西門子plc與MT6100IV5威綸觸摸屏應用于卷煙行業

產品價格：	5/人民幣
最后更新：	2013-06-25 10:00:59
產品產地：	威綸觸摸屏
發貨地：	西門子變頻器 (發貨期：當天內發貨)
供應數量：	不限
有效期：	長期有效
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公司基本資料信息

上海櫻游機電科技有限公司
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產品詳細說明

纖維濾棒成型機組是煙廠生產卷煙濾棒的設備。經過十幾年的應用，原有機組逐漸顯示出技術上的局限性：機械結構復雜；電控系統相對落后；生產環境比較差，噪音響；維修難度高，能源利用率低等。因此，原有機組越來越不適應現代生產要求。結合國內市場的需求和機組的特點，運用伺服傳動系統的優良特性及西門子PLC在工業控制中的優勢，設計了此套控制系統。而監控設備及數據的設定修改則采用臺灣威綸觸摸屏MT6100IV5來完成。
　　 1 系統概述
　　纖維濾棒成型機組控制和傳動系統采用了Lenze公司的伺服系統、威綸觸摸屏和西門子PLC，分別通過MPI和DP通訊控制。

　　纖維濾棒成型機通過二次開松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產濾棒。　　　　
　　2 控制策略　　
　　(1) 對增塑劑添加的控制策略
　　起初延用原系統的欠阻尼響應曲線的控制方式。但是，在實際調試過程中，發現該控制方式存在一定的缺陷，具體表現為：每天第一次上電開機時，增塑劑存儲器中增塑劑積累時間過長，造成一段時間內濾棒增塑劑含量過低。根據售后服務部門的反饋，某些煙廠為保證濾棒質量往往會剔除第一盒濾棒。這樣會有較大的浪費。產生這種情況是因為煙廠每天工作結束時或者西門子plc重啟時機組都會停機，并排空存儲器中的增塑劑。由于欠阻尼響應到達設定值時間過長，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低。日常生產班次中，每次停機不排空增塑劑，而是在存儲器中保有一定儲存量。　　
　　西門子plc會根據自動控制原理，車速斜坡響應可以分為過阻尼響應、臨界阻尼響應和欠阻尼響應。理論上說，臨界阻尼響應是最理想的控制方式，這種響應方式既實現了控制的快速性又實現了控制的穩定性；過阻尼響應是為了穩定性犧牲快速性；欠阻尼響應則是為了快速性犧牲穩定性。然而，臨界阻尼由于條件過于苛刻，在實際控制中是無法實現的。　　
　　根據剩余的兩種響應曲線的特性，筆者認為CPU啟動時最好使用欠阻尼響應曲線，其理由是：西門子plc啟動狀態下，對增塑劑積累時間的要求優先于增塑劑含量的穩定性；而其他狀態下使用過阻尼響應曲線，此時對含量的穩定要求優先于積累的快速性。　
　　因此，利用S7-300西門子plc啟動時的組織塊OB100在CPU啟動中只執行一次的特性，對增塑劑伺服電機的控制方式依據機組不同的啟動狀態采取了不同響應曲線下的控制方法。具體來說，在西門子plc啟動時（此時增塑劑存儲量必定為零），通過啟動組織塊OB100中送出高速運轉命令至增塑劑伺服電機，使控制曲線成為欠阻尼響應狀態以實現對存儲器中增塑劑的快速積累。而在非CPU啟動狀態，控制增塑劑伺服電機的FC功能塊將送出普通速度命令，使控制曲線成為比較接近臨界阻尼的過阻尼響應狀態。　
　　新的設計完全避免了西門子plc重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題、減少了廢品數量，因此這樣的設計不會影響正常生產狀況時增塑劑含量的穩定性。　　
　　(2) 對濾棒剔除支數的計算策略
　　在纖維濾棒成型機的生產中，為保證濾棒質量，每當速度低于一定的設定值時，機組就會剔除此時的濾棒。此時機組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計算出具體的剔除支數。這對統計生產效率帶來了相當的困難。　　
　　筆者可以得到動態的車速反饋，但這條反饋曲線是不斷波動和變化的非線性曲線。對于非線性曲線，數學上只能夠采用面積積分求解的計算方法。對于此項目就是要求給出一定時間內主電機的圓周行程，即機組一段時間內所生產的濾棒長度。　
　　從這一角度出發，筆者考慮采用了對車速進行模擬積分的計算方法，即從積分的基本定義出發，求出剔除時間內的濾棒生產長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個濾棒長度得剔除支數的計算方法。　　
　　按照積分的定義要求，積分求解是在一定條件下才能夠成立。這個條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實際過程中，近似認為Δt=20ms時可以滿足條件。此時，計算得出的濾棒支數與實際濾棒支數的誤差在±3支以內。在精度上，以最高生產速度3300支/分鐘計（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是完全可以滿足精度要求。所以筆者認為只要將Δt控制在20ms時就可以滿足積分求解的條件。　　
　　原系統的西門子PLC掃描一周的時間高達幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項目采用的CPU315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級、整個掃描周期被縮短為7~8ms，這樣就滿足了積分計算的要求。　　
　　(3) 對拼接紙圈的控制策略
　　改造之前，纖維濾棒成型機執行的是降低運行速度再進行紙圈拼接。這種降速接紙方式對實際生產是不利的：每次降速都會造成車速的大幅度變化，影響了濾棒的質量。為消除這種影響，筆者采用了不降速拼接的方法。不降速拼接和降速拼接并沒有本質的區別：兩者采用的接紙動作一樣，兩者只是在機械結構和電氣控制元件上有區別。接紙速度的提高勢必使紙圈的靜摩擦力同等上升。如果轉速斜坡率過高會產生很大的靜摩擦力，該力會撕裂紙圈。如果轉速斜坡率過低，拼接時的紙圈浪費將增加。　　
　　為避免煩瑣，該項目放棄西門子變頻器對接紙電機轉速的分段控制。為求出靜摩擦力和紙圈長度兩者之間的最優控制，筆者對接紙電機上升時間采取最優篩選法。通過最優篩選法得到的電機上升時間大約為3.4s。考慮到生產情況及電磁閥等器件的時滯效應，將這一時間進一步放寬為3.5s。　　
　　3 程序設計　　
　　程序設計采用了結構化設計，將所需實現的各主要功能編制成為S7-300中的用戶功能塊（FC塊），在主程序循環模塊（組織塊OB1）中調用這些已經編制好的子程序。　　
　　程序設計分成硬件設計和軟件設計兩方面。在硬件方面針對系統要求進行設計，在軟件方面則按需要編制了速度計算模塊、報警和故障模塊、伺服電機執行模塊、增塑劑執行模塊、生產統計計算模塊等FC塊和預設、保持系統及生產數據的數據塊DB塊。　　
　　(1) 硬件設計與組態
　　本系統在S7-300西門子plc的硬件方面采用了1塊PS307 5A電源模塊，1塊CPU315-2DP，4塊24V/0V SM321數字量輸入模塊，3塊24V/0.5A SM322數字量輸出模塊，1塊FM352-2高速計數模塊，2塊SM331模擬量輸入模塊，1塊SM332模擬量輸出模塊以及用于DP總線通訊的IM153-1通訊模塊1塊。　　
　　 S7-300西門子plc的外圍設備為5個伺服電機的DP通訊端。　　
　　對上述硬件按要求進行組態，分別占據Profibus-DP通訊端的2、3~7和9號站。

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