PLC控制在烟草制丝新工艺中的应用

1、PL C 控制在烟草制丝新工艺中的应用隋昕北京达特烟草成套设备技术开发有限责任公司 摘要 :传统烟草制丝线是以品牌配方的模式组织生产 , 为适应分组加工新工艺在制丝线中的应用 , 要求在 品牌配方的基础上 , 引入模块的概念 , 因此传统制丝线的控制程序已不能满足分组加工工艺的要求 。 讨论在 传统制丝线控制系统的基础上 , 通过对其 PL C 控制系统的优化 , , 提高了设备运 行效率和控制精度 。关键词 :烟草制丝线 PL C 控制系统Application of PLC Control in N ew Primary Processing LineSui XinAbstract :pr

2、imary processing line is working as the model of brand formulation. To adapt the new in the processing line ,on the basis of brand formulation ,the concept of module was introduced. And the control program of the originally processing line can not satisfy the new technology. Based on the originally

3、processing line ,through it s system s optimization ,the new technology was realized. And the running efficiency and control precision is enhanced.K eyw ords :tobacco primary processing line PL C control system1 引言传统烟草制丝线的工艺流程是先将复烤厂加 工后的烟叶及烟梗分别进行回潮 、 加料 、 切丝 、 烘 丝 , 然后将烟丝按照工艺要求进行掺配 、 加香 , 最 终形成卷烟品牌配

4、方成品烟丝 。近年来 , 以降焦减害 、 提高吸烟安全性 、 提高 卷烟产品品质等目的 “中式卷烟” 快速兴起 , 分组 加工工艺作为实现 “中式卷烟” 的一种重要手段 , 正受到越来越多的关注 。 分组加工工艺是在传统工艺的基础上 , 将多条制丝线上的品牌配方分成 若干横向子模块或纵向子模块 , 对子模块按不 同的工艺进行加工 , 再将子模块组装成品牌配 方 , 进行 掺 配 、 加 香 , 最 终 形 成 品 牌 配 方 成 品 烟丝 。2 工艺流程概述为适应分组加工新工艺的要求 , 对原有制丝 线的工艺布局重新规划 , 调整后的制丝线工艺流 程如图 1所示 。图 1 调整后的制丝线工艺流

5、程65 电气传动 2007年 第 37卷 第 12期 PL C 控制在烟草制丝新工艺中的应用 调整后的制丝线具有以下生产线路 。1 传统工艺线路 : 8000kg/h 制丝线 HDT 烘丝机 掺配加香 成品烟丝 ; 8000kg/h 制丝 线 K L K 烘丝机 掺配加香 成品烟丝 ; 3000kg/h 制丝线 HDT 烘丝机 掺配加香 成品烟 丝 ; 3000kg/h 制丝线 K L K 烘丝机 掺配加香 成品烟丝。2 分组加工工艺线路 : 8000kg/h 制丝线 子 模 块 HD T 烘 丝 机 叶 丝 暂 存 柜 ; 8000kg/h 制丝线子模块 K L K 烘丝机 叶丝暂存 柜 ;

6、 3000kg/h 制丝线子模块 HD T 烘丝机 叶丝暂存柜 ; 3000kg/h 制丝线子模块 K L K 烘丝机 叶丝暂存柜 ; 叶丝暂存柜 (模块组装成品牌配方 掺配加香 成品烟丝 。3 控制系统的组成及其配置根据调整后工艺要求 , 控制系统划分为 6个工艺段 , 由 6组 PL C 分别控制 :8000kg/h 叶片 处理段 Z1, 叶丝处理段 Z2, HD T 烘丝及掺配处 理段 Z3,3000kg/h 叶片处理段 Z7, K L K 烘丝机 处理段 Z10和叶丝暂存柜处理段 Z11。其中 Z1, Z2,Z3,Z7为原有控制系统 , 根据分组加工工艺要 求修改其 PL C 及监控机

7、任务处理程序 ; Z10, Z11为新增控制段 。2, 分为数 图 2 控制系统网络结构3. 1 数据管理层数据管理层包括一台管理计算机 、 交换机及网络打印机 。管理计算机 上安 装微软 SQL Server 2000数 据 库 、 Visual Basic 开 发 软 件 、 RSView32和 RSSql 软 件 。 RSSql 是 Rockwell RSBizWare 系列软件在制造企业应用的产品模块之一 ; 在控制端 , RSSql 可以连接 RSLinx 和 RSView32; 在数据库端 , RSSql 可以通过 OL E DB 连接 Micro soft SQL Server

8、2000数据库 。本 层是厂级网与控制系统的接口 , 向上与厂管理系 统及 M ES 系统进行数据通信 , 向厂领导和各职能部门发布生产数据 , 为厂里的决策提供依据 ; 向下对监控计算机下发生产批次 、 任务信息 。在管理计算机上安装两块网卡 , 一块以太网 卡通过交换机与厂级网 M ES 系统连接 ; 另一块 西门子 S71613以太网卡通过 OSM 交换机与 控制系统连接 。 在管理计算机上还可以进行报表 的统计 、 保存 、 查询 、 打印 , 贮柜储存物料的信息查 询等操作 。 3. 2 集中监控层 集中监控层包括 4台监控计算机 、 1台工 程师站和 2台带光纤口的西门子 OSM

9、ITP6275 PL C 控制在烟草制丝新工艺中的应用 电气传动 2007年 第 37卷 第 12期 工业以 太 网 交 换 机 。选 用 的 OSM 集 成 基 于 Web 管理功能 , 可通 过 IE 浏 览器观 察网 络上各个交换机的状态 , 根据登录权限还可对之进 行相应操作 , 这样便于远程监控控制系统通信 状态 。每台监控计算机上安装西门子 S71613以太网卡及 RSView32组态软件 , 通过 OSM 交换 机与 PL C 及管理计算机进行数据交换 ; 工程师站 上安装 RS Logix5000软件并通过 OSM 交换机 联入光纤环网 , 可以在中央控制室内对各控制段 PL

10、C 程序在线查看及修改 。 3. 3 过程控制层过程控制层包括 PL C 控制柜 、 现场操作终端 及其带光纤口的西门子 OSM ITP62工业以太网 交换机 , 共计 6套 , 控制 6个工艺段 C 统之间以及 PL C 能力强的 100M PL C Rockwell Con 2t rolLogix 5563CPU , 并 配 有 以 太 网 卡 (1756ENB T 和 DeviceNet 网卡 (1756DNB 。以太网卡用于将控制段 PL C 通过 OSM 联入光纤环 网 ,DeviceNet 网卡用于联接控制段内的现场总 线设备 , 包括 I/O 子站 、 变频器 、 皮带秤 、 水

11、分仪 等设备 。 现场操作终端安装在 PL C 控制柜的柜 门上 , 现场操作终端选用 PAN EL V IEW 1000触 摸屏 , 集成了以太网卡 , 通过 OSM 交换机与 PL C 数据通讯 。 3. 4 设备控制层包括 I/O 子站 、 变频器 、 软启动器 、 皮带秤 、 水分仪 、 流量计以及传感器检测机构和现场执行 机构等设备 。 I/O 子 站 的 内 部 布 局 如 图 3所 示 。包 括 Turck BL20接口模块 (BL20GW DN ET 、 电图 3 I/O 子站内部布局图源模块 、 数字量输入 DI 、 数字量输出 DO 、 模拟量输入 A I 、 模拟量输出

12、AO 和 Turck 负载馈电器 , BL20接口模块的功能是将子站联入 DeviceNet 网 ;4kW 以下电机除采用变频器外用负载馈电 器直接启动 。变频器 、 水分仪 、 皮带秤 、 流量计均选用带有 DeviceNet 网卡的产品 , 作为子站直接联入 Devi 2ceNet 网 。4 控制系统功能及其特点4. 1 批次任务管理功能务 3种控制选择模式 , 分别 控制 /远程控制 /本地控 制 。正常 生产 时 , 选择 M ES 控制模式 , 控制系统执行由管理计 算机分解后的 M ES 系 统下发 的批 次任 务 ; 当 M ES 系统出现故障时 , 选择远程控制模式 , 控制

13、系统执行在监控机上手工录入的批次任务 ; 当需 要在现场调试 、 检修设备时 , 选择本地控制模式 , 可以通过现场的启动 、 停止按钮对电机进行本地 控制 。 4. 2 集中监控功能监控计算机通过图形化界面对生产线进行实 时监控 。 控制功能包括生产线的控制模式选择 , 工艺参数和设备参数的设定 , 生产线启动 、 停止操 作等 。 监视功能采用图形界面 , 并完全按照生产 线工艺流程布置 , 具有生产线设备单机 、 分段或全 局工艺流程运行状态显示以及工艺参数和设备参 数的实时显示功能 。监控机上还具有安全权限管理设置功能 , 操 作人员或系统管理人员进入监控系统必须先登 录 , 通过不同

14、用户身份的安全级别进行权限控制 , 从而保证系统的安全 、 正常运行 。 4. 3 生产报表 、 统计功能 每一批任务完成自动形成生产报表 , 包括任 务批次号 、 使用的配方参数 、 开始和结束时间 , 重 要工艺指标的最大 、 最小 、 平均值及标准偏差等统 计参数 , 便于质检部门评价产品质量 。 4. 4 设备控制功能 控制系统具有手动和自动两种工作方式 , 维 修设备时 , 采用单机手动方式 ; 正常生产时 , 采用 自动方式 。 在手动方式下 , 操作员可以在现场通 过本地开关盒上的按钮完成电机的启停 , 通过现85 电气传动 2007年 第 37卷 第 12期 PL C 控制在烟

15、草制丝新工艺中的应用 场操作终端画面上的按钮实现单个电磁阀的通断 。 在自动方式下 , 操作员可通过工艺段监控计 算机操作画 面 上 的 启 动 /停 止 功 能 键 实 现 对 生产 线 的 自 动 控 制 , 最 终 满 足 工 艺 参 数 的 要求 。4. 5 电机保护和紧急断电功能控制系统对每台电机都提供保护功能 , 同时 提供紧急断电功能 , 在各工艺段关键位置设置明 显的紧急按钮 , 以备在紧急情况下能迅速切断整个工艺段的动力电源和控制电源 。4. 6 回路控制功能对需要调节的润叶筒温度 、 增温增湿机压力 、 加香流量等进行 PID 回路控制 , 回路控制画面如 图 4所示 。

16、PID 参数在监控机上设置 , 有手动和 自动两种控制模式 。在手动控制模式时 , 各回路 控制器输出由操作员直接输入数据调节 ; 在自动 控制模式时 , 各回路控制器输出由 PID 软件自动 调节 。图 4 回路控制画面4. 7 在线诊断功能控制系统可以在线诊断工艺段或主机设备 启动条件是否满足 , 并 提示尚 未满 足的条 件 , 为操作 人员的 操作 提供指 导 。控制 系统 的运 行非常依赖于网络 , 一 旦出现 网络 故障 , 会导 致工艺段甚至整个生产线停产 , 通过网络在线 诊断可以对工业以太网和现场总线故障显示 、 定 位 , 为 维 修 人 员 快 速 排 除 网 络 故 障

17、 提 供 帮助 。 4. 8 报警功能各工艺段均有完善的故障声光报警及消除声 光报警功能 , 可在监控机上对报警进行确认和复 位 , 并通过不同颜色区分报警的状态 , 是故障已消 失 , 还是仍处于故障状态 。 4. 9 变频控制功能喂料机上的提升带及贮柜底带等需调节转速 的电机均 采用 变频器 进行 控制 , 并选 装 Devi 2ceNet 接口网卡 , 使各段变频器均以现场总线方式与 PL C 通讯 , 实现数字化信息交换 。5 分组加工工艺的特殊功能采用分组加工工艺时 , 传统方式中的一个品 牌配方被分成若干子模块 , 这些子模块分别经 K L K 薄板式烘丝机和 HD T 气流式烘丝

18、机加工 ,再进到叶丝暂存柜中贮存 , 待整个配方的所有子 模块加工完毕后 , 才允许出料至掺配 、 加香 , 制成 成品烟丝 。 5. 1 叶片处理采用分组加工工艺时 , 子模块生产批次最大 投料量为 24000kg , 而贮叶柜的最大贮存能力只 有 8000kg , 因此贮叶柜控制系统增加了不停机 情况下的自动换柜功能 , 可以保证连续生产 , 提高 了设备使用效率 。 5. 2 叶丝暂存柜进料由于 K L K 薄板式烘丝机和 HD T 气流式烘 丝机可以并行生产 , 因此与普通贮柜不同 , 叶丝暂 存柜可以同时接受两条生产线的进料任务 , 叶丝 暂存柜控制系统任务管理程序在设计中充分考虑9

19、5 PL C 控制在烟草制丝新工艺中的应用 电气传动 2007年 第 37卷 第 12期 了这个特点 , 满足了工艺要求 。在多个模块先后进入多个暂存柜的情况 , 控 制系统首先判断模块是否属于同一个配方 , 如果 不同 , 则不允许进料同时提示操作人员 ; 当暂存柜 内只有一个配方 , 且只有部分子模块时 , 由于柜内 所贮存的烟丝并非一个完整的品牌配方 , 因此控 制系统将贮柜出料设定为锁定状态 , 不允许出料 同时提示操作人员 ; 待该品牌的全部模块均已进 柜完毕 , 将多个模块组装成为品牌配方后 , 控制系 统才允许暂存柜出料 。 5. 3 叶丝暂存柜出料多个暂存柜内的品牌配方组装完毕

20、后 , 为保证品牌的均匀一致性 , 要求多个暂存柜同步出料 , 并且出柜的相对误差小于 ±0. 5%。为保证出柜 精度 , 在暂存柜底带安装了轴编码器 , 测暂存柜底带运行的距离 。暂存柜作为基准柜 , ; 运行时 , , 误差大于 设定值时 , 调节比较柜的底带变频器速度 , 从而保 证暂存柜的出料同步 , 控制原理如图 5所示 。 经图 5 暂存柜底带同步控制原理图实测 , 同步出料时的相对误差小于 ±0. 5%, 满足工艺要求 。6 结束语传统的制丝线采用的是以品牌配方来组织生 产 , 只有单一线路 , HD T 烘丝机和 KL K 烘丝机 只能采用二选一的方式工作

21、, 设备利用效率低 , 无 法满足分组加工工艺的要求 ; 通过对原有制丝线 设备及控制程序的改造 , 可以两条制丝线并行生 产 , 同时处理不同的品牌配方或者子模块 , 提高设 备利用效率和控制精度 , 。, 运行 , 并能满足分组 , 得到用户的好评 。参考文献1 罗克韦尔自动化 . ControlLogix 系统用户手册 . 20042 罗克韦尔自动化 . 罗克韦尔自动化设备网 (DeviceNet 产品概貌 . 20043 西门子 (中国 有限公司自动化系统部 . 西门子工业通讯网络 . 20054 TURC K Co. , Ltd. TU RC K BL20DeviceNet Hard

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