卷烟机PLC电气控制系统设计与具体操作

1、引 言 

    MK9-5卷烟机是英国MOLINS公司七十年代的产品，其电气控制部分采用以INTELg080为主的电子逻辑线路板和继电器组成控制系统，充分体现当时的技术水平，目前在许多中小型卷烟厂仍是主要的卷烟卷接生产设备。随着微型计算机技术的发展，特别是经过多年的运行，电路逐渐老化，故障率也随着增加，维修工作越来越繁重，直接影响到工厂正常的生产效率和产品质量。因此，必须对MK9-5卷烟机的电气控制系统进行改造，使之具有更为先进的控制和监测功能，以适应高效率安全生产的要求。

2、系统方案的确定

　　MK9-5卷烟机电气控制台改造的指导思想是：机电分离，集中控制，实时监控。其目的在于将电气控制系统与机械系统结构上相分离，以利于机电系统的维护和修理，将分离式硬件逻辑控制系统改为模块化集中控制，以提高烟机控制水平，增强系统的可靠性：运用智能化技术对烟机运行进行实时监控，给操作工以指导。

　　根据上述指导思想，通过调查研究和消化吸收原机控制系统的技术，提出采用三菱A2AS可编程序控制器（以下简称PLC）和工业控制计算机（以下简称IPC）相结合的控制方案。其中PLC主要完成机检测和控制任务，而IPC主要完成监测管理、数据采集和人机界面等任务。经过反复论证和选择比较，认为采用PLUIPC控制方案更能体现信息管理集中优化和控制系统实用可靠的优点。

3、系统框图和配置

　　经过消化吸收电气控制系统的原始电路图并考虑到PLC的工作特点，归纳整理出控制系统的输入/输出信号为：

　　输入信号：共有102点，全部为直流输入信号，主要是各种传感器输入信号和主令按钮输入信号。

　　输出信号：共有106点，全部为直流输出信号，主要是各种执行机构的输出和指示灯输出信号。

　　中断信号：卷烟机的刀头信号、跑条信号和盘纸拼接信号需要控制系统立即作出响应，因此将这三个信号作为中断信号输入PLC。
 
　　通讯信号：PLC运行过程中需要将检测到的卷烟机的运行状态和统计数据传送给上位的IPC，同时也需要接收从IPC设置的有关运行参数，在控制系统中采用RS232串行通讯的方式实现这些数据的交换。

　　根据上述I/0信号分配情况，控制系统决定选用日本三菱公司的A2AS系列的可编程序控制器，具体的配置是：
 
    底板：AlS35B和A1S55B各一块。

    CPU模块：A2ASCPU一块。

    输入模块：AX42二块。

    输出模块：AY42一块，AY16三块。

    中断模块：AI61一块。

    通讯模块：AlSJ71C24一块。

　　其中，两块AX42模块安装在主底板AlS35B的第0和第1通道，AI61中断模块安装在A1S35B的第2通道，AlSJ71C24通讯模块安装在AlS35B的第3通道。输出模块AY42和三块AYl6则分别安装在扩展底板AlS55B的第0至第3通道。

4、主要控制模块的设计

　　卷烟机是一种机、电、光相结合的生产设备，其整机运行的自动化水平较高，控制系统比较复杂，按照工艺过程的要求可分为下述若干个控制模块。

    （l）主电机启停控制：主电机启动前，主离合器应处于拉开状态，确保主电机轻载启动。当所有检测和控制条件均满足时，按下启动按钮可使主电机轻载启动，速度为全速的1/3，当烙铁放下产生烟条运行信号后，自动切换为全速运行。当机器出现故障，则立即切断电源并机械制动，保证机器安全。

    （2）变频调速控制：卷烟机共有点动速度（1/6全速）、低速（1/3全速）和全速三种运行速度，由PLC控制系统根据当前的运行条件产生相应的输出信号控制交流变频器的速度设定，从而达到合适的机器运行速度。

    （3）其他电机控制：当主电机正常运行后，PLC控制大小风机电机、油泵电机、油冷电机、浆糊电机、液压电机、烟梗电机、料斗电机、振动盘电机和除尘电机开设运行。这些电机的状态都接入交流连锁控制中，任何电机的异常都会断开交流连锁，导致机器停止运行。当主电机停止运行后，PLC控制这些电机停止运行。

    （4）交流连锁控制：交流连锁通常用来保证运行过程中的人员和机器的安全，当出现防护门打开，机械传动异常，油压偏低或电机热敏跳闸等故障时，交流连锁断开，机器停止运行。消除故障后，机器才能重新运行。

    （5）直流连锁控制：直流连锁通常用来保证运行过程中的产品质量，当出现烟丝缺少，盘纸断开，跑条等故障时，直流连锁断开，机器停止运行。消除故障后，机器才能重新运行。
 
    （6）烟丝料斗控制：当主电机启动运行后，料斗电机自动运转为卷烟机提供烟丝，控制系统同时检测烟丝料位的高低和控制烟丝的提升速度，保证烟丝供给的均匀连续。

    （7）盘纸拼接控制：当二盘盘纸用完后，使用待用的另二盘盘纸通过自动拼接后继续为卷烟机提供原料。拼接控制的逻辑比较复杂，主要包括拼接选通脉冲的监测、左右盘纸张力监测、左右盘纸耗尽检测及手动拼接等几部分。

    （8）烙铁温度控制：选用日本ORMON智能温度控制器控制卷烟机的熔铁温度，温度控制器的报警输出接入PLC的直流连锁控制中，当温度超限后，PLC的直流连锁断开使机器停止运行，同时显示故障原因。

    （9）水松纸拼接控制：当-盘水松纸用完后，使用待用的另一盘水松纸通过自动拼接后继续为卷烟机提供原料。水松纸的拼接控制的逻辑与盘纸拼接一样也是包括拼接选通脉冲的监测、左右水松纸张力监测、左右水松纸耗尽检测及子动拼接等几部分。

    （10）干燥鼓剔除控制：当机器开始运行或出现盘纸或水松纸拼接时，卷烟机会产生部分不合格烟支。这些不合格烟支需要在经过干燥鼓时被剔除掉，剔除动作是靠干燥鼓吹气阀的导通未完成的，准确的剔除时序则是靠刀头脉冲信号的同步作用来保证。
 
    （11）数据采集：卷烟机运行过程中的二些生产数据如产量、原辅材料的消耗、停车故障的次数和持续时间等可在PLC中加以统计，统计可按班次进行日统计和月统计存储在盯的寄存器中。上位的IPC可通过盯的通讯模块读取这些数据提供给生产管理使用。
 
5、结束语

　　本文介绍的在MK9-5型卷烟机中用三菱PLC构成的新型先进电气控制系统，经过一年多的实际运行，大大提高了整机的可靠性和工作效率，降低了故障率和次品率，减少了原辅材料的消耗，达到了控制系统的设计目的。因此，用兰菱PLC构成的卷烟机新型先进电气扣制系统具有较好的使用和推广价值。