PLC在MK9-MAKS卷烟机组国产化电气改造中的应用

1 前言 MK9卷烟接咀机组是英国MOLINS公司的七十年代的产品，目前在国内各烟厂均有广泛的应用，由于线路老化，故障率高，常使生产效率降低，原材料消耗过大，维修工作越来越繁重，直接影响到工厂正常的生产效率和产品质量。受厂家委托，我们对省内富锦、穆棱、林口、绥化等烟厂及河南螺河卷烟厂的MK9系列卷烟接咀机组进行了国产化技术改造。使之具有更为先进的控制和监测功能，以适应高效率安全生产的要求。 2 方案 原机采用63块电路板进行逻辑控制，抗干扰性能差，不易维修，而烟厂又属于高粉尘生产环境，温湿度较高，生产环境恶劣。我们在设计中采用OMROM C60P+C40扩展器取代原机线路板进行逻辑控制。采用富士FUR7.5KWG9S-4CE变频调速器取代原机变极调速，不但使主电机正常工作时速度无级可调，还可以平滑起动以减少对生产机械的冲击。 卷烟机是一种机、电、光相结合的生产设备，其整机运行的自动化水平较高，控制系统比较复杂，按照工艺过程的要求可分为下述若干个控制模块。 (1)主电机变频调速控制：卷烟机共有点动速度、低速和全速三种运行速度，由PLC控制系统根据当前的运行条件产生相应的输出信号控制交流变频器的速度设定，且可通过控制面板电位器由挡车工根据需要手动调节，从而达到合适的机器运行速度。 (2)其他电机控制：当主电机正常运行前，PLC控制大小风机电机、油泵电机、油冷电机、浆糊电机、液压电机、烟梗电机、料斗电机、振动盘电机和除尘电机应按要求运行。这些电机的状态都接入交流连锁控制中，任何电机的异常都会断开交流连锁，导致机器停止运行。 (3)交流连锁控制：交流连锁通常用来保证运行过程中的人员和机器的安全，当出现防护门打开，机械传动异常，油压偏低或电机热敏跳闸等故障时，连锁断开，机器停止运行。消除故障后，机器才能重新运行。 (4)直流连锁控制：直流连锁通常用来保证运行过程中的产品质量，当各光电检测探头检测到烟丝缺少，盘纸、水松纸断开，供胶不足，跑条等故障时，直流连锁断开，机器停止运行。消除故障后，机器才能重新运行。 (5)烟丝料斗控制：当主电机启动运行后，料斗电机自动运转为卷烟机提供烟丝，控制系统同时检测烟丝料位的高低和控制烟丝的提升速，保证烟丝供给的均匀连续。 (6)盘纸拼接控制：当一盘盘纸用完后，使用待用的另一盘盘纸通过自动拼接后继续为卷烟机提供原料。拼接控制的逻辑比较复杂。 (7)水松纸拼接控制：当一盘水松纸用完后，使用待用的另一盘水松纸通过自动拼接后继续为卷烟机提供原料。水松纸的拼接控制的逻辑包括拼接选通脉冲的监测、左右水松纸张力监测、左右水松纸耗尽检测及手动拼接等几部分。 (8)烟支剔除控制：当机器开始运行或出现盘纸或水松纸拼接时，卷烟机会产生部分不合格烟支。这些不合格烟支需要在经过干燥鼓时被剔除掉，剔除动作是靠干燥鼓吹气阀的导通来完成的，准确的剔除时序则是靠刀头脉冲信号的同步作用来保证。 3 原理框图 4 软件(程序设计) 该系统由于控制点较多程序比较复杂不能一一介绍，仅以跑条检测为例说明如和用软件取代原机硬件电路。该系统中最重要的检测是跑条检测，该探头位于主机与接咀机交接处，烟条在主机被切刀切断后被拨烟轮射入接收鼓，每两支烟之间都有空隙，该对射式光电探头在机器正常工作时会检测到烟支和空隙并输出变化的高低电平信号。在机器刚开始运行时，若此探头能检测出高低变化的电平信号，说明烟支已冲过接收鼓，则主机自动提速，并经过一定数量的烟支(通过对检测刀头旋转脉冲计数)自动供滤咀棒和水松纸。若正常工作时跑条检测器一但检测不到变化的电平(或高电平或低电平)，都意味着跑条，应转入故障处理。原机采用电容隔直方式，将脉冲信号变为高电平，将固定信号变为低电平。硬件须配电路板。由于故障率高，且厂家维修诊断困难，在此用软件方式实现。MK9-MAXS卷烟机最高速4000只/分，高低电平变化一次为0.015秒，最低速300只/分，高低电平变化一次为0.2秒，梯形图中1000为起动信号的中间辅助继电器，起保持起动信号作用，跑条光电检测器联入PLC的输入端0000，按下起动按钮后，1000导通并维持，由于此时跑条光电检测器并没有脉冲输出，所以TIM00或TIM01必有一个经过0.5秒延时其常开点导通，使1002通电，当烟支冲过时产生脉冲信号使TIM00和TIM01在定时时间到达之前不断复位其常开点断开使1002断电，利用1002上由通到断的信号使主电机加速并通过对切刀旋转脉冲计数来决定何时供滤咀棒和水松纸，以使原材料损耗达到最低点。当系统正常工作时由于烟条破损等原因使烟条不能冲过接咀机在跑条探头处必定检测到高电平信号(有烟支阻塞)或低电平信号(没有烟只经过)，TIN00或TIM01必定有一个定时器经0.5秒定时后其常开点闭合，使1002上出现一个由断到通的信号，利用这个信号使系统转入相应的故障处理和报警程序。 5 自动换盘控制系统的改造 卷烟机最重要的控制部分是供纸电机控制系统及自动换盘控制系统。该系统是卷烟机能否提高生产率的关键，盘纸被卷在26MM宽的圆盘上，一盘纸有4000M或5000M长，且中间没有接头和破损，由拖纸电机拖动，将纸送入存纸箱中，绕过角位移传感器，MK9工作时，由地有布带下的吸力，使纸从存纸箱出口速度与主机速度完全一致，正常时由拖纸电机拖动将纸送入存纸箱的入口速度应比出口速度稍慢，纸在存纸箱内绕过角位移传感器的调节作用，使拖纸电机加速，达到动态的平衡。反之，若拖纸电机拖动将纸送入存纸箱的入口速度应比出口速度稍快，则纸越积越多，将存纸箱堆满而溢出停机。一支烟长64MM，一盘纸有4000M，只跑十几分钟就得换上另一盘，若停机换盘，则会降低生产率，所以自动换盘系统对能否保障生产效率十分重要。该系统通过盘纸第一直径光电开关检测盘纸快用尽时，拖纸电机加速，将多余得纸存入存纸箱中，以供换盘时使用。同时提醒挡车工为自动换盘作好准备。第二直径光电开关检测到盘纸即将用尽时，拖纸轮停机，通过检测拖纸电机测速发电机信号，判断是否停稳若停稳则控制搭接电磁阀完成搭接。 6 结束语 我们改造的MK9卷烟机在各烟厂投入使用后，反应良好，不但性能稳定减少了故障率，而且降低了原材料的消耗，给厂家带来了巨大的效益。在改造中最大限度的用PLC的软件去取代原机的硬件电路和接线，即提高了可靠性，又给厂家技术人员维修带来了方便。