GD包装机PLC改造方案

一、概述
　　GDX1/X2（8000）型包装机是GD公司生产的高档、高速烟支包装设备，深受国内烟草行业欢迎。目前国内烟厂已有GD（8000）型包装机近400台，其中部分设备已到大修期，由于GDX1（8000）型包装机组原FZ控制系统是采用70多块硬件电路板组成的控制逻辑，方法相对落后，潜在故障率高，现场维护困难，大修很不方便，开放性很差。同时GD公司今后将不再供应FZ备件，一旦出现备件问题，将会影响生产的正常进行，因此GD包装机的改造升级也就势在必行。
　　鉴于上述情况，中国科学院沈阳自动化研究所设计开发了GD包装机组PLC电控系统，作为中国烟草专用机械零配件全国会员单位，于国内最早通过国家烟草专卖局的鉴定。2004年3月我们承担了长沙卷烟厂GDX2电控系统的PLC改造工作，将该系统进一步发展为PLC+FIELDBUS（现场总线）结构，采用德国SIEMENS公司大型PLC S7-400作为核心控制单元，以INTERBUS现场总线为扩展，外挂工控机、输入输出模块等，从而大大提高了系统的先进性、可靠性、开放性、可扩展性，故障率大幅降低，有效作业率明显提高。
二、GD包装机组电控系统改造技术方案
1、改造方案:



　　 将原有FZ电控系统及线路板全部取消，换上PLC电控系统及在机器上安装6个总线站点盒，用软件方法实现原有硬件线路板的功能，主辅机用变频调速取代原有直流调速等。这种方法的最大特点是，新的电控系统布局更加合理，现场配线工作量大大减少，系统性能稳定，可靠性高，外型美观，现场改造速度快，一般只用一周左右就可完成。该电控系统的结构为PLC+INTERBUS( PROFIBUS)+触摸屏显示。
2、改造内容
　　a．取消原电控柜，采用与MicroⅡ电控柜柜体大小相同，主体颜色与设备一致的电控柜。电控柜的安装位置也与MicroⅡ电控柜安装位置相同。采用西门子S7-400(CPU414-2DP)PLC作为核心控制系统，所用器件全部采用进口优质器件。
　　b．以INTERBUS（或PROFIBUS）现场总线控制方式，连接传感器、现场设备及控制器。INTERBUS与PLC通过插在PLC上的INTERBUS控制板相连接。
　　c．增加两台15寸触摸式SIEMENS/PC870工控机，主机、辅机各一台以便于监控，并采用WINCC组态软件作为上位机的开发和运行程序。全汉化的计算机人机界面，设备状态、数据显示及参数修改全部在触摸屏上进行。并具有数据采集功能，予留接口，可以和上位机进行通讯。
　　d ．保证设备运行速度400包/分，控制面板及机身上的元器件与MICROII系统相同，急停开关采用按钮方式。
　　e ．保证烟厂后加的功能无逢嵌入到控制系统里，同时增加：小包无透明纸及透明纸不好检测剔除功能；增加反盒皮剔除功能；小包开口停机报警等功能。另外可根据用户的合理要求增加相应功能。


　　f．将原系统的直流电机改为三相交流电机。其中主机、辅机的主驱动电机分别为SEW的7.5KW和4.0KW的电机，并分别采用两台西门子公司的变频器进行控制。滤波器及刹车电阻均采用西门子公司的产品.
　　g．搅烟辊采用SEW交流电机并用西门子变频器进行控制；金拉线采用德国LENZE交流伺服电机并用LENZE伺服控制器进行控制。
　　h．取消原凸轮装置，改用日本光洋的绝对编码器(3个)进行相位检测。
　　i．取消原系统的温度控制器，采用PID功能模块FM455S实现精确的温度控制，显示界面由工控机完成。
　　j．预留包装机组与上游储烟器或卷烟机的联机接口。
三、新型电控系统
　　新型电控系统主要由PLC控制系统、带触摸屏的工控机显示系统以及由INTERBUS现场总线扩展的（6个站点）输入输出模块组成。所有的信号处理及功能控制皆由PLC完成，工控机负责系统的运行状况显示、故障显示、参数修改、生产数据包括班组产量、原材料消耗、原材料利用率、废品率等的统计分析以及历史数据的保存。机器上INTERBUS站点的输入输出模块用于连接机身上的按钮、传感器和部分执行器件。由于采用INTERBUS总线控制方式，使电控柜的接线明显减少，INTERBUS站点按功能分块便于故障查找及系统维护、便于增加功能。新型电控系统具有外型美观，操作简单、方便，运行稳定等优点。
1、电控系统原理框图



2、控制系统特点
　　GDX1/X2（8000）型包装机新电控系统（即PLC控制系统）吸取原控制系统（FZ系统）的检测控制特点及功能，采用高档、高速的西门子S-400可编程控制器（即PLC）作为核心控制单元，利用Interbus总线实现主机与各从站之间的连接，从而取代原控制系统中的70多块硬件电路板及部分继电器、接触器，减少电缆连线。



图为设置在主机机身上的INTERBUS总线站点



图为设置在辅机机身上的INTERBUS总线站点
　　由于Interbus总线可靠性高、应用范围广。而且该总线技术是在PLC的基础上发展起来的,它克服了PLC与现场设备之间的点对点物理连接的繁杂方式,并且使被控系统不再成为信息孤岛,按照公开、规范的通信协议把现场设备与控制器连接成网络系统，从而实行了现场设备与控制器之间以及控制系统与远程监控计算机之间的数据传输和信息交换。GD包装机众多的传感器/执行器以及庞大的生产线结构，采用现场总线技术对其电控系统进行技术改造应当是最佳的自动化解决方案。
　　归纳起来，我们所设计开发的新型电控系统具有如下特点：
　　1. GDX1/X2（8000）型包装机新电控系统采用SIEMENS-PLC对X1/X2小包机、CH小包透明纸、CT条包机、CV条包透明纸机、A400卸盘机实行主辅机的一条线的高速实时控制。主辅机之间的连锁与屏蔽简单、方便。
　　2. 可编程控制器（即PLC）取代了大量的元器件和硬件电路，使得电器的可靠性、稳定性有很大的提高。更适应工业现场环境，同时控制软件修改方便，现场调试快捷、省时。
　　3. 总线结构的充分应用，使得整机的结构更加简洁，现场配线大为减少，布局更为美观，检修维护更为简单、方便。
　　4. 上位计算机的采用为今后企业发展计算机集成系统提供联网的方便条件。容易实现车间级、厂级监控和管理。
　　5. 触摸式故障信息显示系统提供了A400、 X1/X2、CH、CT、CV等相关的彩色画面提示、文字分析及参数修改等功能，提供必要的故障位置显示和文字分析。良好的人机对话窗口，为现场的操作、维护提供了极大的便利。
　　6. 采用可编程控制器（PLC）对整机工作过程的数据采集真实可靠，从而保证GDX1/X2（8000）型包装机新电控系统数据采集的准确性。
　　7. 主辅电机直流控制改交流变频控制，大大降低了日常维护和备件费用。
　　8. 工控机不参与系统的控制，即使工控机出现故障或者没有启动也不影响系统的正常工作，从而有效提高了系统的可靠性。
　　9. 系统对客户开放，增加功能非常简单、方便。