基于PLC的造纸法烟草薄片控制系统

■圈盟　避　ＰＬＣ＆ＩＰＣ＆ＥＡＳ　基于ＰＬＣ的造纸法烟草薄片控制系统　Ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　Ｐａｐｅｒ－ｍａｋｉｎｇ　Ｔｏｂａｃｃｏ　Ｓｈｅｅｔ　Ｐｏｓｔ－　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　Ｌｉｎｅ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＡＢ　ＰＬＣ　山东大学控制科学与工程学院高辉杨江利王栋　Ｇａｏ　Ｈｕｉ　Ｙａｎｇ　Ｊｉａｎｇｌ　Ｗａｎｇ　Ｄｏｎｇ　ｉ摘要：本文主要针对造纸法烟草薄片后处理生产线的控制系统进行设计与研究。设计以ＡＢ　ＰＬＣ　为主控制器的集中管理分散控制的ＳＣＡＤＡ控制系统，实现了造纸法烟草薄片后处理生产线的自动　化运行。　关键词：Ａ—Ｂ　ＰＬＣ造纸法烟草薄片后处理自动控制　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｄｅｓｉｇｎｓ　ａｎｄ　ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｐａｐｅｒ—ｍａｋｉｎｇ　ｔｏｂａｃｃｏ　ｓｈｅｅｔ　ｐｏｓｔ—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ＡＢ　ＰＬＣ　Ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ａ　ＳＣＡＤＡ　ｓｙｓｔｅｍ　ｏｆ　ｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　ｄｅｃｅｎｔｒａｌｉｚｅｄ　ｃｏｎｔｒｏ１．Ｔｈｅ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ—ｍａｋｉｎｇ　ｔｏｂａｃｃｏ　ｓｈｅｅｔ　ｐｏｓｔ—　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｌｉｎｅ　ｉｓ　ｒｅａｌｉｚｅｄ　ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｒｅｓｅａｒｃｈ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＡＢ　ＰＬＣ　Ｐａｐｅｒ——ｍａｋｉｎｇ　Ｔｏｂａｃｃｏ　Ｓｈｅｅｔ　Ｐｏｓｔ　—ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ａｕｔｏｍａｔｉｃ　Ｃｏｎｔｒｏｌ　【中图分类号】ＴＳ４９　【文献标识码】Ｂ　文章编号１６０６—５１２３（２０１４）０８—００５６—０４　１引言　烟草薄片，学名为再造烟叶或者　重组烟叶，它的主要生产原料是烟草工　量，有利于人体健康。烟草薄片具有很　大发展价值。本项目是为沂水瑞博斯公　切片打包三个阶段。在抄造成型段，浆　料经喷洒上网成型、压榨和大缸与小缸　烘干脱水后抄制成均匀连续的纸基；在　涂布干燥段，将制备的浆液回填于纸基　的表面，并使之充分吸收成为湿薄片，　再经过多级烘干去除水分；在切片打包　司设计实施造纸法烟草薄片后处理生产　业中的下脚料、烟叶碎屑、烟草梗签等　线自动控制系统，以达到提高生产效率　次等原料。以前这些次等原料都会作为　废弃物被处理掉，这样既破坏环境又会　造成资源浪费【１Ｊ。烟草薄片的生产则是　对这些废弃原料进行再加工，然后在卷　烟生产的过程中掺兑一定比例的烟草薄　片加工成的再造烟叶，以达到废弃原料　再利用的目的［２】。这样做的好处是节约　了资源保护了环境，而使用造纸法制造　的烟草薄片更加可以通过改变添加剂配　降低人工的目的。　２工艺系统分析　造纸法烟　草薄片生产流程　主要包括前处理　段，使用切片机将干薄片切割成一定形　段，制浆段和后　处理段。后处理　段又包括抄造成　型、涂布干燥、　图１　造纸法烟草薄片后处理段工艺流程图　比达到降低香烟中焦油等有害物质的含　５６　ｆ　｛ＰＬＣ＆ＦＡ）　《ＰＬＣ＆ＦＡ》２０１４年８月一　状的片段，后运送至储物柜，再经过皮带秤称重、液压打包　装箱，最后入库。整个后处理段工艺流程如图１所示。　生产工艺要求主传动控制系统采用交流分部传动，全数　字闭环矢量变频传动控制系统。其基本控制要求有启动、停　止、运行、爬行、速度微调、故障报警。各分部之间的速度　链及速度传递。各分部传动松驰张紧控制。总速度给定并达　到１００ｍ／ｍｉｎ。其它要求还有负荷分配控制、速差控制、快速　制动、分部连锁及报警保护，与其它控制设备的连锁。主传　动系统的速度控制静态精度　０．１％，动态精度　０．１％，负荷分　配平衡度＜２％，调速范围１：１００。　３解决方案　根据工艺要求和现场设备分布，根据“集中管理、分散　控制、全局监控”的原则，将整个系统分为三个层次：信息　管理层，数据控制层和现场设备层。现场分为多个工段，每　个工段均以ＡＢ　ＰＬＣ为主控制器，各个工段内采用ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ　与ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ网络进行主站与子站之间的通讯；然后通过工　业以太网与交换机将各个控制站与中央控制室相连，组成完　整的通讯网络。整个自动化监控网络构成ＳＣＡＤＡ系统，具备　数据采集、监视、处理和对现场设备的自动控制功能。整个　ＳＣＡＤＡ系统如图２所示。　图２造纸法烟草薄片后处理段ＳＣＡＤＡ系统示意　４系统实现　４．１　ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系列ＰＬＣ配置设计　根据硬件选型的基本原则和现场实际情况，最后确定使　用美国罗克韦尔自动化公司的ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系￣ｔＪＰＬＣ控制系　统。ＣｏｎｔｒｏｌＬｏｇｉｘ系￣ｔ］ＰＬＣ适用于大规模控制系统，可控制　大量Ｉ／Ｏ点，具有极强的网络通讯功能，模块扩展方便、可　带电插拔　］。整个控制站（包括主站和子站）设备由机架、电　源模块、ＣＰＵ模块、输入输出模块、通讯接口、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ与　ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ模块、Ｆｌｅｘ　Ｉ／Ｏ适配器、远程Ｉ／Ｏ模块组成。所用的　模块具体型号如表１所示。　表１　ＡＢ　ＰＬＣ控制系统模块统计　■■●宣　薯　盈■＿■■■■　邕ｊ■■■■　机架　１７５６・Ａ１３　电源模块　１６０６－ＸＬ２４０Ｅ　ＣＰＵ模块　１７５６一Ｌ６１　ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ模块　１７５６一ＤＮＢ　ＣｏｎｔｒｏｌＮｅｔ￣块　１７５６－ＣＮＢ　开关量输入模块　１　７５６－／Ｂ８　２４ＶＤＣ　开关量输出模块　１７５６一ＯＢ８　２４ＶＤＣ　模拟量输入模块　１７５６一ＩＦ２　４－２０ＭＡ　模拟量输出模块　１７５６一ＯＦ２　４—２０ＭＡ　４．２速度链调节和负荷分配　在整个造纸风薄片生产过程中，有多个需要变频调速　的地方，这也是实现整个生产线速度链调节和负荷分配的关　键所在，如果调节不当很容易造成断纸或者积纸的现象，严　重影响生产。根据系统控制要求，采用变频器模拟量调速　方式。根据恒转矩负载特性以及转矩余量与精度要求，采用　施耐德电气ＡＴＶ５８系列变频器。该系列变频器功率范围为　０．３７－７５ｋＷ，输出频率最大５００Ｈｚ，具有低速大转矩特性，额　定速度下开环调速精度为ｌ％，闭环调速精度为０．２％（配编码　器卡），具有Ｍｏｄｂｕｓ、ＤｅｖｉｃｅＮｅｔ等多种通讯接口。　图ａｍ示为后处理生产线中对速度链调节和负荷分配要　求比较高的部分。要实现这部分的速度链调节与负荷合理分　配，必须首先根据整条线的速度给定计算出各个电机齿轮减　速箱和减速机的减速比，进而计算出每个电机的转速，以此　为理论依据设定相应变频器的给定频率。实际运行中可能会　有速度偏差，这就需要不断测试实验，以确定每个电机的实　际需要转速，确保整条线负荷均匀转速一致。　网部　压榨　前干燥　后压榨后干燥　图３生产线负荷与传动示意图　４．３系统网络设计　根据控制系统要求，采用与ＡＢ　ＰＬＣ配套的ＮｅｔＬｉｎｘ网络　ＷＷＷ．ＣＡ１６８．ＣＯＭ　ｌ　５７