GD包裝機(jī)PLC改造方案
2007/8/20 9:40:00
一、概述
GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)是GD公司生產(chǎn)的高檔、高速煙支包裝設(shè)備,深受國內(nèi)煙草行業(yè)歡迎。目前國內(nèi)煙廠已有GD(8000)型包裝機(jī)近400臺,其中部分設(shè)備已到大修期,由于GDX1(8000)型包裝機(jī)組原FZ控制系統(tǒng)是采用70多塊硬件電路板組成的控制邏輯,方法相對落后,潛在故障率高,現(xiàn)場維護(hù)困難,大修很不方便,開放性很差。同時GD公司今后將不再供應(yīng)FZ備件,一旦出現(xiàn)備件問題,將會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行,因此GD包裝機(jī)的改造升級也就勢在必行。
鑒于上述情況,中國科學(xué)院沈陽自動化研究所設(shè)計開發(fā)了GD包裝機(jī)組PLC電控系統(tǒng),作為中國煙草專用機(jī)械零配件全國會員單位,于國內(nèi)最早通過國家煙草專賣局的鑒定。2004年3月我們承擔(dān)了長沙卷煙廠GDX2電控系統(tǒng)的PLC改造工作,將該系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展為PLC+FIELDBUS(現(xiàn)場總線)結(jié)構(gòu),采用德國SIEMENS公司大型PLC S7-400作為核心控制單元,以INTERBUS現(xiàn)場總線為擴(kuò)展,外掛工控機(jī)、輸入輸出模塊等,從而大大提高了系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、開放性、可擴(kuò)展性,故障率大幅降低,有效作業(yè)率明顯提高。
二、GD包裝機(jī)組電控系統(tǒng)改造技術(shù)方案
1、改造方案:
將原有FZ電控系統(tǒng)及線路板全部取消,換上PLC電控系統(tǒng)及在機(jī)器上安裝6個總線站點盒,用軟件方法實現(xiàn)原有硬件線路板的功能,主輔機(jī)用變頻調(diào)速取代原有直流調(diào)速等。這種方法的最大特點是,新的電控系統(tǒng)布局更加合理,現(xiàn)場配線工作量大大減少,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,可靠性高,外型美觀,現(xiàn)場改造速度快,一般只用一周左右就可完成。該電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為PLC+INTERBUS( PROFIBUS)+觸摸屏顯示。
2、改造內(nèi)容
a.取消原電控柜,采用與MicroⅡ電控柜柜體大小相同,主體顏色與設(shè)備一致的電控柜。電控柜的安裝位置也與MicroⅡ電控柜安裝位置相同。采用西門子S7-400(CPU414-2DP)PLC作為核心控制系統(tǒng),所用器件全部采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)器件。
b.以INTERBUS(或PROFIBUS)現(xiàn)場總線控制方式,連接傳感器、現(xiàn)場設(shè)備及控制器。INTERBUS與PLC通過插在PLC上的INTERBUS控制板相連接。
c.增加兩臺15寸觸摸式SIEMENS/PC870工控機(jī),主機(jī)、輔機(jī)各一臺以便于監(jiān)控,并采用WINCC組態(tài)軟件作為上位機(jī)的開發(fā)和運行程序。全漢化的計算機(jī)人機(jī)界面,設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示及參數(shù)修改全部在觸摸屏上進(jìn)行。并具有數(shù)據(jù)采集功能,予留接口,可以和上位機(jī)進(jìn)行通訊。
d .保證設(shè)備運行速度400包/分,控制面板及機(jī)身上的元器件與MICROII系統(tǒng)相同,急停開關(guān)采用按鈕方式。
e .保證煙廠后加的功能無逢嵌入到控制系統(tǒng)里,同時增加:小包無透明紙及透明紙不好檢測剔除功能;增加反盒皮剔除功能;小包開口停機(jī)報警等功能。另外可根據(jù)用戶的合理要求增加相應(yīng)功能。
f.將原系統(tǒng)的直流電機(jī)改為三相交流電機(jī)。其中主機(jī)、輔機(jī)的主驅(qū)動電機(jī)分別為SEW的7.5KW和4.0KW的電機(jī),并分別采用兩臺西門子公司的變頻器進(jìn)行控制。濾波器及剎車電阻均采用西門子公司的產(chǎn)品.
g.?dāng)嚐熭伈捎肧EW交流電機(jī)并用西門子變頻器進(jìn)行控制;金拉線采用德國LENZE交流伺服電機(jī)并用LENZE伺服控制器進(jìn)行控制。
h.取消原凸輪裝置,改用日本光洋的絕對編碼器(3個)進(jìn)行相位檢測。
i.取消原系統(tǒng)的溫度控制器,采用PID功能模塊FM455S實現(xiàn)精確的溫度控制,顯示界面由工控機(jī)完成。
j.預(yù)留包裝機(jī)組與上游儲煙器或卷煙機(jī)的聯(lián)機(jī)接口。
三、新型電控系統(tǒng)
新型電控系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、帶觸摸屏的工控機(jī)顯示系統(tǒng)以及由INTERBUS現(xiàn)場總線擴(kuò)展的(6個站點)輸入輸出模塊組成。所有的信號處理及功能控制皆由PLC完成,工控機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運行狀況顯示、故障顯示、參數(shù)修改、生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括班組產(chǎn)量、原材料消耗、原材料利用率、廢品率等的統(tǒng)計分析以及歷史數(shù)據(jù)的保存。機(jī)器上INTERBUS站點的輸入輸出模塊用于連接機(jī)身上的按鈕、傳感器和部分執(zhí)行器件。由于采用INTERBUS總線控制方式,使電控柜的接線明顯減少,INTERBUS站點按功能分塊便于故障查找及系統(tǒng)維護(hù)、便于增加功能。新型電控系統(tǒng)具有外型美觀,操作簡單、方便,運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
1、電控系統(tǒng)原理框圖
2、控制系統(tǒng)特點
GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)(即PLC控制系統(tǒng))吸取原控制系統(tǒng)(FZ系統(tǒng))的檢測控制特點及功能,采用高檔、高速的西門子S-400可編程控制器(即PLC)作為核心控制單元,利用Interbus總線實現(xiàn)主機(jī)與各從站之間的連接,從而取代原控制系統(tǒng)中的70多塊硬件電路板及部分繼電器、接觸器,減少電纜連線。
圖為設(shè)置在主機(jī)機(jī)身上的INTERBUS總線站點
圖為設(shè)置在輔機(jī)機(jī)身上的INTERBUS總線站點
由于Interbus總線可靠性高、應(yīng)用范圍廣。而且該總線技術(shù)是在PLC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它克服了PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的點對點物理連接的繁雜方式,并且使被控系統(tǒng)不再成為信息孤島,按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議把現(xiàn)場設(shè)備與控制器連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從而實行了現(xiàn)場設(shè)備與控制器之間以及控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。GD包裝機(jī)眾多的傳感器/執(zhí)行器以及龐大的生產(chǎn)線結(jié)構(gòu),采用現(xiàn)場總線技術(shù)對其電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造應(yīng)當(dāng)是最佳的自動化解決方案。
歸納起來,我們所設(shè)計開發(fā)的新型電控系統(tǒng)具有如下特點:
1. GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)采用SIEMENS-PLC對X1/X2小包機(jī)、CH小包透明紙、CT條包機(jī)、CV條包透明紙機(jī)、A400卸盤機(jī)實行主輔機(jī)的一條線的高速實時控制。主輔機(jī)之間的連鎖與屏蔽簡單、方便。
2. 可編程控制器(即PLC)取代了大量的元器件和硬件電路,使得電器的可靠性、穩(wěn)定性有很大的提高。更適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境,同時控制軟件修改方便,現(xiàn)場調(diào)試快捷、省時。
3. 總線結(jié)構(gòu)的充分應(yīng)用,使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡潔,現(xiàn)場配線大為減少,布局更為美觀,檢修維護(hù)更為簡單、方便。
4. 上位計算機(jī)的采用為今后企業(yè)發(fā)展計算機(jī)集成系統(tǒng)提供聯(lián)網(wǎng)的方便條件。容易實現(xiàn)車間級、廠級監(jiān)控和管理。
5. 觸摸式故障信息顯示系統(tǒng)提供了A400、 X1/X2、CH、CT、CV等相關(guān)的彩色畫面提示、文字分析及參數(shù)修改等功能,提供必要的故障位置顯示和文字分析。良好的人機(jī)對話窗口,為現(xiàn)場的操作、維護(hù)提供了極大的便利。
6. 采用可編程控制器(PLC)對整機(jī)工作過程的數(shù)據(jù)采集真實可靠,從而保證GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。
7. 主輔電機(jī)直流控制改交流變頻控制,大大降低了日常維護(hù)和備件費用。
8. 工控機(jī)不參與系統(tǒng)的控制,即使工控機(jī)出現(xiàn)故障或者沒有啟動也不影響系統(tǒng)的正常工作,從而有效提高了系統(tǒng)的可靠性。
9. 系統(tǒng)對客戶開放,增加功能非常簡單、方便。
GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)是GD公司生產(chǎn)的高檔、高速煙支包裝設(shè)備,深受國內(nèi)煙草行業(yè)歡迎。目前國內(nèi)煙廠已有GD(8000)型包裝機(jī)近400臺,其中部分設(shè)備已到大修期,由于GDX1(8000)型包裝機(jī)組原FZ控制系統(tǒng)是采用70多塊硬件電路板組成的控制邏輯,方法相對落后,潛在故障率高,現(xiàn)場維護(hù)困難,大修很不方便,開放性很差。同時GD公司今后將不再供應(yīng)FZ備件,一旦出現(xiàn)備件問題,將會影響生產(chǎn)的正常進(jìn)行,因此GD包裝機(jī)的改造升級也就勢在必行。
鑒于上述情況,中國科學(xué)院沈陽自動化研究所設(shè)計開發(fā)了GD包裝機(jī)組PLC電控系統(tǒng),作為中國煙草專用機(jī)械零配件全國會員單位,于國內(nèi)最早通過國家煙草專賣局的鑒定。2004年3月我們承擔(dān)了長沙卷煙廠GDX2電控系統(tǒng)的PLC改造工作,將該系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展為PLC+FIELDBUS(現(xiàn)場總線)結(jié)構(gòu),采用德國SIEMENS公司大型PLC S7-400作為核心控制單元,以INTERBUS現(xiàn)場總線為擴(kuò)展,外掛工控機(jī)、輸入輸出模塊等,從而大大提高了系統(tǒng)的先進(jìn)性、可靠性、開放性、可擴(kuò)展性,故障率大幅降低,有效作業(yè)率明顯提高。
二、GD包裝機(jī)組電控系統(tǒng)改造技術(shù)方案
1、改造方案:
將原有FZ電控系統(tǒng)及線路板全部取消,換上PLC電控系統(tǒng)及在機(jī)器上安裝6個總線站點盒,用軟件方法實現(xiàn)原有硬件線路板的功能,主輔機(jī)用變頻調(diào)速取代原有直流調(diào)速等。這種方法的最大特點是,新的電控系統(tǒng)布局更加合理,現(xiàn)場配線工作量大大減少,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,可靠性高,外型美觀,現(xiàn)場改造速度快,一般只用一周左右就可完成。該電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為PLC+INTERBUS( PROFIBUS)+觸摸屏顯示。
2、改造內(nèi)容
a.取消原電控柜,采用與MicroⅡ電控柜柜體大小相同,主體顏色與設(shè)備一致的電控柜。電控柜的安裝位置也與MicroⅡ電控柜安裝位置相同。采用西門子S7-400(CPU414-2DP)PLC作為核心控制系統(tǒng),所用器件全部采用進(jìn)口優(yōu)質(zhì)器件。
b.以INTERBUS(或PROFIBUS)現(xiàn)場總線控制方式,連接傳感器、現(xiàn)場設(shè)備及控制器。INTERBUS與PLC通過插在PLC上的INTERBUS控制板相連接。
c.增加兩臺15寸觸摸式SIEMENS/PC870工控機(jī),主機(jī)、輔機(jī)各一臺以便于監(jiān)控,并采用WINCC組態(tài)軟件作為上位機(jī)的開發(fā)和運行程序。全漢化的計算機(jī)人機(jī)界面,設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示及參數(shù)修改全部在觸摸屏上進(jìn)行。并具有數(shù)據(jù)采集功能,予留接口,可以和上位機(jī)進(jìn)行通訊。
d .保證設(shè)備運行速度400包/分,控制面板及機(jī)身上的元器件與MICROII系統(tǒng)相同,急停開關(guān)采用按鈕方式。
e .保證煙廠后加的功能無逢嵌入到控制系統(tǒng)里,同時增加:小包無透明紙及透明紙不好檢測剔除功能;增加反盒皮剔除功能;小包開口停機(jī)報警等功能。另外可根據(jù)用戶的合理要求增加相應(yīng)功能。
f.將原系統(tǒng)的直流電機(jī)改為三相交流電機(jī)。其中主機(jī)、輔機(jī)的主驅(qū)動電機(jī)分別為SEW的7.5KW和4.0KW的電機(jī),并分別采用兩臺西門子公司的變頻器進(jìn)行控制。濾波器及剎車電阻均采用西門子公司的產(chǎn)品.
g.?dāng)嚐熭伈捎肧EW交流電機(jī)并用西門子變頻器進(jìn)行控制;金拉線采用德國LENZE交流伺服電機(jī)并用LENZE伺服控制器進(jìn)行控制。
h.取消原凸輪裝置,改用日本光洋的絕對編碼器(3個)進(jìn)行相位檢測。
i.取消原系統(tǒng)的溫度控制器,采用PID功能模塊FM455S實現(xiàn)精確的溫度控制,顯示界面由工控機(jī)完成。
j.預(yù)留包裝機(jī)組與上游儲煙器或卷煙機(jī)的聯(lián)機(jī)接口。
三、新型電控系統(tǒng)
新型電控系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、帶觸摸屏的工控機(jī)顯示系統(tǒng)以及由INTERBUS現(xiàn)場總線擴(kuò)展的(6個站點)輸入輸出模塊組成。所有的信號處理及功能控制皆由PLC完成,工控機(jī)負(fù)責(zé)系統(tǒng)的運行狀況顯示、故障顯示、參數(shù)修改、生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括班組產(chǎn)量、原材料消耗、原材料利用率、廢品率等的統(tǒng)計分析以及歷史數(shù)據(jù)的保存。機(jī)器上INTERBUS站點的輸入輸出模塊用于連接機(jī)身上的按鈕、傳感器和部分執(zhí)行器件。由于采用INTERBUS總線控制方式,使電控柜的接線明顯減少,INTERBUS站點按功能分塊便于故障查找及系統(tǒng)維護(hù)、便于增加功能。新型電控系統(tǒng)具有外型美觀,操作簡單、方便,運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
1、電控系統(tǒng)原理框圖
2、控制系統(tǒng)特點
GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)(即PLC控制系統(tǒng))吸取原控制系統(tǒng)(FZ系統(tǒng))的檢測控制特點及功能,采用高檔、高速的西門子S-400可編程控制器(即PLC)作為核心控制單元,利用Interbus總線實現(xiàn)主機(jī)與各從站之間的連接,從而取代原控制系統(tǒng)中的70多塊硬件電路板及部分繼電器、接觸器,減少電纜連線。
圖為設(shè)置在主機(jī)機(jī)身上的INTERBUS總線站點
圖為設(shè)置在輔機(jī)機(jī)身上的INTERBUS總線站點
由于Interbus總線可靠性高、應(yīng)用范圍廣。而且該總線技術(shù)是在PLC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它克服了PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的點對點物理連接的繁雜方式,并且使被控系統(tǒng)不再成為信息孤島,按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議把現(xiàn)場設(shè)備與控制器連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),從而實行了現(xiàn)場設(shè)備與控制器之間以及控制系統(tǒng)與遠(yuǎn)程監(jiān)控計算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。GD包裝機(jī)眾多的傳感器/執(zhí)行器以及龐大的生產(chǎn)線結(jié)構(gòu),采用現(xiàn)場總線技術(shù)對其電控系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造應(yīng)當(dāng)是最佳的自動化解決方案。
歸納起來,我們所設(shè)計開發(fā)的新型電控系統(tǒng)具有如下特點:
1. GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)采用SIEMENS-PLC對X1/X2小包機(jī)、CH小包透明紙、CT條包機(jī)、CV條包透明紙機(jī)、A400卸盤機(jī)實行主輔機(jī)的一條線的高速實時控制。主輔機(jī)之間的連鎖與屏蔽簡單、方便。
2. 可編程控制器(即PLC)取代了大量的元器件和硬件電路,使得電器的可靠性、穩(wěn)定性有很大的提高。更適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境,同時控制軟件修改方便,現(xiàn)場調(diào)試快捷、省時。
3. 總線結(jié)構(gòu)的充分應(yīng)用,使得整機(jī)的結(jié)構(gòu)更加簡潔,現(xiàn)場配線大為減少,布局更為美觀,檢修維護(hù)更為簡單、方便。
4. 上位計算機(jī)的采用為今后企業(yè)發(fā)展計算機(jī)集成系統(tǒng)提供聯(lián)網(wǎng)的方便條件。容易實現(xiàn)車間級、廠級監(jiān)控和管理。
5. 觸摸式故障信息顯示系統(tǒng)提供了A400、 X1/X2、CH、CT、CV等相關(guān)的彩色畫面提示、文字分析及參數(shù)修改等功能,提供必要的故障位置顯示和文字分析。良好的人機(jī)對話窗口,為現(xiàn)場的操作、維護(hù)提供了極大的便利。
6. 采用可編程控制器(PLC)對整機(jī)工作過程的數(shù)據(jù)采集真實可靠,從而保證GDX1/X2(8000)型包裝機(jī)新電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。
7. 主輔電機(jī)直流控制改交流變頻控制,大大降低了日常維護(hù)和備件費用。
8. 工控機(jī)不參與系統(tǒng)的控制,即使工控機(jī)出現(xiàn)故障或者沒有啟動也不影響系統(tǒng)的正常工作,從而有效提高了系統(tǒng)的可靠性。
9. 系統(tǒng)對客戶開放,增加功能非常簡單、方便。
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