一、概述

    在我国烟草行业引进的包装设备中,意大利GD公司生产的GDX系列包装机占有相当大的比例,已成为目前国内各个烟厂的主流包装机,早期引进的GD包装机的电控系统为FZ系统,主要采用78块逻辑线路板作为其主控设备,随着计算机系统在工业自动化中的推广运用,逻辑电路控制方式的缺点就显而易见,可简单地概括如下：

    1、故障率高

    由于机器已长期运行,同时采用的都是分立元件的线路板,线路及器件的老化导致高故障率。例如原机逻辑控制板，随着元件的老化，经常容易产生误动作，拆下来放置一段时间重新装上有时又好了，从而使得技术人员无法查找分析故障原因，给维修带来很大的不便。

    2、保养及维修困难

    由于采用的是分立元件线路板控制，因而当发生故障时就会出现维修困难的现象，且线路板采用的是GD公司自己生产的，一旦发生故障，备品备件依赖于进口，费用较高且周期长。GD公司已通知各家烟厂以后不再提供老式FZ电控系统备件。

    3、故障无法及时准确确认

    由于FZ系统采用线路板控制,人机界面陈旧,仅仅依靠面板上的指示灯显示出故障,所以当机器出现故障时,无法立即准确的显示故障,生产率低,而且许多生产数据也无法显示出来。

    4、开放性差

    由于采用逻辑电路控制方式,其数据采集无法采用通讯等基于软件的方法解决,且无计算机网络接口,无法进行数采联网。

    5、通用性差

    原机采用的软硬件都不是通用的产品，例如大部分都用的是线路板产品，使得用户在器件选购、软件更改、系统分析等都方面带来不便。

    鉴于以上情况，大树智能科技（南京）有限公司设计开发出了三种GD包装机PLC控制系统，第一种控制系统（现场总线型）采用德国西门子公司高性能的S7-400PLC作为控制系统的核心部分，用INTERBUS总线作为整个现场设备与控制器之间的数据枢纽，并且采用SIEMENS液晶彩色触摸屏作为上位机,完成整个机组的故障、速度、生产数据显示。第二种控制系统（保留电柜型）采用德国西门子公司高性能的S7-400PLC作为控制系统的核心部分，并且采用SIEMENS液晶彩色触摸屏作为上位机，保留原电控柜及接插件引线。第三种控制系统（普通型）采用德国西门子公司高性能的S7-400PLC作为控制系统的核心部分，用液晶彩色触摸屏作为上位机完成整个机组的故障、速度、生产数据显示。

    二、三种改造方式各自的优点

    第一种控制系统（现场总线型）的优点：

    1）故障率低

    该控制系统采用SIEMENSS7-400PLC，同时加以INTERBUS现场总线，辅以SIEMENS触摸式工控机构成。由于PLC控制器具有防尘、防震、抗干扰等优点，所以大大提高了系统性能，平均无故障时间可达十万小时以上；INTERBUS总线具有开放的网络协议，同时强大的诊断功能是Interbus区别于其它总线所独有的。独立的诊断程序提供了详细的故障信息（故障地址、故障类型和故障历史记录），诊断寄存器提供了用户程序处理故障信息的工具，控制板3行16段LCD显示器直观醒目。故障历史记录和准确的故障地址为快速排除故障提供了保障，保证系统故障停机时间最短。

    2）操作直观、方便

    上位机采用SIEMENS触摸式工控机，加以INTOUCH7.1工控组态软件设计成全汉化的计算机人机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数，查询产量和材料消耗等，同时有故障显示、报警功能。

    3）维修方便

    由于PLC系统采用的都是国际上通用的软、硬件，便于工厂技术人员掌握，同时备品备件可在国内选购。不再象原机备件一样受制于人。

    4）开放性好

    由于新控制系统软硬件均采用国际通用产品，具有很强的开放网络接口，可支持INTERBUS总线、PROFIBUS总线、CAN总线、D-NET总线等国际标准协议，大大方便数据采集联网功能。

    5）软件仪表增强可靠性

    温度控制采用PLC-PID控制模块软件算法控制，大大加强可靠性、准确性，使操作更直观。用轴编码器装置替代原凸轮相位控制，使系统更加稳定、维修更加方便。

    6）主电机采用变频调速

    用SEW公司三相异步电动机代替原直流主电机，同时用英国CT公司变频器进行调速，使系统运行更可靠、操作更方便。

    第二种控制系统（保留电柜型）的优点

    1）节约成本

    由于原许多设备改造后，电控柜被直接取代，旧电控柜被丢置一边，同时原来电柜中一大部分低压电器是可用的，直接丢弃将造成很大的浪费。鉴于许多烟厂在改造中存在资金合理化分配的问题，为节约成本，新控制系统保留原电控柜、低压电器、温控仪表以及各接插件引线，只是将原线路板用SIEMENSS7400PLC替代！

    2）故障率低

    该控制系统采用SIEMENSS7-400PLC，辅以SIEMENS触摸式工控机构成。由于PLC控制器具有防尘、防震、抗干扰等优点，所以大大提高了系统性能，平均无故障时间可达十万小时以上；故障历史记录和准确的故障地址为快速排除故障提供了保障，保证系统故障停机时间最短。

    3）操作直观、方便

    上位机采用SIEMENS触摸式工控机，加以INTOUCH7.1工控组态软件设计成全汉化的计算机人机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数，查询产量和材料消耗等，同时有故障显示、报警功能。

    4）维修方便

    由于PLC系统采用的都是国际上通用的软、硬件，便于工厂技术人员掌握，同时备品备件可在国内选购。不再象原机备件一样受制于人。同时原低压电器及引线保留，维护人员不用重新熟悉图纸，大大减少现场工作量。

    5）开放性好

    由于新控制系统软硬件均采用国际通用产品，具有很强的开放网络接口，可支持INTERBUS总线、PROFIBUS总线、CAN总线、D-NET总线等国际标准协议，大大方便数据采集联网功能。

    6）主电机采用变频调速

    用SEW公司三相异步电动机代替原直流主电机，同时用英国CT公司变频器进行调速，使系统运行更可靠、操作更方便。

    第三种控制系统（普通型）的优点

    1）故障率低

    由于PLC控制器具有防尘、防震、抗干扰等优点，所以大大提高了系统性能，平均无故障时间可达十万小时以上。

    2）操作直观、方便

    全汉化的计算机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数，查询产量和材料消耗等，同时有故障显示、报警功能。

    3）维修方便

    由于PLC系统采用的都是国际上通用的软、硬件，便于工厂技术人员掌握，同时备品备件可在国内选购。

    三、三种改造方式各自的特点

    1.系统总线型

    采用高性能的西门子S7-400PLC作为控制系统的核心部分，用INTERBUS总线或PROFIBUS总线作为整个现场与控制器之间的数据枢纽，并采用SIEMENS液晶彩色触摸屏作为上位机，完成整个机组的故障、速度及生产数据显示。改造后整机控制功能达到或部分超过原设计指标，整机总体性能优于改造前。

    在输入、输出设计方面，各种传感器和操作按钮等检测信号根据现场情况一部分经INTERBUS或PROFIBUSI/O模块组到PLC，一部分直接送至PLC电柜。执行机构的控制信号同样根据现场情况一部分由INTERBUS或PROFIBUSI/O模块组输出，一部分由PLC直接控制。继电器、断路器等低压电器安装在主动电柜中。功能完善，安装方便。凸轮控制将原来的凸轮相位系统与凸轮定位装置改为轴编码器装置，采用绝对型编码器，信号由PLC直接读取，对机械动作的要求相位可以精确控制。盘车时显示当前相位，方便维护操作。


 

    其主机控制采用三相交流异步电机取代原来小包机与4350主电机（直流电动机），变频器为英国CT公司产品，附带电源过滤器，以降低设备成本、维修成本，减少维修工作量。

    为使改造后的电控柜运行稳定、可靠，大树公司在改造中采用了大量国外知名厂家的高质量产品最为核心和辅助部件，比如，其电控柜采用德国威图电柜取代原控制柜，侧面安装热交换器，同时为配合车间整体美观，电柜颜色尽量与原机一致。低压电器采用SIEMENS产品，接线端子采用凤凰PHOENIX端子，接插件用HATTING公司产品。此外，取消所有原温控器，改由PLCFM455温度PID调节模块控制温度，操作人员可在工控机屏幕上观察各温度点的实际温度和修改设定温度，但保留原机的电流继电器。

    2.保留电柜型

    基于各烟厂实际需要，大树智能科技（南京）有限公司还推出了保留原机电柜型GDPLC改造，此改造由于仍采用原机电柜，可以节约低压电器和电柜的重复费用，同时还可缩短工程改造时间。其硬件构成包括SIEMENS触摸屏式工控机；SIEMENSS7400PLC；主电机及辅机主电机。

    为节约改造成本，保留电柜型改造总体设计以德国SIEMENSS7-400PLC为核心，取代原GDX1、X2包装机所用的全部电路板，同时保留原低压电器，温控仪表实现其原机控制功能。保留原电控柜，用PLC控制取代原线路板控制，所有电器元件保留。在原机线路板安装位置上，安装PLC。保留原主、辅机械凸轮（或者用光电轴编码器更换）原机凸轮控制采用的是机械凸轮，新控制系统对此项改造内容可选保留或者用光电轴编码器更换。改造后整机控制功能应达到或超过原设计指标，整机总体性能优于改造前。同时，原机所有进逻辑线路板的输入/输出信号，改造后直接进PLC输入输出模块，用软件算法代替原硬件逻辑控制。输入输出线的位置、线号均不更改，节约维护人员熟悉图纸时间和维修时间。

    3.普通型

    普通型改造取代了原线路板控制，增加了设备运行的可靠性；同时比保留电柜型增加低压电器成本、电柜成本、线缆及耗材成本。其硬件构成包括S7400PLC、SIEMENS触摸式工控机、主电机、低压电器。

    改造内容主要包括：

    1、取消原控制系统中的所有逻辑线路板及部分中间继电器，所有控制任务由PLC完成。保留原控制系统的所有功能。

    2、取消电源柜，只用一个PLC电柜，现场安装在原控制柜位置。

    3、增加一台西门子工控机，用于显示机器状况、故障、运行速度、温度、生产数据等，同时该工控机还具有数据采集功能，将数采数据送至厂级MIS系统。

    4、取消原控制柜的十个温控器，用西门子公司功能模块FM455S实现温度的PID控制。

    5、在主机出口处增加封签歪斜检测功能，使封签歪斜烟包在出口处剔除。

    6、选用SEW公司两台交流电机分别替代主机、辅机的直流主电机，分别用两台变频器驱动。从而避免了定期地对直流主电机的维护。保证了机组的长期运行。

    在PLC控制软件方面：以上3种GDPLC控制系统均采用SIEMEMSS7-400，软件编程采用STEP7。其编程思想及过程为：消化原机图纸，理解其控制逻辑；现场了解工艺操作过程，熟悉工艺流程；软件控制逻辑基本和原控制板逻辑保持一致，如信号连动、互锁、移位寄存器操作等；结合现场工艺对部分逻辑作简化、修改，使控制方式更简洁、合理；将其它检测信号无缝加入到现在的控制软件中。

    关于上位机：以上三种方案均增加上位机直观人机界面，主要功能有：液晶彩色触摸屏作为GDPLC控制系统的上位机，具有机组产量和材料消耗统计、有效作业率统计、机组运行时间和停机时间显示、机器相位显示、速度显示、温度显示、参数设置和修改、故障报警及历史记录等功能。

    总体而言，大树公司所提供的三种GD包装机电控系统PLC改造的特点是：

    保持原机的所有功能和操作方式；

    保持原有的整体布局和接口方式，现场安装便捷；

    PLC电柜结构合理，采用进口器件；

    由上位机进行各种参数设定；

    可进行电机改造；

    具有先进性、通用性和可扩展性；

    具有数据统计功能；

    人机界面友好，满足实际需要；

    故障查询直观方便，具有智能化的报警功能；

    可进行现场切割滚筒商标纸和小花封签。

    凭借突出的技术开发实力、规范化的管理运作、精干的安装、售后服务队伍和竭尽全力为用户解决问题的服务理念，截至目前，大树公司已成功为多家烟厂进行了GDX1、X2PLC工程改造，并受到广大客户的好评。其中，2000年为重庆卷烟厂进行了1台电柜改造型，2002－2003年南京卷烟厂3台现场总线型，2002－2003年为广州卷烟二厂进行了7台现场总线型，2003年为龙岩卷烟厂进行1台现场总线型改造，2为长沙卷烟厂进行了1台现场总线型改造，为宁波卷烟厂进行1台现场总线型，为许昌卷烟厂进行了4台保留电柜型改造。2004年为长沙卷烟厂、郴州卷烟厂各进行了2台现场总线型改造，为青岛卷烟厂进行了6台现场总线型改造，为杭州卷烟厂、延吉卷烟厂各进行了1台普通