基于PLC的卷煙機風送風速控制系統(tǒng)

陳志新

摘 要 隨著卷煙機電控系統(tǒng)的升級，模擬量風速控制得到了很好的應(yīng)用，為卷煙機集成風力送絲系統(tǒng)的研發(fā)提供了技術(shù)便利。文章主要介紹基于西門子PLC控制的卷煙機集成風送風速控制系統(tǒng)，實現(xiàn)卷煙機對風送風速的精準控制，并降低了煙絲的損耗率。

關(guān)鍵詞 風力送絲；風速控制；PID運算

中圖分類號：TP27 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）02-0036-01

卷煙生產(chǎn)過程中的風力送絲系統(tǒng)廣泛采用風速自動調(diào)節(jié)、平衡控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)主要采用“主管恒壓”、“機臺定風量補風”與“速度微調(diào)”裝置對速度進行控制的技術(shù)。系統(tǒng)中每臺卷煙機都具備獨立的送絲與補風回路，此系統(tǒng)既節(jié)能環(huán)保、又能夠減低煙絲燥脆，提高煙支的內(nèi)在品質(zhì)。

此系統(tǒng)原理如圖1，若只用一個控制系統(tǒng)來控制整個車間的風力送絲，對PLC運算能力、通訊負載能力要求很高。因此采用分布式控制，每臺卷煙機由一個現(xiàn)場小型PLC 200風送控制柜進行末端控制，通過網(wǎng)絡(luò)由系統(tǒng)對現(xiàn)場PLC進行遠程控制、參數(shù)調(diào)節(jié)，同時現(xiàn)場風送控制柜PLC具有本地控制功能。

圖1 風速自動調(diào)節(jié)平衡控制系統(tǒng)

1 現(xiàn)有系統(tǒng)缺陷

分布式的風速自動調(diào)節(jié)平衡控制系統(tǒng)解決了系統(tǒng)PLC運算能力不足的問題，但也帶來了負面問題。目前行業(yè)內(nèi)將風送控制柜裝在卷煙機身上或車間天花板上管道層），前者給設(shè)備移機帶來不便，也會造成風速控制系統(tǒng)不穩(wěn)定，而后者若PLC200控制柜如發(fā)生故障，則不便于維修。且無論裝在哪，管道風力測試校準，均需兩人配合，非常不便。

2 卷煙機集成風速自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的可行性調(diào)研

以常德生產(chǎn)的卷煙機為例，采用西門子PLC400進行控制，因此可以方便的對控制系統(tǒng)硬件配置進行更改和編程。在硬件配置增加一個模擬量I/O模塊用于接入風速調(diào)節(jié)信號（見圖2），通過編程在卷煙機上實現(xiàn)對風力送絲系統(tǒng)的風速調(diào)節(jié)與控制。

圖2 風送風速控制改進前后對比

3 卷煙機集成風速自動調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)的設(shè)計方案

3.1 硬件選型

風速檢測儀采用壓差流量計，風速調(diào)節(jié)閥可選用氣動調(diào)節(jié)閥且具有閥門開度位置反饋。信號采集模塊選擇西門子6ES7 331-7KF01-0AB0；模擬量輸出模塊選擇西門子6ES7 332-5HD01-0AB0。

3.2 軟件編程

系統(tǒng)中風速檢測儀采用壓差流量計，其中節(jié)流元件選擇孔板，假設(shè)管道空中氣不可壓縮氣體，流過孔板的流量由下式計算：

Q=0.00399859aεd2

其中：a為流量系數(shù)，由實驗方法確定；

ε為流體膨脹系數(shù)；

d為節(jié)流裝置在工作狀態(tài)下的開孔直徑（mm）；

ρ為工作狀態(tài)下被測量流體密度；

p1、p2為節(jié)流前后壓力值（Pa）。

由公式可以看出流量與壓差開方成正比，而流速與流量成正比。根據(jù)公式，在S7程序塊中編寫風速采集功能塊FC120及風速調(diào)節(jié)閥功能塊FC125；PID控制使用標準庫PID控制模塊FB41；所有人機交換數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)塊DB42；編寫風送風速控制程序FC28。

3.3 HMI人機交互開發(fā)

在卷煙機IT80人機界面為PID參數(shù)整定開發(fā)一人機交互界面，方便工程調(diào)試。

3.4 風速校正

PID參數(shù)經(jīng)過工程整定后，一般不做修改。實際風速與測量風速如有出入，可根據(jù)相關(guān)參考表校正參數(shù)。

4 集成后控制效果及其效益

4.1 控制效果

改進后風速PID控制由PLC400處理計算，在計算速度、精度上都要比PLC200高。此外，風速控制的響應(yīng)時間也更快，采樣時間由200 ms縮短至150 ms。改造前后風速實際最大值差值△S=S2-S1≥2 m/s。

4.2 經(jīng)濟效益

4.2.1 直接經(jīng)濟效益

卷煙機集成風速控制后，提高了煙絲輸送過程的穩(wěn)定性，降低煙絲在管道輸送過程中的損耗率。

測試選取同一牌號煙絲，改造后管道輸送過程中的損耗率比改造前降低了0.864%。以每臺機年產(chǎn)4萬箱、單箱平均用絲37 kg、煙絲平均價格50元/kg來計算，改造后，僅降低煙絲燥脆方面每年就可節(jié)約639360元，而改造投入僅3.5萬元左右。另，原風速控制系統(tǒng)的控制硬件每套需10萬元費用，改造后可節(jié)省此項費用。

4.2.2 間接經(jīng)濟效益

改造完后，風送風速控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的機率降低，且單臺系統(tǒng)的故障不會影響到整個車間的運行，無形中增加了機器的有效利用率。另在風速校正上，可節(jié)省工時。原來每機臺每次校正需兩人，耗時約0.5小時。改造后只需1人，時間耗時不變。以每月每個機臺校正一次，全年可節(jié)約工時共108小時。

5 應(yīng)用推廣前景

2011年，廈門煙草工業(yè)有限責任公司利用卷煙機PLC升級改造之機，在一區(qū)卷包車間推廣使用3套。目前卷煙機集成風送風速控制系統(tǒng)運行穩(wěn)定，使用效果良好。

參考文獻

[1]謝海，袁國安，李國榮.卷煙機組風力送絲風速控制技術(shù)與原理[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報，2007（4）.

[2]湯旭晶，李鶴鳴，喻方平.基于PROFIBUS_DP總線的風力送絲平衡控制系統(tǒng)設(shè)計[J].制造業(yè)自動化，2005（8）.

[3]西門子公司.Simatic Step7 V5.4幫助手冊[M].endprint