1、引言

目前我國大多卷煙廠的主力機型B1卷煙包裝機組是在上世紀80～90年代從德國斯慕門公司引進的高速軟包包裝機組。但由于該卷炯包裝機組工作年久，各電子控制部件逐步老化、失效，故障率很高。近年來，BI機組電氣控制系統缺陷日益凸顯；邏輯組件老化；出現故障不能自動停機；控制線路板布局復雜，國內無相關元件生產廠家，備件困難且價格高。同時BI機組還存在控制方式落后、英文顯示導致維修不便等問題。

改造后的BI機組是以PLC和工控機為核心的電氣控制系統。PLC完成所有數據采集和實時控制，完成啟動、停車、工藝流程控制、檢測等整個運行過程。工控機作為上位機，具有良好的人機界面，同時增加統計報表和預留網絡化管理功能，并為遠程數據采集提供技術支持，從而徹底解決BI機組電控系統所存在的問題。

2、BI包裝機組電控系統硬件構成

BI包裝機組由NF卸盤機、BE包裝機、RC小包透明機、PHZ大條機和NK大條透明機等5部分組成，如圖1所示。

改造后的電控系統則采用BE、RC、NF、FHZ/HK等4個獨立部分組成，并且各部分之間單獨控制和單獨顯示。其中BE包裝機為主機，其他部分為從機。各部分之間增加信息交換功能，實現B1機組的整體控制，而相位控制則采用絕對值編碼器，從而使B1機組協調工作。

3、改造設計方案

3．1 改造總體框圖

原BI機組的主機BE、RC、FHZ／NK的控制系統不在同一套控制柜中，各部分通過開關量交換設備運行信息。BE機的主要動作是由機械裝置完成，各部分共同特點為檢測信號多，執行元件少。針對這一特點，整體改造BI機組，其改造框圖如圖2所示。

3．2 BI主機改造

控制器采用高性價比的S7-400 PLC，該器件是西門子公司生產的高性能大型PLC控制系統，具有高速、穩定、可靠、開放等特點。該軟件功能強大，具有面向對象、直觀的用戶界面，易于使用。新的設計只保留極少數的繼電器，控制邏輯由PLC實現。去除繼電器后多出來的空間用于放置PLC的子站點，PLC的子站點主要包括通訊、輸入輸出和特殊功能等模塊。改造BI主機主要是對其角度反饋系統、控制系統和調速傳動系統進行改造。圖3為BI主機控制系統結構圖。

3．2．1 角度反饋裝置的改造

采用絕對型編碼器替換原機的增量型編碼器。與增量型編碼器相比，絕對型編碼器實時反饋輸出角度值，無需通過脈沖計數方式計算設備當前角度，即使設備斷電，在恢復供電后也可立即知道斷電前的角度值，并立即投入生產，無需重新尋找零脈沖。

3．2．2 主驅動的改造

鑒于現今交流變頻技術已具有較高的可靠性，可取消原系統直流電機、直流調速器和智能隨動單元，采用交流電機加變頻器方式實現主機速度控制。同時，采用BI主機的改進機型BO機特點，在其控制臺增加手動調速電位器，便于操作和維護人員調試保養設備。

3．2．3 輔助驅動系統的改造

除主驅動系統外，BI主機還有進料傳送帶、下煙道電機、盒皮膠輥、封簽膠輥和出口傳送帶等5個輔助驅動裝置。這些輔助驅動的直流電機全部改為普通交流調速電機，均選用西門子420變頻器控制。

3．2．4 溫度調節系統的改造

需調節控制BI主機的烘干轉塔的加熱溫度（雖然原機有油加熱器，但一般不用，因為設備在卷包車間內工作時潤滑油是絕對不會出現凍結的）。原機溫度調節系統由Pt100熱電阻、TEMPMOD A176／A177轉換板、測溫板SMC-MAX（A30）、A／D轉換板SMC-02B（A24）、和固態繼電器、加熱器組成。改造溫度調節系統是在保留原機的熱電阻和加熱器的基礎上，取消熱電阻轉為4～20 mA的模塊TEMPMOD A176／A177，而將熱電阻的線直接引入控制柜，接至西門子PLC的模擬量模塊。溫度調節采用軟PID實現，由西門子PLC的PID功能塊控制加熱器溫度。

3．2．5 人機界面的改造

采用液晶觸摸屏技術代替老式的CRT顯示和鍵盤輸入，大大減輕機組重量，縮小外形體積，提高顯示質量，并新增有關整機的參數設置、產耗分析、故障信息報警定位等功能。采用全中文菜單設置監控功能，實現運行狀態顯示、車速顯示、參數設置、故障指示、交班記錄等；設置有密碼功能防止無關人員改動參數。維修密碼可授權給機器維修人員。

3．2．6 煙支檢測器的改造

選用ZN0228-B1型B1光電小包煙支檢測器替代原裝小包煙支檢測器。恢煙支檢測器是一款全新的數字化檢測模式，它由空頭檢測探頭、缺支檢測探頭和控制器3部分組成，無需改動原主機，只需將原缺支、空頭檢測頭換成新的檢測頭，并把控制器的輸出線連接到B1主機相應的接線端子上，在不改變原主機任何控制電路和機械裝置的情況下，可直觀、方便調整缺支、空頭的靈敏度。

3．3 現場總線與網絡連接

INTERBUS是德國Phoenix公司提供的工業現場總線，符合IEC61158國際標準總線。現已廣泛應用于汽車工業、煙草工業、倉儲及傳送技術、造紙工業、包裝工業、食品工業等領域。獨立的診斷程序提供詳細的故障信息（故障地址、故障類型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供用戶程序處理故障信息的工具，控制板3行16段LCD顯示器直觀醒目。圖4為B1機組控制系統通過以太網與管理層計算機通信。

S7-400，S7-300和ILC200IB控制器分別安裝于BE控制柜、RC控制柜以及FHZ／NK控制柜內。S7PLC配有電源、CPU、中斷、 PID等模塊。INTERBUS總線適配控制板安裝于PLC底板，處理PLC與過程I／O設備之間的數據交換，大量的I／O模塊及機組的操作面板安裝在現場，通過INTERBUS總線連接到PLC。

4、結論

改造后機組已運行一年，運行良好，性能穩定且故障率低，設備有效作業率平均為83．7％，較原來的 70％提高了13％，改造效果明顯，上位機界面完全漢化，方便故障檢查和排除。新設計的電控系統采用通用的元件，成本降低。大大節省維修費用。該系統為車間的網絡化管理及遠程數據采集提供技術支持，具有很強的擴展功能。

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