一、技改原因
我廠卷接包車間的部分GDX2機投入生產(chǎn)已經(jīng)十多年,接近其使用壽命,因此也進入了故障多發(fā)期,如何及時迅速的查找故障及進行零配件的備件工作,影響到整個企業(yè)的生產(chǎn)效益。由于當(dāng)時技術(shù)的限制,這部分機器的控制電路基本由繼電器、接觸器、分立元件的邏輯線路卡板等組成,電路復(fù)雜,故障檢測比較麻煩,并且很多專用邏輯卡板在國內(nèi)不宜買到,需要直接向意大利GD公司定購,前幾年GD公司就已經(jīng)通知煙廠不再提供老式電控系統(tǒng)備件,而且邏輯控制的機器不能進行數(shù)采聯(lián)網(wǎng),不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的需要。因此,早期GD包裝機電控改造成為必然。隨著技術(shù)的發(fā)展,可編程控制器(PLC)在分布式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用,技術(shù)也趨于成熟。相比較傳統(tǒng)的邏輯電路而言,PLC電路具有以下優(yōu)點:
1. 核心部分由軟件組成,便于升級和維護,不存在硬件損耗和折舊問題
2. 檢測傳感器盡可能采用光電式、減少機械式傳感器的應(yīng)用,提高了檢測精度和反應(yīng)速度
3. 易于聯(lián)機操作,有利于實現(xiàn)生產(chǎn)的集中監(jiān)控和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)
4. 零配件的備件簡單化,操作維修直觀方便。
工業(yè)控制從早期的就地控制、集中控制,已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的集散控制(DCS),在過去的20年中,過程工業(yè)對DCS系統(tǒng)及相關(guān)的儀表裝置進行了大量的投入,DCS系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果得到了用戶的肯定。4-20mA信號是DCS系統(tǒng)及現(xiàn)場設(shè)備相互連接的最本質(zhì)特點,這是控制系統(tǒng)和儀表裝置發(fā)展的一大進步。然而現(xiàn)在,數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)今控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。人們意識到傳統(tǒng)的模擬信號只能提供原始的測量和控制信息,而智能變送器在4-20mA信號之上附加信息的能力又受其低通信速率的制約,所以對整個過程控制系統(tǒng)的機制進行數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化,是其發(fā)展的必然趨勢。
現(xiàn)場總線在智能現(xiàn)場設(shè)備、自動化系統(tǒng)之間提供了一個全數(shù)字化的、雙向的、多節(jié)點的通信鏈接。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)促進了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化,并且使現(xiàn)場控制的功能更加強大。這一改進帶來了過程控制系統(tǒng)的開放性,使系統(tǒng)成為具有測量、控制、執(zhí)行和過程診斷的綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò)。
在2000年1月宣布的IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)中,將八種總線(FF的H1、FF-HSE、Profibus、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、 ControlNet、SwiftNet)列入國際標(biāo)準(zhǔn),由于INTERBUS總線具有龐大的成員機構(gòu)和良好的開放性,傳輸效率較高(見附錄一),并具有良好的故障診斷功能,因此我們決定采用此種總線作為現(xiàn)場總線。
二、技改方案的實施
近期GD公司向國內(nèi)相關(guān)煙廠推介早期GD包裝機電控改造的方案,但改造工期長,價格昂貴。國內(nèi)也有幾家公司推介說可以承擔(dān)PLC電控改造工作,工期較短,價格低,這些公司PLC技術(shù)理論沒有問題,但因為他們對設(shè)備原理和工藝流程不夠熟悉,改造后不一定達到最佳效果。針對該問題,由設(shè)備科和車間熟悉GD機的電氣專業(yè)人員組成研討小組,從成本、資金、技術(shù)力量、工程經(jīng)驗等多個角度進行綜合考證,最后選擇南京大樹智能科技公司來承擔(dān)該項技改任務(wù)。
根據(jù)技改的目標(biāo)和實際情況,決定對某些實時性要求高、響應(yīng)快的傳感和執(zhí)行單元(包括電機保護觸點、控制觸點,變頻器和編碼器等)采用點對點的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),而大多數(shù)響應(yīng)信號采用基于INTERBUS總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。關(guān)于這兩種結(jié)構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)特點如圖一和圖二所示,改造后的PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖三所示。這種采用混合結(jié)構(gòu)改造的工控網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了兩者的優(yōu)劣互補,高效的滿足了實際生產(chǎn)的要求,為生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。
圖一 PLC點對點網(wǎng)絡(luò)
圖二 基于INTERBUS總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
在改造的過程中,GDX2原先很多分離的控制系統(tǒng)得到了很好的集成或者改造,變化如下:
1、用S7-400 PLC作為控制系統(tǒng)核心,取代所有邏輯線路卡板及部分中間繼電器。
2、加裝的質(zhì)量在線檢測裝置(玻璃紙偏移檢測、玻璃紙松散、小包美容器、條盒美容器等)由原先單獨的微處理器控制改為PLC控制,有利于控制網(wǎng)絡(luò)的簡化和故障診斷。
3、將機器上加熱管換成110V,取消溫控器,由功能模塊FM455S實現(xiàn)溫度的PID控制。
4、原來的GDX2下煙庫機械觸點式檢測器更改為光電式檢測器(ZN0239),該傳感器的最大優(yōu)點是非接觸式,對煙支無拍打沖擊,減少了空頭煙支的發(fā)生機率,也減少了因機械接觸可能對煙支造成的損壞。
圖三 改造后的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)
5、原先的機械式煙支檢測器也更換為光電式煙支檢測器(ZN0228),由于該裝置采用ATNEL公司的單片機89C52為控制核心,因此具備檢測靈敏、采樣速率高(單路信號可達到1.2µs)、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點,可以檢測空頭、缺嘴、缺支及倒支。
6、GDX2采用的直流碳刷電機改為交流變頻控制電機,減少了設(shè)備維護工作量,并且運行性能有了提高,同時將原來凸輪裝置檢測相位機構(gòu)更換為絕對值式光電編碼器進行相位檢測,采用9位格雷碼,分辨精度達到0.7°。
7、煙庫攪拌電機改為NTL-M系列稀土永磁無刷伺服電機,該電機采用高性能稀土永磁(SMCO),具有定位精確、調(diào)速范圍寬、過載能力強、高效節(jié)能的特點。
INTERBUS總線具有現(xiàn)場診斷功能,這也是采用該種總線的緣由之一。在外界設(shè)備模塊(PCP)出現(xiàn)故障時,總線適配器會停止運行,啟動診斷程序,采用主控訪問模式,對外圍網(wǎng)絡(luò)發(fā)送診斷數(shù)據(jù)測試每個PCP是否正常,如果檢測到某個PCP出現(xiàn)故障時,適配器會顯示該PCP的設(shè)備號,如下圖:
圖四 INTERBUS適配器的檢測功能
三、總結(jié)
GDX2在PLC技改后,經(jīng)過五個月的運行,生產(chǎn)狀況良好,平穩(wěn)性能有提高,故障率降低,現(xiàn)將技改后的效果總結(jié)如下,以供同行參考:
1. 系統(tǒng)的電氣維護工作簡化。改造前系統(tǒng)有兩個電柜,改造后只有一個電柜,同時各種線路大大簡化:大量的邏輯運算、定時、脈沖電路被轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部的軟件處理,控制柜中所有的專用卡板、溫控表也被PLC取代,因此,技改后的電柜變得簡潔有序,控制邏輯清晰,并且INTERBUS總線和PLC模塊都具有診斷功能,這些診斷信息有利于故障的快速定位與診斷。故障檢查思路自然比較清晰明了,基本可以遵循以下思路:首先檢查線路通訊是否正常,然后檢查相關(guān)的傳感器和執(zhí)行器是否正常,最后檢查PLC程序。
2. 配件工作簡化。電柜的配件由原來的幾百種簡化為現(xiàn)在的7大類(PLC模塊、制動電阻、編碼器、光耦、接觸器、濾波器、變壓器、空氣開關(guān)、繼電器、斷路器),很多原先國內(nèi)不方便購買的專業(yè)卡板被取代,技改后的原配件在國內(nèi)都可以采購。
3. 機器工作的可靠性提高。因為系統(tǒng)采用PLC為控制核心,因此它不存在磨損和消耗問題,執(zhí)行速度和靈敏度也得到了電氣級的保證。
4. 系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控和整個工廠聯(lián)網(wǎng)變得易于實施。PLC模塊可以方便的通過接口卡連入INTERNET網(wǎng)絡(luò),為以后的數(shù)據(jù)交換提供了方便。