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煙草包裝機械過程控制新特點分析

過程控制系統技術是集成檢測技術、控制技術、計算機技術和其它信息技術,通過對生產過程進行在線檢測、控制、優化,把原材料轉變成產品,并盡可能的保證安全、提高質量、減少浪費等目的 的綜合性技術。過程控制系統的應用是由Back-men公司在20世紀40年代提出的,至今已有近80年的歷史。在這80年中,雖然其測量和控制的原理變化不大,但是測量裝置、信號轉換和控制裝置的變化十分顯著。隨著計算機技術、網絡技術的發展,以集散控制系統(DCS)和現場總線控制系統(FCS)為代表的過程控制正在向著網絡化、智能化、集成化的方向發展。


控制系統的開放同樣經歷了很長的時間,這是因為很多控制系統的開發商總是希望其他廠家的產品統一到自己的產品上,以此在軟硬件領域賺取更多利潤。直至OPC服務器的出現,完全開放的以PC為硬件的控制器、工業連接軟硬件的出現使互連的問題有了希望,從而使系統封閉的局面被打破。


1煙草包裝設備過程控制的發展之路


煙草包裝機械的先進程度取決于其電控系統的處理速度和穩定程度,目前我國煙草生產企業的主力機型為生產能力400包/min的ZB45硬盒包裝機組和ZB25軟盒包裝機組,其控制核心為MICROn系統,但是隨著新工藝對高速度和高可靠性的要求,這兩種機型的電控系統已不能滿足時代的需求。


2006年我國成功引入了GD公司的XC/ C600/PACK-OW機組技術,其國產化機型為ZB47包裝機組,其大量采用伺服控制技術,簡化了機械機構提高了設備性能其最高生產速度可達550包/min,控制系統與Profibus和Profinet總線技術配合使用,使人機界面更加智能,更加局效。


2009年9月我國引入德國F0CKE公司的FC800技術,2012年6月生產出第一組ZB48包裝機組,該機組由YB48型硬盒包裝機,YF64型盒包儲存裝置,YF711商標紙堆垛輸送裝置,YB518型盒外透明紙包裝機,YB618型硬條及條外透明紙包裝機五部分組成,整個機組共包括568個檢測點、146個執行機構及48個電機,其設計生產能力800包/min。該機組的硬盒包裝機和盒外透明紙包裝機采用雙通道設計,這在保證高效率的同時使機械部件的運行速度降低一半,以此保證機器運行穩定。該機組在2014年2月以 88.75%的有效作業率通過濟南卷煙廠的設備驗收。機組穩定運行的關鍵在于以德國BECK-H0FF的為核心的嵌入式工控機技術。該技術的控制精度高、易于維護管理、處理速度更快,其最小的運行周期僅為50#,這個處理速度提高了系統的穩定性。值得一提的是這種開放式的自動化系統結構可以使很多第三方的檢測裝置很好地與主控系統融合,有效解決了因以往的外掛檢測裝置造成的生產數據不利于統計,維修不方便的問題。


如同ZB48包裝機組一樣,采用IPC技術是目前國內外煙機生產廠家生產制造超高速煙草包裝機械時的一大趨勢。這主要是因為IPC系統平臺更加開放、處理速度更快,能夠滿足高速度高穩定性可拓展的要求,而這些都是原有控制系統所不能達不到的。


2 ZB48包裝機組過程控制特點


ZB48包裝機組電氣控制系統的控制器和總 線系統主要使用了德國BECKH0FF ( BECK-H0FF)公司的產品,同時驅動系統采用了德國 Lenze (倫茨)和Danibss (丹佛斯)變頻器,伺服控制系統采用的是德國Elau公司的產品。


ZB48包裝機組電氣系統運用的是BECK-H0FF控制系統,它是基于PC控制技術的開放式自動化系統,PC控制系統處理速度快、精度高、整合PLC、運動控制、HMI(人機界面)于一體,從而 實現對設備復雜電控系統的集中控制。這部分是機組電氣的核心,將各個傳感器傳來的信息集中儲存并進行處理,然后按照一定的程序對執行機構發出指令。機組中控制及信息處理的硬件配置較高,性能穩定,同時在控制系統中PR0FIBUS總線、SERC0S總線以及TCP/ IP協議等多種通訊協議結合應用,IPC人機界面簡潔明了,功能強大,從單參數顯示到多參數、多級控制,操作系統更適應數據收集和數據管理。


BECKH0FF公司基于PC控制技術的開放式自動化系統由工控機、標準的操作系統、實時控制軟件TwinCAT、現場總線I/O 4個部分組成,ZB48包裝機組配置多個控制器滿足多層配套,是一個較大規模,較完善的控制系統,組成不同控制方式的一個系統,并能滿足開發的通信網絡。電控系統的人機界面系統則基于Visual Stu-dio開發,是微軟開發的流行的Windows平臺應用程序開發環境。


該控制系統充分發揮計算機強大的計算、邏輯判斷與記憶等信息加工處理,其核心是Twin-CAT控制程序,控制軟件Twincat采用國際標準語言IEC61131的編程體系結構,可以集成PLC、HIM、NC I、CNC等諸多功能組塊于一體,這種體 系結構使得其有足夠的適應能力并可集成諸多第三方的產品于其中。TwmCAT軟件是獨立于 Windows系統且并列運行于同一個CPU的軟 PLC,即使Windows系統發生死機等意外情況時,Twincat仍能正常運行,不會影響到機組的正常運 轉。采用PLC循環掃描式的執行方式。達到預先控制算法的計算和當前量的控制;根據計算得到控制量,經現場總線端子模塊轉換等控制執行機構;還根據收集檢測到的被檢參數和檢測狀態進行系統管理監測。這樣通過系統測、算、控、管的過程不斷循環重復進行,按程序進行動態工作,并對包裝過程中的被控原輔材料的參數和設備狀態進行監控,使異常狀態能及時被檢測并作出迅速處理。


在ZB48機組電控系統中有兩種總線結構,分別是PR0FIBUS總線和SERC0S總線。PR0FI-BUS可以實現現場設備層之間的數據通信與控制。在ZB48機組中PR0FIBUS傳輸速率達12M 波特率,采用線性結構連接形式,原則上不允許任何支路。SERC0S總線可以作為數字伺服和傳動系統之間的總線接口和協議,并以此來完成計算機和數字伺服間的通訊,在ZB48機組電控系統中它采用光纖連接的形式進行數據傳輸,構成環形結構。


BECKH0FF的總線端子系統可以通過總線耦合器BK3150來連接不同類型的輸入/輸出端子模塊來組間一個子站??偩€端子系統代替以往成排的普通端子形式,具有結構緊湊、減少接線的特點。并且總線耦合器還有一個特點就是它實時檢測每個下掛的端子模塊的狀態,如果其中某個發生故障,就會馬上顯示出故障的類型和故障位置,這就給維修提供了便利?,F場總線端子模塊, 控制對象和測量元件共同構成了ZB48機組電控系統的外圍生產過程??刂茖ο蟀ǜ鞣N電動機、執行單元、生產過程驅動單元等。測量元件按被控參數如速度、溫度、位置、壓力等物理量轉換為一定形式的電信號。反饋送給現場總線的某一個端子模塊以構成整個控制系統架構。


3結束語


采用基于PC控制技術的開放式自動化系統將逐漸成為煙草包裝機械電控系統的主流,因為這一趨勢符合煙草包裝機械高速度、高質量、高可靠性的要求,今后煙草包裝機械向著智能化、人性化和柔性化等更加廣闊的領域發展。


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