摘 要: 簡要介紹了B1包裝機的電控系統改造。從硬件構成，到軟件編程，以及工控機和PLC之間的通信協議，都有詳盡的說明。改造后的B1包裝機電控系統比原機增加了統計報表和預留的網絡接口，為將來車間的網絡化管理及遠程數據采集提供了技術支持。
　　
關鍵詞: B1包裝機 PLC 觸摸屏 工控機
　　
引言
　　
    B1包裝機組，是我國煙草行業在上世紀八十年代至九十年代從德國斯慕門公司引進的高速軟包包裝機組。該機組目前仍然是我國很多卷煙廠的主力機型。但是，由于B1包裝機已經使用了10多年的時間，各電子控制部件逐步老化、失效，故障率很高，有效作業率不足65％。近年來，機組電氣控制系統缺陷日益凸顯：一方面，由于各種電路板及繼電器邏輯組件逐步老化，經常造成機組控制系統紊亂、故障后不能自動停機，以及停機狀態下自動啟動等故障現象，不但嚴重影響設備有效作業率的發揮，而且存在著較大的安全隱患；另一方面，該機組的控制線路板技術含量高，一直依賴進口，國內沒有生產廠家，造成備件組織困難，且價格較高，造成維修成本上升；同時，機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機組是以PLC和工控機為核心的電氣控制系統。PLC完成所有的數據采集和實時控制，完成啟動、停車、工藝流程控制、檢測等整個運行過程。工控機作為上位機，具有良好的人機界面，它的任務是進行工控顯示、完成各種操作、運行參數（包括溫度參數、時間參數、速度參數等），并顯示詳細的故障信息，同時增設統計報表功能和預留的網絡化管理及遠程數據采集提供技術支持。從而徹底解決B1機組電氣系統存在的問題。
　　
1　系統的硬件構成
　　
1．1系統構成
　　B1包裝機組分別由NF卸盤機、BE包裝機、RC小包透明機、FHZ大條機和NK大條透明機等五個主要部分組成。由于其各部分獨立性很強，這種方式便于維修與調試，為了體現原機組的控制優點，改造后的電控系統采用BE、RC、NF、FHZ/NK四個獨立部分單獨控制和單獨顯示的方式。BE包裝機為主機，其它三部分為從機，各部分之間增加了信息交換功能，實現B1機組的整體控制，相位控制采用絕對值編碼器，從面使B1機組協調工作。B1機（以BE機為例）改造的總體框如圖1所示。
　　

 
圖1 B1機組改造總體框圖
1．2系統硬件選擇
　　
    （1）可編程控制器選用日本OMRON—CS1機型作為控制主機，根據實際需要組態PLC，控制性能和頻率響應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，重新設計布局強電及控制部分。
　　
    （3）溫度控制采用溫控器和PLC溫控模塊方式。
　　
    （4）BE、RC主電機選用普通交流電機；其余七種較小交流電機，因受設備位置限制，需與專業電機生產廠家定制。
　　
    （5）上位機選用液晶顯示器。
　　
    （6）取消原增量式編碼器，采用絕對值編碼器，機器位置測量更準確。
　　
2　系統的功能
　　
    改造后的電氣控制系統，是以PLC和工控機為核心取代了原機組以計算機為核心的電氣控制系統。PLC完成所有的數據采集和實時控制，完成啟動、停車、工藝流程控制、檢測等整個運行過程。工控機作為上位機，具有良好的人機界面，它的任務是進行工控顯示、完成各種操作、運行參數（包括溫度參數、時間參數、速度參數等），并顯示詳細的故障信息，同時增設統計報表功能和預留的網絡接口，為將來車間的網絡化管理及遠程數據采集提供技術支持。
　　
    該機組的BE小包機和RC小包透明機，原來均采用直流控制器控制的直流電機完成驅動工功能，現改為由變頻器帶動異步普通系列交流電機完成驅動功能；機組的其它7臺電機，如：稅花膠缸電機、盒片膠缸電機、煙支輸送電機、煙包輸入電機，大條透明紙輸送電機、煙支攪拌電機，原來均為直流調速板控制的直流電機，現全部改為相應轉速、功率的交流電機，并有變頻器完成速度控制功能。
　　
    機組的原有的四個顯示屏：NF顯示屏、BE顯示屏、RC顯示屏、NK/FHZ顯示屏，均是由計算機控制的英文模擬顯示屏，當設備某點出現故障時，個別故障點除有指示信號燈顯示外，基本上都是英文顯示故障名稱，沒有各種數據的統計功能，且故障點名稱顯示小，不容易觀察，給操作和維修帶來不便。現全部改為由工控機控制液晶觸摸屏顯示器，顯示中文信息，完成信息數據統計，取代了英文故障點顯示；用工況圖實現各單機工作狀態的實時監控，取代單一信號燈顯示。各單機的工況顯示情況。
　　
    原NK/FHZ采用的旋鈕式溫控儀，溫度調整不準確，且在設備后部，調整不方便，改為PLC溫控模塊控制溫度，并將溫度顯示與設定，連接到該機的工控機觸摸屏上，解決調整不便，調整不準確的問題；而BE包裝機、RC小包透明機的溫度控制在主電控柜上，采用溫控表的控制方式，該方式調整也比較方便，在充分考慮費用和操作工、維修工操作習慣的基礎上，此部分不進行改造，保留原控制模式。
　　
    由于可編程控制器具有運算速度快，信息儲存量大，可靠性高等特點，它既有邏輯控制、計數、計時、分支程序等功能，也有數字運算、數據處理、模擬量調節、操作顯示、聯網等功能，因此，增加了各種數據據統計功能，如廢品煙支、煙包剔除數量、各種故障點出現次數、班產量等數據，均可直接統計，并可與遠程計算機聯網，實現遠程監控功能。
　　
3　系統的軟件結構
　　
    軟件部分是整個B1民裝機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，用戶利用它可以實現以下功能：程序的輸入及編輯；程序檢查；PLC運用時的數據、狀態的監控；系統寄存器和PLC系統各種參數的設置。軟件還提供了三種編程方式：符號梯形圖，布爾梯形圖，布爾非梯形圖。其程序流程圖如圖2所示。
　　 

 
圖2系統軟件結構圖
除了主程序以外，軟件部分還采用了大量的子程序。以BE機為例有：
　　
    （1）中斷子程序；
　　
    （2）相位處理子程序；
　　
    （3）速度控制子程序（6個電機）；
　　
    （4）輸出控制器子程序；
　　
    （5）推顯方式子程序。
　　
4　人機界面
　　
    B1機控制系統的人機界面要求操作簡單，易于理解。為此，我們設計了下面8個層面
　　
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，或用鼠標點擊“確認”按鈕）確認。如果密碼錯誤，系統會給出提示，并請用戶重新輸入；如果密碼正確，將直接進入“工況圖”。
　　
4．2工況圖
    工況圖用來實現對BE包裝機工作狀態的實時監控。圖的右下角是故障顯示區。當出現故障或者故障排除時，相應的指示燈會出現明滅變化，同時故障顯示區會顯示當前故障信息或者將已排除的故障信息從顯示區中清除。 
 
圖3工況圖
4．3參數設置
    “參數設置”窗口用來實現33個角度相關參數和11個其他參數的設置。
　　
4．4控制
    “控制”窗口主要實現對“油泵”、“真空泵”、“電熱”、“檢測”、“上游機”、“下游機”的開/關狀態控制。
　　
4．5調試
    在“調試”界面中，用戶可以查看移位寄存器、IR以及空頭調試時的狀態。
　　
4．6統計
    統計窗口主要實現對故障信息的統計分析與顯示。
　　
5　結論
　　
5．1降低故障率，提高了有效作業率
　　
    對BE小包機的RC小包透明紙包裝機的改造，由于在設計原理上剔除了原機上故障率較高而又價格昂貴的幾塊主板，使故障發生率大大降低。對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生率。機組運行7個月以來，設備有效作業率平均為82％，較原來的65％提高了17個百分點，改造效果比較明顯。
　　
5．2方便了故障的檢查和排除
　　
    重新設計的上位機界面，是完全漢化的。在軟件的設計、開發過程中，一方面，盡量把所有的故障都給出詳細、準確的提示；另一方面，各種參數修改方便。對于操作維修人員來說，當機器出現故障時，只要根據界面提示，就可以迅速準確的判斷出大多數故障位置并立即排除。
　　
5．3降低了備件成本
　　
    新設計的電控系統采用了市場上通用的電器元件，絕大多數備件都可以從國內市場上直接采購，所有的備件都比原來電控系統備件價格低，可以節約維修費用，降低備件成本。
　　
5．4具有很強的擴展功能
　　
    該系統軟件的統計報表功能和預留的網絡接口，為將來車間的網絡化管理及遠程數據采集提供技術支持。
　　
5．5具有很好的推廣應用價值
　　
    據了解，全國共擁有德國進口B1軟包包裝機組190多套，大部分是在1988年到1994年購進的，設備投入運行時間較長，電氣控制系統處于老化、失修狀態，若將該項目在全行業內推廣應用，則將提高我國B1機組的整體作業率水平。
　　
參考文獻
　　
1．汪曉光，孫曉瑛，王艷丹．可編程控制器原理及應用[M]．北京：機械工業出版社，1997
　　
2．王衛兵．可編程序控制器原理及應用（第二版）[M]．機械工業出版社，2002