一、概述
　　GDX1/X2（8000）型包裝機是GD公司生產(chǎn)的高檔、高速煙支包裝設(shè)備，深受國內(nèi)煙草行業(yè)歡迎。目前國內(nèi)煙廠已有GD（8000）型包裝機近400臺，其中部分設(shè)備已到大修期，由于GDX1（8000）型包裝機組原FZ控制系統(tǒng)是采用70多塊硬件電路板組成的控制邏輯，方法相對落后，潛在故障率高，現(xiàn)場維護困難，大修很不方便，開放性很差。同時GD公司今后將不再供應(yīng)FZ備件，一旦出現(xiàn)備件問題，將會影響生產(chǎn)的正常進行，因此GD包裝機的改造升級也就勢在必行。
　　鑒于上述情況，中國科學(xué)院沈陽自動化研究所設(shè)計開發(fā)了GD包裝機組PLC電控系統(tǒng)，作為中國煙草專用機械零配件全國會員單位，于國內(nèi)最早通過國家煙草專賣局的鑒定。2004年3月我們承擔(dān)了長沙卷煙廠GDX2電控系統(tǒng)的PLC改造工作，將該系統(tǒng)進一步發(fā)展為PLC+FIELDBUS（現(xiàn)場總線）結(jié)構(gòu)，采用德國SIEMENS公司大型PLC S7-400作為核心控制單元，以INTERBUS現(xiàn)場總線為擴展，外掛工控機、輸入輸出模塊等，從而大大提高了系統(tǒng)的先進性、可靠性、開放性、可擴展性，故障率大幅降低，有效作業(yè)率明顯提高。
二、GD包裝機組電控系統(tǒng)改造技術(shù)方案
1、改造方案:



　　 將原有FZ電控系統(tǒng)及線路板全部取消，換上PLC電控系統(tǒng)及在機器上安裝6個總線站點盒，用軟件方法實現(xiàn)原有硬件線路板的功能，主輔機用變頻調(diào)速取代原有直流調(diào)速等。這種方法的最大特點是，新的電控系統(tǒng)布局更加合理，現(xiàn)場配線工作量大大減少，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，可靠性高，外型美觀，現(xiàn)場改造速度快，一般只用一周左右就可完成。該電控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)為PLC+INTERBUS( PROFIBUS)+觸摸屏顯示。
2、改造內(nèi)容
　　a．取消原電控柜，采用與MicroⅡ電控柜柜體大小相同，主體顏色與設(shè)備一致的電控柜。電控柜的安裝位置也與MicroⅡ電控柜安裝位置相同。采用西門子S7-400(CPU414-2DP)PLC作為核心控制系統(tǒng)，所用器件全部采用進口優(yōu)質(zhì)器件。
　　b．以INTERBUS（或PROFIBUS）現(xiàn)場總線控制方式，連接傳感器、現(xiàn)場設(shè)備及控制器。INTERBUS與PLC通過插在PLC上的INTERBUS控制板相連接。
　　c．增加兩臺15寸觸摸式SIEMENS/PC870工控機，主機、輔機各一臺以便于監(jiān)控，并采用WINCC組態(tài)軟件作為上位機的開發(fā)和運行程序。全漢化的計算機人機界面，設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)顯示及參數(shù)修改全部在觸摸屏上進行。并具有數(shù)據(jù)采集功能，予留接口，可以和上位機進行通訊。
　　d ．保證設(shè)備運行速度400包/分，控制面板及機身上的元器件與MICROII系統(tǒng)相同，急停開關(guān)采用按鈕方式。
　　e ．保證煙廠后加的功能無逢嵌入到控制系統(tǒng)里，同時增加：小包無透明紙及透明紙不好檢測剔除功能；增加反盒皮剔除功能；小包開口停機報警等功能。另外可根據(jù)用戶的合理要求增加相應(yīng)功能。


　　f．將原系統(tǒng)的直流電機改為三相交流電機。其中主機、輔機的主驅(qū)動電機分別為SEW的7.5KW和4.0KW的電機，并分別采用兩臺西門子公司的變頻器進行控制。濾波器及剎車電阻均采用西門子公司的產(chǎn)品.
　　g．?dāng)嚐熭伈捎肧EW交流電機并用西門子變頻器進行控制；金拉線采用德國LENZE交流伺服電機并用LENZE伺服控制器進行控制。
　　h．取消原凸輪裝置，改用日本光洋的絕對編碼器(3個)進行相位檢測。
　　i．取消原系統(tǒng)的溫度控制器，采用PID功能模塊FM455S實現(xiàn)精確的溫度控制，顯示界面由工控機完成。
　　j．預(yù)留包裝機組與上游儲煙器或卷煙機的聯(lián)機接口。
三、新型電控系統(tǒng)
　　新型電控系統(tǒng)主要由PLC控制系統(tǒng)、帶觸摸屏的工控機顯示系統(tǒng)以及由INTERBUS現(xiàn)場總線擴展的（6個站點）輸入輸出模塊組成。所有的信號處理及功能控制皆由PLC完成，工控機負責(zé)系統(tǒng)的運行狀況顯示、故障顯示、參數(shù)修改、生產(chǎn)數(shù)據(jù)包括班組產(chǎn)量、原材料消耗、原材料利用率、廢品率等的統(tǒng)計分析以及歷史數(shù)據(jù)的保存。機器上INTERBUS站點的輸入輸出模塊用于連接機身上的按鈕、傳感器和部分執(zhí)行器件。由于采用INTERBUS總線控制方式，使電控柜的接線明顯減少，INTERBUS站點按功能分塊便于故障查找及系統(tǒng)維護、便于增加功能。新型電控系統(tǒng)具有外型美觀，操作簡單、方便，運行穩(wěn)定等優(yōu)點。
1、電控系統(tǒng)原理框圖



2、控制系統(tǒng)特點
　　GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統(tǒng)（即PLC控制系統(tǒng)）吸取原控制系統(tǒng)（FZ系統(tǒng)）的檢測控制特點及功能，采用高檔、高速的西門子S-400可編程控制器（即PLC）作為核心控制單元，利用Interbus總線實現(xiàn)主機與各從站之間的連接，從而取代原控制系統(tǒng)中的70多塊硬件電路板及部分繼電器、接觸器，減少電纜連線。



圖為設(shè)置在主機機身上的INTERBUS總線站點



圖為設(shè)置在輔機機身上的INTERBUS總線站點
　　由于Interbus總線可靠性高、應(yīng)用范圍廣。而且該總線技術(shù)是在PLC的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的,它克服了PLC與現(xiàn)場設(shè)備之間的點對點物理連接的繁雜方式,并且使被控系統(tǒng)不再成為信息孤島,按照公開、規(guī)范的通信協(xié)議把現(xiàn)場設(shè)備與控制器連接成網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，從而實行了現(xiàn)場設(shè)備與控制器之間以及控制系統(tǒng)與遠程監(jiān)控計算機之間的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換。GD包裝機眾多的傳感器/執(zhí)行器以及龐大的生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)，采用現(xiàn)場總線技術(shù)對其電控系統(tǒng)進行技術(shù)改造應(yīng)當(dāng)是最佳的自動化解決方案。
　　歸納起來，我們所設(shè)計開發(fā)的新型電控系統(tǒng)具有如下特點：
　　1. GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統(tǒng)采用SIEMENS-PLC對X1/X2小包機、CH小包透明紙、CT條包機、CV條包透明紙機、A400卸盤機實行主輔機的一條線的高速實時控制。主輔機之間的連鎖與屏蔽簡單、方便。
　　2. 可編程控制器（即PLC）取代了大量的元器件和硬件電路，使得電器的可靠性、穩(wěn)定性有很大的提高。更適應(yīng)工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，同時控制軟件修改方便，現(xiàn)場調(diào)試快捷、省時。
　　3. 總線結(jié)構(gòu)的充分應(yīng)用，使得整機的結(jié)構(gòu)更加簡潔，現(xiàn)場配線大為減少，布局更為美觀，檢修維護更為簡單、方便。
　　4. 上位計算機的采用為今后企業(yè)發(fā)展計算機集成系統(tǒng)提供聯(lián)網(wǎng)的方便條件。容易實現(xiàn)車間級、廠級監(jiān)控和管理。
　　5. 觸摸式故障信息顯示系統(tǒng)提供了A400、 X1/X2、CH、CT、CV等相關(guān)的彩色畫面提示、文字分析及參數(shù)修改等功能，提供必要的故障位置顯示和文字分析。良好的人機對話窗口，為現(xiàn)場的操作、維護提供了極大的便利。
　　6. 采用可編程控制器（PLC）對整機工作過程的數(shù)據(jù)采集真實可靠，從而保證GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的準確性。
　　7. 主輔電機直流控制改交流變頻控制，大大降低了日常維護和備件費用。
　　8. 工控機不參與系統(tǒng)的控制，即使工控機出現(xiàn)故障或者沒有啟動也不影響系統(tǒng)的正常工作，從而有效提高了系統(tǒng)的可靠性。
　　9. 系統(tǒng)對客戶開放，增加功能非常簡單、方便。