一、概述
在我國煙草行業(yè)引進(jìn)的包裝設(shè)備中,意大利GD公司生產(chǎn)的GDX系列包裝機(jī)占有相當(dāng)大的比例,已成為目前國內(nèi)各個(gè)煙廠的主流包裝機(jī),早期引進(jìn)的GD包裝機(jī)的電控系統(tǒng)為FZ系統(tǒng),主要采用78塊邏輯線路板作為其主控設(shè)備,隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在工業(yè)自動化中的推廣運(yùn)用,邏輯電路控制方式的缺點(diǎn)就顯而易見,可簡單地概括如下：
1、故障率高
由于機(jī)器已長期運(yùn)行,同時(shí)采用的都是分立元件的線路板,線路及器件的老化導(dǎo)致高故障率。例如原機(jī)邏輯控制板，隨著元件的老化，經(jīng)常容易產(chǎn)生誤動作，拆下來放置一段時(shí)間重新裝上有時(shí)又好了，從而使得技術(shù)人員無法查找分析故障原因，給維修帶來很大的不便。
2、保養(yǎng)及維修困難
由于采用的是分立元件線路板控制，因而當(dāng)發(fā)生故障時(shí)就會出現(xiàn)維修困難的現(xiàn)象，且線路板采用的是GD公司自己生產(chǎn)的，一旦發(fā)生故障，備品備件依賴于進(jìn)口，費(fèi)用較高且周期長。GD公司已通知各家煙廠以后不再提供老式FZ電控系統(tǒng)備件。
3、故障無法及時(shí)準(zhǔn)確確認(rèn)
由于FZ系統(tǒng)采用線路板控制,人機(jī)界面陳舊,僅僅依靠面板上的指示燈顯示出故障,所以當(dāng)機(jī)器出現(xiàn)故障時(shí),無法立即準(zhǔn)確的顯示故障,生產(chǎn)率低,而且許多生產(chǎn)數(shù)據(jù)也無法顯示出來。
4、開放性差
由于采用邏輯電路控制方式,其數(shù)據(jù)采集無法采用通訊等基于軟件的方法解決,且無計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)接口,無法進(jìn)行數(shù)采聯(lián)網(wǎng)。
5、通用性差
原機(jī)采用的軟硬件都不是通用的產(chǎn)品，例如大部分都用的是線路板產(chǎn)品，使得用戶在器件選購、軟件更改、系統(tǒng)分析等都方面帶來不便。
鑒于以上情況，大樹智能科技（南京）有限公司設(shè)計(jì)開發(fā)出了三種GD包裝機(jī)PLC控制系統(tǒng)，第一種控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線型）采用德國西門子公司高性能的S7-400PLC作為控制系統(tǒng)的核心部分，用INTERBUS總線作為整個(gè)現(xiàn)場設(shè)備與控制器之間的數(shù)據(jù)樞紐，并且采用SIEMENS液晶彩色觸摸屏作為上位機(jī),完成整個(gè)機(jī)組的故障、速度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示。第二種控制系統(tǒng)（保留電柜型）采用德國西門子公司高性能的S7-400PLC作為控制系統(tǒng)的核心部分，并且采用SIEMENS液晶彩色觸摸屏作為上位機(jī)，保留原電控柜及接插件引線。第三種控制系統(tǒng)（普通型）采用德國西門子公司高性能的S7-400PLC作為控制系統(tǒng)的核心部分，用液晶彩色觸摸屏作為上位機(jī)完成整個(gè)機(jī)組的故障、速度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示。
二、三種改造方式各自的優(yōu)點(diǎn)
第一種控制系統(tǒng)（現(xiàn)場總線型）的優(yōu)點(diǎn)：
1）故障率低
該控制系統(tǒng)采用SIEMENSS7-400PLC，同時(shí)加以INTERBUS現(xiàn)場總線，輔以SIEMENS觸摸式工控機(jī)構(gòu)成。由于PLC控制器具有防塵、防震、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，所以大大提高了系統(tǒng)性能，平均無故障時(shí)間可達(dá)十萬小時(shí)以上；INTERBUS總線具有開放的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，同時(shí)強(qiáng)大的診斷功能是Interbus區(qū)別于其它總線所獨(dú)有的。獨(dú)立的診斷程序提供了詳細(xì)的故障信息（故障地址、故障類型和故障歷史記錄），診斷寄存器提供了用戶程序處理故障信息的工具，控制板3行16段LCD顯示器直觀醒目。故障歷史記錄和準(zhǔn)確的故障地址為快速排除故障提供了保障，保證系統(tǒng)故障停機(jī)時(shí)間最短。
2）操作直觀、方便
上位機(jī)采用SIEMENS觸摸式工控機(jī)，加以INTOUCH7.1工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)成全漢化的計(jì)算機(jī)人機(jī)界面，方便操作人員了解設(shè)備狀況，修改工藝參數(shù)，查詢產(chǎn)量和材料消耗等，同時(shí)有故障顯示、報(bào)警功能。
3）維修方便
由于PLC系統(tǒng)采用的都是國際上通用的軟、硬件，便于工廠技術(shù)人員掌握，同時(shí)備品備件可在國內(nèi)選購。不再象原機(jī)備件一樣受制于人。
4）開放性好
由于新控制系統(tǒng)軟硬件均采用國際通用產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的開放網(wǎng)絡(luò)接口，可支持INTERBUS總線、PROFIBUS總線、CAN總線、D-NET總線等國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，大大方便數(shù)據(jù)采集聯(lián)網(wǎng)功能。
5）軟件儀表增強(qiáng)可靠性
溫度控制采用PLC-PID控制模塊軟件算法控制，大大加強(qiáng)可靠性、準(zhǔn)確性，使操作更直觀。用軸編碼器裝置替代原凸輪相位控制，使系統(tǒng)更加穩(wěn)定、維修更加方便。
6）主電機(jī)采用變頻調(diào)速
用SEW公司三相異步電動機(jī)代替原直流主電機(jī)，同時(shí)用英國CT公司變頻器進(jìn)行調(diào)速，使系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、操作更方便。
第二種控制系統(tǒng)（保留電柜型）的優(yōu)點(diǎn)
1）節(jié)約成本
由于原許多設(shè)備改造后，電控柜被直接取代，舊電控柜被丟置一邊，同時(shí)原來電柜中一大部分低壓電器是可用的，直接丟棄將造成很大的浪費(fèi)。鑒于許多煙廠在改造中存在資金合理化分配的問題，為節(jié)約成本，新控制系統(tǒng)保留原電控柜、低壓電器、溫控儀表以及各接插件引線，只是將原線路板用SIEMENSS7400PLC替代！
2）故障率低
該控制系統(tǒng)采用SIEMENSS7-400PLC，輔以SIEMENS觸摸式工控機(jī)構(gòu)成。由于PLC控制器具有防塵、防震、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，所以大大提高了系統(tǒng)性能，平均無故障時(shí)間可達(dá)十萬小時(shí)以上；故障歷史記錄和準(zhǔn)確的故障地址為快速排除故障提供了保障，保證系統(tǒng)故障停機(jī)時(shí)間最短。
3）操作直觀、方便
上位機(jī)采用SIEMENS觸摸式工控機(jī)，加以INTOUCH7.1工控組態(tài)軟件設(shè)計(jì)成全漢化的計(jì)算機(jī)人機(jī)界面，方便操作人員了解設(shè)備狀況，修改工藝參數(shù)，查詢產(chǎn)量和材料消耗等，同時(shí)有故障顯示、報(bào)警功能。
4）維修方便
由于PLC系統(tǒng)采用的都是國際上通用的軟、硬件，便于工廠技術(shù)人員掌握，同時(shí)備品備件可在國內(nèi)選購。不再象原機(jī)備件一樣受制于人。同時(shí)原低壓電器及引線保留，維護(hù)人員不用重新熟悉圖紙，大大減少現(xiàn)場工作量。
5）開放性好
由于新控制系統(tǒng)軟硬件均采用國際通用產(chǎn)品，具有很強(qiáng)的開放網(wǎng)絡(luò)接口，可支持INTERBUS總線、PROFIBUS總線、CAN總線、D-NET總線等國際標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，大大方便數(shù)據(jù)采集聯(lián)網(wǎng)功能。
6）主電機(jī)采用變頻調(diào)速
用SEW公司三相異步電動機(jī)代替原直流主電機(jī)，同時(shí)用英國CT公司變頻器進(jìn)行調(diào)速，使系統(tǒng)運(yùn)行更可靠、操作更方便。
第三種控制系統(tǒng)（普通型）的優(yōu)點(diǎn)
1）故障率低
由于PLC控制器具有防塵、防震、抗干擾等優(yōu)點(diǎn)，所以大大提高了系統(tǒng)性能，平均無故障時(shí)間可達(dá)十萬小時(shí)以上。
2）操作直觀、方便
全漢化的計(jì)算機(jī)界面，方便操作人員了解設(shè)備狀況，修改工藝參數(shù)，查詢產(chǎn)量和材料消耗等，同時(shí)有故障顯示、報(bào)警功能。
3）維修方便
由于PLC系統(tǒng)采用的都是國際上通用的軟、硬件，便于工廠技術(shù)人員掌握，同時(shí)備品備件可在國內(nèi)選購。
三、三種改造方式各自的特點(diǎn)
1.系統(tǒng)總線型
采用高性能的西門子S7-400PLC作為控制系統(tǒng)的核心部分，用INTERBUS總線或PROFIBUS總線作為整個(gè)現(xiàn)場與控制器之間的數(shù)據(jù)樞紐，并采用SIEMENS液晶彩色觸摸屏作為上位機(jī)，完成整個(gè)機(jī)組的故障、速度及生產(chǎn)數(shù)據(jù)顯示。改造后整機(jī)控制功能達(dá)到或部分超過原設(shè)計(jì)指標(biāo)，整機(jī)總體性能優(yōu)于改造前。
在輸入、輸出設(shè)計(jì)方面，各種傳感器和操作按鈕等檢測信號根據(jù)現(xiàn)場情況一部分經(jīng)INTERBUS或PROFIBUSI/O模塊組到PLC，一部分直接送至PLC電柜。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制信號同樣根據(jù)現(xiàn)場情況一部分由INTERBUS或PROFIBUSI/O模塊組輸出，一部分由PLC直接控制。繼電器、斷路器等低壓電器安裝在主動電柜中。功能完善，安裝方便。凸輪控制將原來的凸輪相位系統(tǒng)與凸輪定位裝置改為軸編碼器裝置，采用絕對型編碼器，信號由PLC直接讀取，對機(jī)械動作的要求相位可以精確控制。盤車時(shí)顯示當(dāng)前相位，方便維護(hù)操作。
其主機(jī)控制采用三相交流異步電機(jī)取代原來小包機(jī)與4350主電機(jī)（直流電動機(jī)），變頻器為英國CT公司產(chǎn)品，附帶電源過濾器，以降低設(shè)備成本、維修成本，減少維修工作量。
為使改造后的電控柜運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，大樹公司在改造中采用了大量國外知名廠家的高質(zhì)量產(chǎn)品最為核心和輔助部件，比如，其電控柜采用德國威圖電柜取代原控制柜，側(cè)面安裝熱交換器，同時(shí)為配合車間整體美觀，電柜顏色盡量與原機(jī)一致。低壓電器采用SIEMENS產(chǎn)品，接線端子采用鳳凰PHOENIX端子，接插件用HATTING公司產(chǎn)品。此外，取消所有原溫控器，改由PLCFM455溫度PID調(diào)節(jié)模塊控制溫度，操作人員可在工控機(jī)屏幕上觀察各溫度點(diǎn)的實(shí)際溫度和修改設(shè)定溫度，但保留原機(jī)的電流繼電器。
2.保留電柜型
基于各煙廠實(shí)際需要，大樹智能科技（南京）有限公司還推出了保留原機(jī)電柜型GDPLC改造，此改造由于仍采用原機(jī)電柜，可以節(jié)約低壓電器和電柜的重復(fù)費(fèi)用，同時(shí)還可縮短工程改造時(shí)間。其硬件構(gòu)成包括SIEMENS觸摸屏式工控機(jī)；SIEMENSS7400PLC；主電機(jī)及輔機(jī)主電機(jī)。
為節(jié)約改造成本，保留電柜型改造總體設(shè)計(jì)以德國SIEMENSS7-400PLC為核心，取代原GDX1、X2包裝機(jī)所用的全部電路板，同時(shí)保留原低壓電器，溫控儀表實(shí)現(xiàn)其原機(jī)控制功能。保留原電控柜，用PLC控制取代原線路板控制，所有電器元件保留。在原機(jī)線路板安裝位置上，安裝PLC。保留原主、輔機(jī)械凸輪（或者用光電軸編碼器更換）原機(jī)凸輪控制采用的是機(jī)械凸輪，新控制系統(tǒng)對此項(xiàng)改造內(nèi)容可選保留或者用光電軸編碼器更換。改造后整機(jī)控制功能應(yīng)達(dá)到或超過原設(shè)計(jì)指標(biāo)，整機(jī)總體性能優(yōu)于改造前。同時(shí)，原機(jī)所有進(jìn)邏輯線路板的輸入/輸出信號，改造后直接進(jìn)PLC輸入輸出模塊，用軟件算法代替原硬件邏輯控制。輸入輸出線的位置、線號均不更改，節(jié)約維護(hù)人員熟悉圖紙時(shí)間和維修時(shí)間。
3.普通型
普通型改造取代了原線路板控制，增加了設(shè)備運(yùn)行的可靠性；同時(shí)比保留電柜型增加低壓電器成本、電柜成本、線纜及耗材成本。其硬件構(gòu)成包括S7400PLC、SIEMENS觸摸式工控機(jī)、主電機(jī)、低壓電器。
改造內(nèi)容主要包括：
1、取消原控制系統(tǒng)中的所有邏輯線路板及部分中間繼電器，所有控制任務(wù)由PLC完成。保留原控制系統(tǒng)的所有功能。
2、取消電源柜，只用一個(gè)PLC電柜，現(xiàn)場安裝在原控制柜位置。
3、增加一臺西門子工控機(jī)，用于顯示機(jī)器狀況、故障、運(yùn)行速度、溫度、生產(chǎn)數(shù)據(jù)等，同時(shí)該工控機(jī)還具有數(shù)據(jù)采集功能，將數(shù)采數(shù)據(jù)送至廠級MIS系統(tǒng)。
4、取消原控制柜的十個(gè)溫控器，用西門子公司功能模塊FM455S實(shí)現(xiàn)溫度的PID控制。
5、在主機(jī)出口處增加封簽歪斜檢測功能，使封簽歪斜煙包在出口處剔除。
6、選用SEW公司兩臺交流電機(jī)分別替代主機(jī)、輔機(jī)的直流主電機(jī)，分別用兩臺變頻器驅(qū)動。從而避免了定期地對直流主電機(jī)的維護(hù)。保證了機(jī)組的長期運(yùn)行。
在PLC控制軟件方面：以上3種GDPLC控制系統(tǒng)均采用SIEMEMSS7-400，軟件編程采用STEP7。其編程思想及過程為：消化原機(jī)圖紙，理解其控制邏輯；現(xiàn)場了解工藝操作過程，熟悉工藝流程；軟件控制邏輯基本和原控制板邏輯保持一致，如信號連動、互鎖、移位寄存器操作等；結(jié)合現(xiàn)場工藝對部分邏輯作簡化、修改，使控制方式更簡潔、合理；將其它檢測信號無縫加入到現(xiàn)在的控制軟件中。
關(guān)于上位機(jī)：以上三種方案均增加上位機(jī)直觀人機(jī)界面，主要功能有：液晶彩色觸摸屏作為GDPLC控制系統(tǒng)的上位機(jī)，具有機(jī)組產(chǎn)量和材料消耗統(tǒng)計(jì)、有效作業(yè)率統(tǒng)計(jì)、機(jī)組運(yùn)行時(shí)間和停機(jī)時(shí)間顯示、機(jī)器相位顯示、速度顯示、溫度顯示、參數(shù)設(shè)置和修改、故障報(bào)警及歷史記錄等功能。
總體而言，大樹公司所提供的三種GD包裝機(jī)電控系統(tǒng)PLC改造的特點(diǎn)是：
保持原機(jī)的所有功能和操作方式；
保持原有的整體布局和接口方式，現(xiàn)場安裝便捷；
PLC電柜結(jié)構(gòu)合理，采用進(jìn)口器件；
由上位機(jī)進(jìn)行各種參數(shù)設(shè)定；
可進(jìn)行電機(jī)改造；
具有先進(jìn)性、通用性和可擴(kuò)展性；
具有數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)功能；
人機(jī)界面友好，滿足實(shí)際需要；
故障查詢直觀方便，具有智能化的報(bào)警功能；
可進(jìn)行現(xiàn)場切割滾筒商標(biāo)紙和小花封簽。
憑借突出的技術(shù)開發(fā)實(shí)力、規(guī)范化的管理運(yùn)作、精干的安裝、售后服務(wù)隊(duì)伍和竭盡全力為用戶解決問題的服務(wù)理念，截至目前，大樹公司已成功為多家煙廠進(jìn)行了GDX1、X2PLC工程改造，并受到廣大客戶的好評。其中，2000年為重慶卷煙廠進(jìn)行了1臺電柜改造型，2002－2003年南京卷煙廠3臺現(xiàn)場總線型，2002－2003年為廣州卷煙二廠進(jìn)行了7臺現(xiàn)場總線型，2003年為龍巖卷煙廠進(jìn)行1臺現(xiàn)場總線型改造，2為長沙卷煙廠進(jìn)行了1臺現(xiàn)場總線型改造，為寧波卷煙廠進(jìn)行1臺現(xiàn)場總線型，為許昌卷煙廠進(jìn)行了4臺保留電柜型改造。2004年為長沙卷煙廠、郴州卷煙廠各進(jìn)行了2臺現(xiàn)場總線型改造，為青島卷煙廠進(jìn)行了6臺現(xiàn)場總線型改造，為杭州卷煙廠、延吉卷煙廠各進(jìn)行了1臺普通
