常德烟草公司ZJ17（PROTOS 70）卷接机组电控系统PLC技术改造的实现

一、ZJ17 卷接机组 PLC 改造介绍 1.1 原控制系统缺点 　　ZJ17卷接机组原来的电控系统采用逻辑电路板和继电器的控制方式，信号变换处理由专用的电子卡实现。缺点主要表现在如下几个方面： 　　◆ 元器件数量多 　　经统计，在 ZJ17机组的电控箱中（不包括SRM电控部分），元器件数量在220个以上。其中有触点元器件大约180个，占电控箱元器件总数80%以上，所以电控系统故障点很多，稳定性较差。用户反映因元器件触点而使机组停机停产的，占故障发生率的40%左右。 　　电控箱元器件的专用件多，达 150个以上，虽说大部分已国产化，但寿命短、质量不稳定，而进口件订货周期长，给维修更换以及备件的采购带来不便。 　　◆ 连接线多、接点多 　　经统计，连接线约 2000根，接点量约4000个，其中80%接点为插接式。所以维修工作量大，故障查寻也麻烦，这也是系统不稳定的重要因素之一。 　　◆ 电子卡故障较多 　　除 SRM（重量控制系统）电子箱外，YJ17、YJ27电子箱共有41块电子卡。电子卡采用插接式连接，因烟厂烟尘较多，环境较差，加之国内采购的电子元件质量得不到严格保证。因此，电子系统故障较多，时好时坏，难查寻。 　　◆ 可维护性较差 　　电控箱、电子箱出故障后，需根据故障提示，再根据电路图分析，经过繁琐的查找、测试方可找出原因。 1.2 PLC控制系统改造的必要性 　　随着时间的推移，机器电气部分老化严重，故障率逐年提高，影响了烟厂的正常生产。在此情况下，采用 PLC技术对电气系统进行改造显得非常必要。 　　我们认为，不论是进口的PROTOS 70还是国产的ZJ17卷接机组，现用的电控系统技术是较落后的。ZJ17机组电控系统PLC技术改造很有必要，势在必行。 　　采用PLC控制技术具有以下优势： 　　◆ 元器件数量大大减少 　　一个 PLC模块可实现很多元器件功能，元器件将减少140个以上，比例超过60%，绝大部分电子卡被取消； 　　◆ 连接线及接点大大降低 　　新系统的连接线总数约 500根，接点数量约1000个，原先需多个元器件组成的电路，在PLC中通过软件实现，取消了中间接点，系统的可靠性大大提高，故障大大降低； 　　◆ 可维护性增强 　　PLC系统具有自诊断功能。系统外围或内部出现故障时，能直观显示、维修非常方便； 　　◆ 可与上位机联网，实现数据传送及数据管理； 　　◆ 可通过国际互联网，实现远程通讯及远程诊断； 1.3 PLC控制系统改造系统简介 　　ZJ17 卷接机组 PLC 控制系统是由常德烟草机械有限责任公司和深圳市鸿捷源自动化系统有限公司联合开发的，已经在多家卷烟厂成功地应用了一年以上的时间。 　　该系统采用德国西门子公司 S7-400系列PLC作为控制系统核心部分，辅以一体化工控机代替原有的控制系统，取消了原来绝大部分的电子箱，大大地提高了系统的可靠性。同时具有如下优点： 　　⑴采用先进的 PROFIBUS-DP现场工业总线 ， 将VE、SE和MAX控制部分、阀岛（FESTO）、变频器（LENZE）等单元均作为PROFIBUS-DP的子站，方便调试和维护, SRM重量控制系统和烟支检测系统则通过CANBUS总线与HJY-1人机界面交互系统相连。使用两层总线形式，即管理层使用CANBUS总线，控制层使用PROFIBUS总线。做到了 控制信息和管理信息在物理上得到了分离，保证系统的安全可靠。最大限度地利用已有技术方案，并且在技术上向PROTOS 1-8、PROTOS 90E靠拢。可以为引进新烟机做好技术储备。 　　⑵故障率低。由于 PLC控制器具有防震、防尘、抗干扰等优点，所以大大地提高了系统性能，平均无故障时间可达十万小时以上。 　　⑶操作直观、方便。全汉化的计算机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数、查询产量、消耗等，同时有故障显示，报警功能。 　　⑷维修方便。由于采用的都是国际上通用的软、硬件，便于工厂技术人员掌握，同时备品备件可在国内选购，或由本公司协助采购。 　　⑸增加数据采集系统，可方便地显示每班所用的卷烟纸、水松纸、滤嘴棒等辅助材料的消耗及各种生产数据的统计。 　　⑹由于采用了高性能的工控计算机，能够为生产车间的计算机化管理提供网络接口。 　　⑺PLC程序的设计完全按照原来逻辑线路的控制原理，并参考了PROTOS 1-8和PROTOS 90E的程序设计结构，符合烟厂操作工的维护和使用习惯。根据用户的要求可以将原来的温控系统采用软件PID控制。 　　⑻针对逻辑线路板控制的 PROTOS 70或ZJ17卷接机组的PLC电控改造，现场的工作时间为7至10个工作日。 ◆ VE电控柜 PROFIBUS-DP 子站一 ◆ SE电控柜 PROFIBUS-DP 子站二 CPU 414-2DP PROFIBUS-DP 主站 ◆ MAX电控柜 PROFIBUS-DP 子站三 ◆ 阀岛 PROFIBUS-DP 子站四 ◆ 变频器 PROFIBUS-DP 子站五 二、ZJ17 卷接机组人机界面交互系统 HJY-1 （ IT80 ）介绍 　　用于替换原进口 PROTOS 70机组及国产ZJ17卷接机组中的IT80，并作为PLC电控系统的标准配套改造。HJY-1是SRM系统的监视器，也是SRM系统进行人机对话的界面。 　　HJY-1在原IT80的基础上新增加了专家故障诊断系统和数据采集系统。图1是HJY-1的外形图，其显示界面分为三个区域： 　　界面顶端——标题区：显示报告编号、名称、机器编号、运行状态以及系统时间等信息。 　　界面中间——报告区：显示卷接机组的生产信息和相关数据，点击相应的菜单按钮，显示报告内容、故障诊断（含图形提示画面，如图 2、3、4所示）、数据采集显示（如图5、6所示）等。 　　界面底端是一排菜单按钮，根据操作的需要可触摸相应的按钮。 　　针对原 IT80控制系统的特点，并考虑到与原IT80系统的完全兼容，HJY-1采用德国西门子公司带有触摸屏的SIMATIC PANEL PC一体化工控机代替原控制系统。其优点如下： 　　⑴采用工业级的一体化工作站， CPU Pentium Ⅲ 500M,RAM 128M,硬盘10G或以上，Windows NT4.0（Windows 2000）操作系统，12″或15″液晶触摸屏。方便操作者使用。 　　⑵故障率低。西门子工控机具有防震、防尘、抗干扰等优点，所以大大地提高了系统性能。 　　⑶为了方便烟厂操作人员的维修和维护，重新设计了卷接机组的故障显示系统，并按照 PROTOS 1-8的方式增加了故障的专家诊断系统。 　　⑷操作直观、方便。全汉化的计算机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数、查询产量、消耗等。 　　⑸增加准确的数据采集系统，可方便地显示每班所用的卷烟纸、水松纸、滤嘴棒等辅助材料的消耗及各种生产数据的统计。 　　⑹增加机组的调试和运行参数设置菜单，并可按需要设置相应的保护密码。方便机组操作人员的使用和管理。 　　⑺由于采用了高性能的工控计算机，能够为生产车间的计算机化管理以及厂内的 ERP系统提供网络接口，实现数据传送和管理。还可通过国际互联网，实现远程通讯和远程诊断，更好地为用户服务。 　　⑻在故障显示画面动态地指示各个检测元器件的状态，以及相应的调整方法和元器件的型号说明； 　　⑼增加随机说明书和电器图纸的电子文档，方便操作工的维修和操作，当用户打开电器图纸帮助文档时，可以根据元器件的型号查找其所对应的电器图纸，在显示的图纸中双击高亮显示的元器件名称即可弹出一个窗口显示该元器件的型号和调试说明等内容。 图 1 HJY-1 外观示意图 　　注：将原来的IT80改造为HJY-1型PROTOS 70卷接机组人机交互系统，现场工作时间小于一个小时！ 图 2 VE故障帮助示意图 图 3 SE故障帮助示意图 图 4 MAX故障帮助示意图 图 5 数据采集棒形图显示 图 6 数据采集实时显示 图 7 动态显示系统 图 8 在线电气图纸 图 9 在线帮助文件 三、ZJ17