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    一、概述

    在我國煙草行業引進的包裝設備中,意大利GD公司生產的GDX系列包裝機占有相當大的比例,已成為目前國內各個煙廠的主流包裝機,早期引進的GD包裝機的電控系統為FZ系統,主要采用78塊邏輯線路板作為其主控設備,隨著計算機系統在工業自動化中的推廣運用,邏輯電路控制方式的缺點就顯而易見,可簡單地概括如下：

    1、故障率高

    由于機器已長期運行,同時采用的都是分立元件的線路板,線路及器件的老化導致高故障率。例如原機邏輯控制板，隨著元件的老化，經常容易產生誤動作，拆下來放置一段時間重新裝上有時又好了，從而使得技術人員無法查找分析故障原因，給維修帶來很大的不便。

    2、保養及維修困難

    由于采用的是分立元件線路板控制，因而當發生故障時就會出現維修困難的現象，且線路板采用的是GD公司自己生產的，一旦發生故障，備品備件依賴于進口，費用較高且周期長。GD公司已通知各家煙廠以后不再提供老式FZ電控系統備件。

    3、故障無法及時準確確認

    由于FZ系統采用線路板控制,人機界面陳舊,僅僅依靠面板上的指示燈顯示出故障,所以當機器出現故障時,無法立即準確的顯示故障,生產率低,而且許多生產數據也無法顯示出來。

    4、開放性差

    由于采用邏輯電路控制方式,其數據采集無法采用通訊等基于軟件的方法解決,且無計算機網絡接口,無法進行數采聯網。

    5、通用性差

    原機采用的軟硬件都不是通用的產品，例如大部分都用的是線路板產品，使得用戶在器件選購、軟件更改、系統分析等都方面帶來不便。

    鑒于以上情況，大樹智能科技（南京）有限公司設計開發出了三種GD包裝機PLC控制系統，第一種控制系統（現場總線型）采用德國西門子公司高性能的S7-400PLC作為控制系統的核心部分，用INTERBUS總線作為整個現場設備與控制器之間的數據樞紐，并且采用SIEMENS液晶彩色觸摸屏作為上位機,完成整個機組的故障、速度、生產數據顯示。第二種控制系統（保留電柜型）采用德國西門子公司高性能的S7-400PLC作為控制系統的核心部分，并且采用SIEMENS液晶彩色觸摸屏作為上位機，保留原電控柜及接插件引線。第三種控制系統（普通型）采用德國西門子公司高性能的S7-400PLC作為控制系統的核心部分，用液晶彩色觸摸屏作為上位機完成整個機組的故障、速度、生產數據顯示。

    二、三種改造方式各自的優點

    第一種控制系統（現場總線型）的優點：

    1）故障率低

    該控制系統采用SIEMENSS7-400PLC，同時加以INTERBUS現場總線，輔以SIEMENS觸摸式工控機構成。由于PLC控制器具有防塵、防震、抗干擾等優點，所以大大提高了系統性能，平均無故障時間可達十萬小時以上；INTERBUS總線具有開放的網絡協議，同時強大的診斷功能是Interbus區別于其它總線所獨有的。獨立的診斷程序提供了詳細的故障信息（故障地址、故障類型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供了用戶程序處理故障信息的工具，控制板3行16段LCD顯示器直觀醒目。故障歷史記錄和準確的故障地址為快速排除故障提供了保障，保證系統故障停機時間最短。

    2）操作直觀、方便

    上位機采用SIEMENS觸摸式工控機，加以INTOUCH7.1工控組態軟件設計成全漢化的計算機人機界面，方便操作人員了解設備狀況，修改工藝參數，查詢產量和材料消耗等，同時有故障顯示、報警功能。

    3）維修方便

    由于PLC系統采用的都是國際上通用的軟、硬件，便于工廠技術人員掌握，同時備品備件可在國內選購。不再象原機備件一樣受制于人。

    4）開放性好

    由于新控制系統軟硬件均采用國際通用產品，具有很強的開放網絡接口，可支持INTERBUS總線、PROFIBUS總線、CAN總線、D-NET總線等國際標準協議，大大方便數據采集聯網功能。

    5）軟件儀表增強可靠性

    溫度控制采用PLC-PID控制模塊軟件算法控制，大大加強可靠性、準確性，使操作更直觀。用軸編碼器裝置替代原凸輪相位控制，使系統更加穩定、維修更加方便。

    6）主電機采用變頻調速

    用SEW公司三相異步電動機代替原直流主電機，同時用英國CT公司變頻器進行調速，使系統運行更可靠、操作更方便。

    第二種控制系統（保留電柜型）的優點

    1）節約成本

    由于原許多設備改造后，電控柜被直接取代，舊電控柜被丟置一邊，同時原來電柜中一大部分低壓電器是可用的，直接丟棄將造成很大的浪費。鑒于許多煙廠在改造中存在資金合理化分配的問題，為節約成本，新控制系統保留原電控柜、低壓電器、溫控儀表以及各接插件引線，只是將原線路板用SIEMENSS7400PLC替代！

    2）故障率低

    該控制系統采用SIEMENSS7-400PLC，輔以SIEMENS觸摸式工控機構成。由于PLC控制器具有防塵、防震、抗干擾等優點，所以大大提高了系統性能，平均無故障時間可達十萬小時以上；故障歷史記錄和準確的故障地址為快速排除故障提供了保障，保證系統故障停機時間最短。

    3）操作直觀、方便

    上位機采用SIEMENS觸摸式工控機，加以INTOUCH7.1工控組態軟件設計成全漢化的計算機人機界面，方便操作人員了解設備狀況，修改工藝參數，查詢產量和材料消耗等，同時有故障顯示、報警功能。

    4）維修方便

    由于PLC系統采用的都是國際上通用的軟、硬件，便于工廠技術人員掌握，同時備品備件可在國內選購。不再象原機備件一樣受制于人。同時原低壓電器及引線保留，維護人員不用重新熟悉圖紙，大大減少現場工作量。

    5）開放性好

    由于新控制系統軟硬件均采用國際通用產品，具有很強的開放網絡接口，可支持INTERBUS總線、PROFIBUS總線、CAN總線、D-NET總線等國際標準協議，大大方便數據采集聯網功能。

    6）主電機采用變頻調速

    用SEW公司三相異步電動機代替原直流主電機，同時用英國CT公司變頻器進行調速，使系統運行更可靠、操作更方便。

    第三種控制系統（普通型）的優點

    1）故障率低

    由于PLC控制器具有防塵、防震、抗干擾等優點，所以大大提高了系統性能，平均無故障時間可達十萬小時以上。

    2）操作直觀、方便

    全漢化的計算機界面，方便操作人員了解設備狀況，修改工藝參數，查詢產量和材料消耗等，同時有故障顯示、報警功能。

    3）維修方便

    由于PLC系統采用的都是國際上通用的軟、硬件，便于工廠技術人員掌握，同時備品備件可在國內選購。

    三、三種改造方式各自的特點

    1.系統總線型

    采用高性能的西門子S7-400PLC作為控制系統的核心部分，用INTERBUS總線或PROFIBUS總線作為整個現場與控制器之間的數據樞紐，并采用SIEMENS液晶彩色觸摸屏作為上位機，完成整個機組的故障、速度及生產數據顯示。改造后整機控制功能達到或部分超過原設計指標，整機總體性能優于改造前。

    在輸入、輸出設計方面，各種傳感器和操作按鈕等檢測信號根據現場情況一部分經INTERBUS或PROFIBUSI/O模塊組到PLC，一部分直接送至PLC電柜。執行機構的控制信號同樣根據現場情況一部分由INTERBUS或PROFIBUSI/O模塊組輸出，一部分由PLC直接控制。繼電器、斷路器等低壓電器安裝在主動電柜中。功能完善，安裝方便。凸輪控制將原來的凸輪相位系統與凸輪定位裝置改為軸編碼器裝置，采用絕對型編碼器，信號由PLC直接讀取，對機械動作的要求相位可以精確控制。盤車時顯示當前相位，方便維護操作。


 

    其主機控制采用三相交流異步電機取代原來小包機與4350主電機（直流電動機），變頻器為英國CT公司產品，附帶電源過濾器，以降低設備成本、維修成本，減少維修工作量。

    為使改造后的電控柜運行穩定、可靠，大樹公司在改造中采用了大量國外知名廠家的高質量產品最為核心和輔助部件，比如，其電控柜采用德國威圖電柜取代原控制柜，側面安裝熱交換器，同時為配合車間整體美觀，電柜顏色盡量與原機一致。低壓電器采用SIEMENS產品，接線端子采用鳳凰PHOENIX端子，接插件用HATTING公司產品。此外，取消所有原溫控器，改由PLCFM455溫度PID調節模塊控制溫度，操作人員可在工控機屏幕上觀察各溫度點的實際溫度和修改設定溫度，但保留原機的電流繼電器。

    2.保留電柜型

    基于各煙廠實際需要，大樹智能科技（南京）有限公司還推出了保留原機電柜型GDPLC改造，此改造由于仍采用原機電柜，可以節約低壓電器和電柜的重復費用，同時還可縮短工程改造時間。其硬件構成包括SIEMENS觸摸屏式工控機；SIEMENSS7400PLC；主電機及輔機主電機。

    為節約改造成本，保留電柜型改造總體設計以德國SIEMENSS7-400PLC為核心，取代原GDX1、X2包裝機所用的全部電路板，同時保留原低壓電器，溫控儀表實現其原機控制功能。保留原電控柜，用PLC控制取代原線路板控制，所有電器元件保留。在原機線路板安裝位置上，安裝PLC。保留原主、輔機械凸輪（或者用光電軸編碼器更換）原機凸輪控制采用的是機械凸輪，新控制系統對此項改造內容可選保留或者用光電軸編碼器更換。改造后整機控制功能應達到或超過原設計指標，整機總體性能優于改造前。同時，原機所有進邏輯線路板的輸入/輸出信號，改造后直接進PLC輸入輸出模塊，用軟件算法代替原硬件邏輯控制。輸入輸出線的位置、線號均不更改，節約維護人員熟悉圖紙時間和維修時間。

    3.普通型

    普通型改造取代了原線路板控制，增加了設備運行的可靠性；同時比保留電柜型增加低壓電器成本、電柜成本、線纜及耗材成本。其硬件構成包括S7400PLC、SIEMENS觸摸式工控機、主電機、低壓電器。

    改造內容主要包括：

    1、取消原控制系統中的所有邏輯線路板及部分中間繼電器，所有控制任務由PLC完成。保留原控制系統的所有功能。

    2、取消電源柜，只用一個PLC電柜，現場安裝在原控制柜位置。

    3、增加一臺西門子工控機，用于顯示機器狀況、故障、運行速度、溫度、生產數據等，同時該工控機還具有數據采集功能，將數采數據送至廠級MIS系統。

    4、取消原控制柜的十個溫控器，用西門子公司功能模塊FM455S實現溫度的PID控制。

    5、在主機出口處增加封簽歪斜檢測功能，使封簽歪斜煙包在出口處剔除。

    6、選用SEW公司兩臺交流電機分別替代主機、輔機的直流主電機，分別用兩臺變頻器驅動。從而避免了定期地對直流主電機的維護。保證了機組的長期運行。

    在PLC控制軟件方面：以上3種GDPLC控制系統均采用SIEMEMSS7-400，軟件編程采用STEP7。其編程思想及過程為：消化原機圖紙，理解其控制邏輯；現場了解工藝操作過程，熟悉工藝流程；軟件控制邏輯基本和原控制板邏輯保持一致，如信號連動、互鎖、移位寄存器操作等；結合現場工藝對部分邏輯作簡化、修改，使控制方式更簡潔、合理；將其它檢測信號無縫加入到現在的控制軟件中。

    關于上位機：以上三種方案均增加上位機直觀人機界面，主要功能有：液晶彩色觸摸屏作為GDPLC控制系統的上位機，具有機組產量和材料消耗統計、有效作業率統計、機組運行時間和停機時間顯示、機器相位顯示、速度顯示、溫度顯示、參數設置和修改、故障報警及歷史記錄等功能。

    總體而言，大樹公司所提供的三種GD包裝機電控系統PLC改造的特點是：

    保持原機的所有功能和操作方式；

    保持原有的整體布局和接口方式，現場安裝便捷；

    PLC電柜結構合理，采用進口器件；

    由上位機進行各種參數設定；

    可進行電機改造；

    具有先進性、通用性和可擴展性；

    具有數據統計功能；

    人機界面友好，滿足實際需要；

    故障查詢直觀方便，具有智能化的報警功能；

    可進行現場切割滾筒商標紙和小花封簽。

    憑借突出的技術開發實力、規范化的管理運作、精干的安裝、售后服務隊伍和竭盡全力為用戶解決問題的服務理念，截至目前，大樹公司已成功為多家煙廠進行了GDX1、X2PLC工程改造，并受到廣大客戶的好評。其中，2000年為重慶卷煙廠進行了1臺電柜改造型，2002－2003年南京卷煙廠3臺現場總線型，2002－2003年為廣州卷煙二廠進行了7臺現場總線型，2003年為龍巖卷煙廠進行1臺現場總線型改造，2為長沙卷煙廠進行了1臺現場總線型改造，為寧波卷煙廠進行1臺現場總線型，為許昌卷煙廠進行了4臺保留電柜型改造。2004年為長沙卷煙廠、郴州卷煙廠各進行了2臺現場總線型改造，為青島卷煙廠進行了6臺現場總線型改造，為杭州卷煙廠、延吉卷煙廠各進行了1臺普通