基于在特定條件下ZJ19B型烙鐵溫度控制的研究

摘 要：針對我廠ZJ19B型卷煙在生產(chǎn)過程中，由于溫度控制經(jīng)過改造后，后身PLC脫線導(dǎo)致溫度不受控制;以及高、低速烙鐵在開機(jī)和停機(jī)時溫度波動大的分析和解決的辦法。

關(guān)鍵詞：PASSIM（帕希姆）;ZJ19B型卷煙機(jī);西門子PLC;PROFIBUS DP總線;固態(tài)繼電器;四通道溫控器

1 引言

ZJ19B型卷煙機(jī)是我國許昌煙機(jī)廠引進(jìn)英國Molins（莫林斯）公司生產(chǎn)的一種高速卷煙生產(chǎn)設(shè)備PASSIM，最早進(jìn)口的PASSIM和國產(chǎn)一代ZJ19機(jī)的所有加熱器控制，都是用四通道溫控器來對各個溫度進(jìn)行控制?，F(xiàn)在我廠對其升級成ZJ19B，把原來的四通道溫度控制器全部取消，用PLC來進(jìn)行控制，用工控機(jī)的顯示各個加熱器時實溫度，設(shè)定溫度和報警溫度。在二十世紀(jì)90年代，ZJ19B是全國最好的卷煙設(shè)備，也是全國生產(chǎn)銷售最好、最大的卷煙設(shè)備公司之一。

2 簡介：ZJ19B型卷煙機(jī)的烙鐵加熱器控制原理

ZJ19B型卷煙機(jī)的烙鐵加熱器由卷煙機(jī)中的高、低速烙鐵和接嘴機(jī)的水松鼓加熱、搓板加熱、膠前和膠后加熱器組成。對加熱器的溫度控制分別由卷煙機(jī)電控柜主PLC和料斗PLC控制完成。高、低速烙鐵、水松鼓加熱、搓板加熱和膠前加熱的工作電源是單相交流110V，膠后加熱器是80V。每一路加熱器由一個空氣開關(guān)作為加熱器回路的過載和短路保護(hù)，然后經(jīng)過二個接觸器（1A1K10和1A1K11）到固態(tài)繼電器，加熱器的通斷是依靠固態(tài)繼電器來控制。加熱器的實際溫度主要是經(jīng)過熱敏電阻（鉑熱電阻）接入料斗PLC的模擬輸入板，通過PLC程序換算成當(dāng)前的實際溫度，并在工控機(jī)主畫面上顯示，所有溫度顯示值的單位為℃。而所有加熱器的設(shè)置溫度和報警極限值則在專門的溫度設(shè)置畫面中設(shè)置。當(dāng)通電時，加熱器處于關(guān)斷狀態(tài)。與加熱器通/斷開關(guān)（9A4S6）一體的指示燈（9A4H6）經(jīng)主PLC輸出口Q12.4點亮。加熱器通/斷（9A4S6）開關(guān)為瞬時按鈕開關(guān)。按下此按鈕時，信號經(jīng)輸入口I1.1送給卷煙機(jī)PLC。只要不存在加熱故障，主PLC便輸出“烙鐵（加熱器）使能”信號。烙鐵和加熱器控制器然后激活加熱器固態(tài)繼電器。烙鐵和加熱器經(jīng)相關(guān)的斷路器（1A1F9、1A1F10、1A1F16、1A1F4、1A1F15、1A1F17）和固態(tài)繼電器（1A1U1——1A1U6）獲得電源（110伏交流或80伏交流）。每個烙鐵和加熱器都有一個相應(yīng)鉑熱電阻檢測器。該檢測器把測得加熱器的溫度送給料斗PLC的模擬輸入模塊，通過總線PROFIBUS-DP到主PLC，然后由主PLC換算成實際溫度值。如果實際溫度值高于預(yù)定的溫度高限或低限值將產(chǎn)生溫度過高或過低報警信號，從而產(chǎn)生加熱故障信號。本系統(tǒng)中，溫度的控制是通過主PLC程序中的加熱功能塊FB38來處理完成的。該功能塊不僅能判斷加熱器故障，還能判斷鉑熱電阻故障。如果PLC接收到溫度過低報警信號。卷煙機(jī)將不能起動。可是，如果機(jī)器已經(jīng)在運(yùn)行，該信號將不會使機(jī)器停止。不過，顯示屏上將閃動報警信號。如果煙條加熱器溫度過高報警信號送給PLC，卷煙機(jī)將不能起動。但如果機(jī)器已在運(yùn)行，將激活“立即停機(jī)”指令。加熱器固態(tài)繼電器控制端將不再有使能信號，固態(tài)繼電器輸出端立即失電。加熱器電路將斷開，停止加熱。

3 存在的問題

1）我廠以前的加熱器溫度是由四通道溫控器進(jìn)行控制各烙鐵加熱器，現(xiàn)在升級用西門子PLC S7 300來控制各溫度和烙鐵加熱器。而溫度的模擬輸入信號在料斗PLC從站中，控制的程序和輸出在主PLC和卷煙機(jī)PLC。在設(shè)備上電或在停機(jī)時，如果后身PLC未啟動;或在保養(yǎng)時，不小心把RUN按鈕轉(zhuǎn)換到STOP狀態(tài)下;或后身PLC從站與主站PLC的網(wǎng)絡(luò)總線PROFIBUS? DP未連接上或被中斷，導(dǎo)致后身PLC從站脫線。此時如果操作工在做其他工作時，沒有注意到后身PLC脫線這一故障，那么，加熱器的溫度檢測信號是在后身PLC上，就不能與主PLC進(jìn)行PROFIBUS DP連接，無法刷新烙鐵加熱器當(dāng)前的溫度，一直顯示最初的溫度，而主PLC的程序?qū)凑赵O(shè)定的溫度進(jìn)行加熱控制，主PLC一直接收到的相同的溫度，由于總線沒有隨時刷新，所以就會一直加熱，卻一直達(dá)不到設(shè)定的溫度，而實際溫度卻達(dá)到很高的溫度。

2）當(dāng)ZJ19B煙機(jī)在運(yùn)行中，高、低速加熱器的溫度都能在設(shè)定范圍內(nèi)波動，一旦停機(jī)之后，高、低速加熱體的溫度就會一下子飆升，可能超過設(shè)定溫度50度左右，如果溫度沒有降下來的情況下，在啟動設(shè)備，就會導(dǎo)致所生產(chǎn)的煙條出現(xiàn)黃斑，也有可能溫度太高，直接把煙條上的膠水烙干，產(chǎn)生爆口;當(dāng)ZJ19B機(jī)啟動時，高、低速加熱器的溫度就會下降，有時下降到在設(shè)定溫度下40度，這時由于溫度太低，導(dǎo)致煙條上的膠水不能完全粘合，也會產(chǎn)生爆口。

4 分析產(chǎn)生的原因和解決的辦法

1）由于在升級改造過程中，只注意到后身PLC從站脫線（脫線包括幾種情況：（1）PROFIBUS-DPI沒有聯(lián)接好;（2）后身PLC處于停止?fàn)顟B(tài)，撥碼開關(guān)在STOP位置;（3）撥碼開關(guān)雖在RUN位置，但沒有處于運(yùn)行狀態(tài)。），不能啟動設(shè)備正常運(yùn)行，必須要處理好之后，才能使整個機(jī)組正常運(yùn)行。而ZJ19B中的各加熱器的測溫?zé)崦綦娮瑁≒t100）是接在后身PLC上的模擬輸入板AI8x12Bit上，而對溫度的計算、分析、控制卻在主站PLC中，輸出程序在卷煙機(jī)PLC輸出板DO16xDC24V/0.5A的QB20，雖然后身PLC脫線了，測溫模擬輸入信號不能立即刷新并傳入到主PLC，一旦加熱器按鈕被按下，主PLC仍然要對其計算、分析、控制和輸出程序。一旦有后身PLC從站脫線后，就會使各加熱器處于非控制狀態(tài)。根據(jù)這個原因，我們就把后身PLC脫線這一信息加在主PLC程序控制中，加熱器的輸出信號就得到了控制，同時對加熱信號進(jìn)行復(fù)位。具體的信息是M116.2（后身PLC脫線）對M21.1（加熱器啟動）復(fù)位，同時，將M116.2的常閉觸點串聯(lián)在M21.1的置位線路中。

2）在ZB19B機(jī)組中，一直都存在高、低速烙鐵溫度在開機(jī)和停機(jī)的時候，溫度波動特別大，當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行的時候，溫度控制又能正常使用。對這高、低速烙鐵的溫度控制想了不少的辦法，從烙鐵的功率、烙鐵體的傳熱、絕熱角度著手考慮，效果仍然不理想。經(jīng)過多次的開機(jī)和停機(jī)時加熱狀態(tài)觀察，在開機(jī)運(yùn)行的時候，煙條和封口膠在高、低速烙鐵上會帶走很大部分的熱量，溫度自然會極速下降，即使在此時，全速加熱，溫度也會下降，而此時加熱使能信號卻還是斷續(xù)加熱，自然會使溫度下降的幅度很大;在停機(jī)時，溫度顯示一直往上漲，此時還是有加熱使能信號，說明還在斷續(xù)加熱，本來這個時候由于剛停機(jī)，所帶走的熱量忽然一下子減少，溫度本來就會往上漲，再加上還有加熱使能，此時溫度向上漲的值肯定會更高。烙鐵加熱器溫度的控制主要還是用PID算法，當(dāng)烙鐵加熱器在某個狀態(tài)下，加熱與散熱達(dá)成了平衡狀態(tài)，忽然打破平衡之后，肯定會有很大的波動。針對這二種情況，在開機(jī)運(yùn)行的時候，讓高、低速烙鐵全速狀態(tài)加熱，來補(bǔ)充此時所帶走的熱量，來減少溫度的波動;在停機(jī)時，忽然停止所帶走的熱量，溫度升高，使其不再給它加熱的電能，來抑制溫度的上升。于是把卷煙機(jī)PLC中OB1的程序中進(jìn)行了部分的增加。經(jīng)過多次調(diào)試，延時時間在10-20S為最佳。

5 結(jié)束語

由于ZJ19型機(jī)組在我廠卷制生產(chǎn)中占有絕對的主導(dǎo)地位，針對各個細(xì)節(jié)都要作出更好、更優(yōu)的解決方法;經(jīng)過這次對ZJ19型高低速烙鐵溫度波動大的優(yōu)化，起到了非常明顯的效果。煙草行業(yè)競爭越演越烈，質(zhì)量要求也越來越高，在不斷追求產(chǎn)品質(zhì)量的同時，也將對設(shè)備更加符合煙草生產(chǎn)創(chuàng)造更加有力的條件。

參考文獻(xiàn)

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[2]賈志強(qiáng)主編? ZJ19A卷接機(jī)組安裝調(diào)試電氣技術(shù)培訓(xùn)教材;

[3]彭峋主編? ZJ19B卷接機(jī)組安裝調(diào)試電氣技術(shù)培訓(xùn)教材;

[4]陳炳基主編? YJ19-YJ29卷接機(jī)組? 北京出版社。

[5]上海實甲電子科技有限公司

作者簡介

方玉波，工程師、高級技師，1997年畢業(yè)于成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校，機(jī)械設(shè)備及自動化專業(yè)。1997年進(jìn)入涪陵卷煙廠卷接包車間從事卷接、包裝設(shè)備的電氣維修及技術(shù)改造工作，一直至今。