn)名稱顯示小,不容易觀察,給操作和維修帶來(lái)不便?,F(xiàn)全部改為由工控機(jī)控制液晶觸摸屏顯示器,顯示中文信息,完成信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),取代了英文故障點(diǎn)顯示;用工況圖實(shí)現(xiàn)各單機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控,取代單一信號(hào)燈顯示。各單機(jī)的工況顯示情況。
原NK/FHZ采用的旋鈕式溫控儀,溫度調(diào)整不準(zhǔn)確,且在設(shè)備后部,調(diào)整不方便,改為PLC溫控模塊控制溫度,并將溫度顯示與設(shè)定,連接到該機(jī)的工控機(jī)觸摸屏上,解決調(diào)整不便,調(diào)整不準(zhǔn)確的問題;而BE包裝機(jī)、RC小包透明機(jī)的溫度控制在主電控柜上,采用溫控表的控制方式,該方式調(diào)整也比較方便,在充分考慮費(fèi)用和操作工、維修工操作習(xí)慣的基礎(chǔ)上,此部分不進(jìn)行改造,保留原控制模式。
由于可編程控制器具有運(yùn)算速度快,信息儲(chǔ)存量大,可靠性高等特點(diǎn),它既有邏輯控制、計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、分支程序等功能,也有數(shù)字運(yùn)算、數(shù)據(jù)處理、模擬量調(diào)節(jié)、操作顯示、聯(lián)網(wǎng)等功能,因此,增加了各種數(shù)據(jù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能,如廢品煙支、煙包剔除數(shù)量、各種故障點(diǎn)出現(xiàn)次數(shù)、班產(chǎn)量等數(shù)據(jù),均可直接統(tǒng)計(jì),并可與遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。
3 系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu)
軟件部分是整個(gè)B1民裝機(jī)改造成的重要組成部分,軟件編程采用WINDOWS98(2000)界面下的SYSMAC C200HX軟件,用戶利用它可以實(shí)現(xiàn)以下功能:程序的輸入及編輯;程序檢查;PLC運(yùn)用時(shí)的數(shù)據(jù)、狀態(tài)的監(jiān)控;系統(tǒng)寄存器和PLC系統(tǒng)各種參數(shù)的設(shè)置。軟件還提供了三種編程方式:符號(hào)梯形圖,布爾梯形圖,布爾非梯形圖。其程序流程圖如圖2所示。
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圖2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖[/align]
除了主程序以外,軟件部分還采用了大量的子程序。以BE機(jī)為例有:
(1)中斷子程序;
(2)相位處理子程序;
(3)速度控制子程序(6個(gè)電機(jī));
(4)輸出控制器子程序;
(5)推顯方式子程序。
4 人機(jī)界面
B1機(jī)控制系統(tǒng)的人機(jī)界面要求操作簡(jiǎn)單,易于理解。為此,我們?cè)O(shè)計(jì)了下面8個(gè)層面
4.1用戶管理
用戶輸入密碼后,按“回車”鍵(或按照屏幕提示按F8鍵,或用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“確認(rèn)”按鈕)確認(rèn)。如果密碼錯(cuò)誤,系統(tǒng)會(huì)給出提示,并請(qǐng)用戶重新輸入;如果密碼正確,將直接進(jìn)入“工況圖”。
4.2工況圖
工況圖用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)BE包裝機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。圖的右下角是故障顯示區(qū)。當(dāng)出現(xiàn)故障或者故障排除時(shí),相應(yīng)的指示燈會(huì)出現(xiàn)明滅變化,同時(shí)故障顯示區(qū)會(huì)顯示當(dāng)前故障信息或者將已排除的故障信息從顯示區(qū)中清除。
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圖3工況圖[/align]
4.3參數(shù)設(shè)置
“參數(shù)設(shè)置”窗口用來(lái)實(shí)現(xiàn)33個(gè)角度相關(guān)參數(shù)和11個(gè)其他參數(shù)的設(shè)置。
4.4控制
“控制”窗口主要實(shí)現(xiàn)對(duì)“油泵”、“真空泵”、“電熱”、“檢測(cè)”、“上游機(jī)”、“下游機(jī)”的開/關(guān)狀態(tài)控制。
4.5調(diào)試
在“調(diào)試”界面中,用戶可以查看移位寄存器、IR以及空頭調(diào)試時(shí)的狀態(tài)。
4.6統(tǒng)計(jì)
統(tǒng)計(jì)窗口主要實(shí)現(xiàn)對(duì)故障信息的統(tǒng)計(jì)分析與顯示。
5 結(jié)論
5.1降低故障率,提高了有效作業(yè)率
對(duì)BE小包機(jī)的RC小包透明紙包裝機(jī)的改造,由于在設(shè)計(jì)原理上剔除了原機(jī)上故障率較高而又價(jià)格昂貴的幾塊主板,使故障發(fā)生率大大降低。對(duì)FHZ、NK條包部分的改造,用PLC替代了以往的邏輯線路板,可以大大減少故障發(fā)生率。機(jī)組運(yùn)行7個(gè)月以來(lái),設(shè)備有效作業(yè)率平均為82%,較原來(lái)的65%提高了17個(gè)百分點(diǎn),改造效果比較明顯。
5.2方便了故障的檢查和排除
重新設(shè)計(jì)的上位機(jī)界面,是完全漢化的。在軟件的設(shè)計(jì)、開發(fā)過程中,一方面,盡量把所有的故障都給出詳細(xì)、準(zhǔn)確的提示;另一方面,各種參數(shù)修改方便。對(duì)于操作維修人員來(lái)說,當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí),只要根據(jù)界面提示,就可以迅速準(zhǔn)確的判斷出大多數(shù)故障位置并立即排除。
5.3降低了備件成本
新設(shè)計(jì)的電控系統(tǒng)采用了市場(chǎng)上通用的電器元件,絕大多數(shù)備件都可以從國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上直接采購(gòu),所有的備件都比原來(lái)電控系統(tǒng)備件價(jià)格低,可以節(jié)約維修費(fèi)用,降低備件成本。
5.4具有很強(qiáng)的擴(kuò)展功能
該系統(tǒng)軟件的統(tǒng)計(jì)報(bào)表功能和預(yù)留的網(wǎng)絡(luò)接口,為將來(lái)車間的網(wǎng)絡(luò)化管理及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集提供技術(shù)支持。
5.5具有很好的推廣應(yīng)用價(jià)值
據(jù)了解,全國(guó)共擁有德國(guó)進(jìn)口B1軟包包裝機(jī)組190多套,大部分是在1988年到1994年購(gòu)進(jìn)的,設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng),電氣控制系統(tǒng)處于老化、失修狀態(tài),若將該項(xiàng)目在全行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用,則將提高我國(guó)B1機(jī)組的整體作業(yè)率水平。
參考文獻(xiàn)
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