ZJ19E型卷接机电控系统及功能实现刍议

ZJ19E型卷接机电控系统及功能实现刍议
ZJ19E卷接机组因其运转的稳定性和可靠性，在卷烟生产企业得到了广泛应用。

ZJ19E的电控系统是通过现场总线PROFIBUS有机地结合为一体，各部分之间的联系简单直接。

这样的配置实现了系统实时响应快和危险分散等分散控制系统的优点，便于集中管理，大大提高系统的可靠性，且有利于系统将来的进一步升级。

ZJ19E电控系统运用了数字信号处理（DSP）、PROFIBUS 总线通讯、工控组态软件和高性能单片机（PIC系列）等多项当今工控领域先进的技术和产品组成了现场总线控制系统（FCS），能够在8000-10000支烟/分生产条件下，实现烟支卷接过程的自动控制和机组实时运行状态的监控，同时完成烟支重量控制、烟支质量在线检测。

标签：ZJ19E卷接机组电控系统
1 电控系统的人机界面
人机界面是ZJ19E电控系统的一部分，人机界面主要完成机组控制参数的设置、运行状态的显示以及对机组工作点进行故障诊断、功能测试，其内容丰富，界面友好直观，这将极大提高对机组运行过程的监控功能，便于烟厂用户的使用和设备维护、管理。

其主要由西门子工业控制计算机、液晶显示器、触摸屏、视频信号分频器组成。

西门子工控机具有结构紧凑、高度集成、稳定可靠等特性，并具有网络连接功能。

其独有的悬挂硬盘解决了振动对硬盘读写的影响。

为了便于操作人员观察机组运行状态和操作，在卷烟机台和接装机出烟口处分别安装了两台显示器和触摸屏，电控系统控制参数的设置、显示页面的选择可以同时实现；人机界面还能够显示机组故障信息，并计时统计。

工控机连接PROFIBUS接口，并通过VGA接口输出到视频信号分频器，连接两台卷烟机液晶显示器，工控机的两个串口，串1串2分别和卷烟机触摸屏以及接装机触摸屏互联。

2 PLC控制系统总体结构
PLC系统是整个电控系统的控制中心，共分四个PLC，分别是主PLC、卷烟机PLC、后身PLC、接装机PLC。

主PLC完成整个机组时序、逻辑控制，与工控机PROFIBUS通讯、与卷烟机PLC、后身PLC、接装机PLC的MPI通讯，并对与卷烟机PLC、后身PLC、接装机PLC进行管理，其中MPI通讯采用固定187.5K通讯率，不可更改，是西门子PLC固有的通讯方式。

PROFIBUS通讯率从9.6K-12M之间可以随意选择，通讯率愈高，其抗干扰能力愈弱、传输距离愈短，整个机组采用通讯率为6M。

工业控制计算机与主PLC、重量控制单元、稀释度检测单元和空头检测单元采用PROFIBUS总线组成局部网络，主PLC通过通讯模块（CP342-5）与工业控制计算机组成通讯协议，工业控制计算机与重量控制单元、稀湿度检测单元和空头检测单元通过DP接口板（SPC3）组成通讯协议。

PLC根据机组各个部位的光电传感器、检测器、变频器提供给它的信息来控制主驱动系统。

它使用烟枪测速器的信号提供烟枪带速度（即机器速度）产生序列和监视。

机器在自动运行状态下内部产生的所有逻辑信号受各个PLC监视。

PLC通过对输入量的逻辑运算，产生输出指令来控制外围设备，在一般情况下，产生一个信号使得信息得以显示，或者使指示灯点亮或熄灭，以指示出机器和材料的状态，当出现异常情况时按照程序的设计采取相应的报警，各种信息及报警信息都将在人机界面上显示。

利用工控机可实现全面数据采集和处理（包括水松纸、滤嘴、盘纸等原材料的消耗和成品烟支的统计等），工控机通过PROFIBUS总线读写主PLC的数据传送到人机界面。

人机界面主要完成机组控制参数的设置、运行状态的显示以及对工作点进行故障诊断、功能测试，其内容丰富，界面直观，极大的提高了对机组运行状态下的监控功能，方便了用户的使用和设备的维护、管理等。

3 SPC3以及CP342-5的功能
在整个电控系统中，共用了三块SPC3接口板，分别完成工控机与重量控制系统、稀释度检测系统、空头检测系统的通讯接口功能。

它是一个PROFIBUS-DP 总线通讯接口板，采用西门子智能芯片及其相关硬件电路构成一个DP从站接口。

完成监控系统中主站与从站之间的通讯，其中主站由人机界面构成，从站分别是重量控制系统、稀释度检测系统、空头检测系统。

通过地址线、数据线、控制线完成监控系统中的主站与从站之间的数据通讯与传递。

SPC3板集成了完整的PROFIBUS-DP协议，包方式寄存器、状态寄存器、中断寄存器、各种缓冲器指针和缓冲区等。

外接单片机（89C52）的主要任务是对SPC3按要求进行初始化；根据SPC3产生的中断，对SPC3接收到的主站发出的输出数据转存，以便从站读取；组织从站送上来需通过SPC3发给主站的数据等等。

SPC3实质上是处于主站与从站之间的通讯站，主站发来的数据包解开送给从站，从站送来的数据打包发给主站。

CP342-5通讯处理器是用于连接SIMATIC S7-300可编程序控制器和PROFIBUS总线系统的通讯模块，它分担CPU的通讯任务负载，同时支持其他的通讯连接，通过PROFIBUS进行配置和编程。

打开SIMATIC管理器生成一个“Project”，插入主站和从站之后，双击“Hardware”进行硬件配置，然后对CP342-5模块进行配置。

通讯协议包括：地址、传输率、CP的工作模式、字符格式等。

双击它之后打开它的对话框，首先在“General”中配置网络节点地址，在这里我们选择PROFIBUS的节点地址为3，最高的节点地址可到126；底板连接MPI地址为6。

PROFIBUS的传输率为1.5Mbps，根据传输的数据的不同，传输率为9.6Kbps到12Mbps之间。

单击对话框中的“Properties”按纽打开“Network Setting”表，可以对节点地址、传输率和外观进行修改。

在“Addresses”中设置输入启始地址为368，长度为16；輸出启始地址为368，长度为16，这些都为系统自动选择。

在“Operating Mode”中选择为DP slave 的操作模式等等。

DP通讯需要功能调用，这些功能调用必须集成到STEP 7用户程序中。

在主PLC用户程序中通过组织块OB1控制并依次调用功能，各个功能按照被控制的作用来划分和编程。

主PLC与CP342-5的标准通讯程序调用了FC61、FC62、FC63、FC64块，其中FC61为DP数据发送功能块，它传送主PLC数据到PROFIBUS CP。

FC62为DP数据接收功能块，它接收PROFIBUS CP的数据。

每个连接的用户发送和接受数据量最大可达240个字节。

FC63块为主PLC接受来自工控机的各种参数，这些参数可以在工控机上修改。

FC64块为主PLC及各个子PLC端口的输入输出的通讯状态。

工控机接收主PLC的数据都在数据块DB1中存储，主PLC接收上位机的数据都在数据块DB2中存储。

卷烟机PLC主要可以完成卷烟纸的供给、叠接控制、卷烟纸直径计算以及操作监视控制等。

接装机PLC主要完成水松纸的供给、叠接控制、水松纸直径计算；搓板堵塞检测、控制；滤棒供给控制、水松纸切刀控制；双倍剔除鼓轮剔除阀开启控制以及PA启动和停机时序控制。

后身PLC主要完成完成料斗的计量控制、供丝方式选择、自动回丝功能和堵丝探测等。

参考文献：
[1]李生军，李少蒙.单片机与PLC之间的串行通信实现[J].化工自动化及仪表，2010，(02).
[2] 秦雄志.PLC综合实验台的研制与应用[J].机电工程技术，2010，(01).
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文。