基于PLC的卷烟机风送风速控制系统

陈志新

摘 要 随着卷烟机电控系统的升级，模拟量风速控制得到了很好的应用，为卷烟机集成风力送丝系统的研发提供了技术便利。文章主要介绍基于西门子PLC控制的卷烟机集成风送风速控制系统，实现卷烟机对风送风速的精准控制，并降低了烟丝的损耗率。

关键词 风力送丝；风速控制；PID运算

中图分类号：TP27 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）02-0036-01

卷烟生产过程中的风力送丝系统广泛采用风速自动调节、平衡控制系统，此系统主要采用“主管恒压”、“机台定风量补风”与“速度微调”装置对速度进行控制的技术。系统中每台卷烟机都具备独立的送丝与补风回路，此系统既节能环保、又能够减低烟丝燥脆，提高烟支的内在品质。

此系统原理如图1，若只用一个控制系统来控制整个车间的风力送丝，对PLC运算能力、通讯负载能力要求很高。因此采用分布式控制，每台卷烟机由一个现场小型PLC 200风送控制柜进行末端控制，通过网络由系统对现场PLC进行远程控制、参数调节，同时现场风送控制柜PLC具有本地控制功能。

图1 风速自动调节平衡控制系统

1 现有系统缺陷

分布式的风速自动调节平衡控制系统解决了系统PLC运算能力不足的问题，但也带来了负面问题。目前行业内将风送控制柜装在卷烟机身上或车间天花板上管道层），前者给设备移机带来不便，也会造成风速控制系统不稳定，而后者若PLC200控制柜如发生故障，则不便于维修。且无论装在哪，管道风力测试校准，均需两人配合，非常不便。

2 卷烟机集成风速自动调节控制系统的可行性调研

以常德生产的卷烟机为例，采用西门子PLC400进行控制，因此可以方便的对控制系统硬件配置进行更改和编程。在硬件配置增加一个模拟量I/O模块用于接入风速调节信号（见图2），通过编程在卷烟机上实现对风力送丝系统的风速调节与控制。

图2 风送风速控制改进前后对比

3 卷烟机集成风速自动调节控制系统的设计方案

3.1 硬件选型

风速检测仪采用压差流量计，风速调节阀可选用气动调节阀且具有阀门开度位置反馈。信号采集模块选择西门子6ES7 331-7KF01-0AB0；模拟量输出模块选择西门子6ES7 332-5HD01-0AB0。

3.2 软件编程

系统中风速检测仪采用压差流量计，其中节流元件选择孔板，假设管道空中气不可压缩气体，流过孔板的流量由下式计算：

Q=0.00399859aεd2

其中：a为流量系数，由实验方法确定；

ε为流体膨胀系数；

d为节流装置在工作状态下的开孔直径（mm）；

ρ为工作状态下被测量流体密度；

p1、p2为节流前后压力值（Pa）。

由公式可以看出流量与压差开方成正比，而流速与流量成正比。根据公式，在S7程序块中编写风速采集功能块FC120及风速调节阀功能块FC125；PID控制使用标准库PID控制模块FB41；所有人机交换数据写入数据块DB42；编写风送风速控制程序FC28。

3.3 HMI人机交互开发

在卷烟机IT80人机界面为PID参数整定开发一人机交互界面，方便工程调试。

3.4 风速校正

PID参数经过工程整定后，一般不做修改。实际风速与测量风速如有出入，可根据相关参考表校正参数。

4 集成后控制效果及其效益

4.1 控制效果

改进后风速PID控制由PLC400处理计算，在计算速度、精度上都要比PLC200高。此外，风速控制的响应时间也更快，采样时间由200 ms缩短至150 ms。改造前后风速实际最大值差值△S=S2-S1≥2 m/s。

4.2 经济效益

4.2.1 直接经济效益

卷烟机集成风速控制后，提高了烟丝输送过程的稳定性，降低烟丝在管道输送过程中的损耗率。

测试选取同一牌号烟丝，改造后管道输送过程中的损耗率比改造前降低了0.864%。以每台机年产4万箱、单箱平均用丝37 kg、烟丝平均价格50元/kg来计算，改造后，仅降低烟丝燥脆方面每年就可节约639360元，而改造投入仅3.5万元左右。另，原风速控制系统的控制硬件每套需10万元费用，改造后可节省此项费用。

4.2.2 间接经济效益

改造完后，风送风速控制系统出现故障的机率降低，且单台系统的故障不会影响到整个车间的运行，无形中增加了机器的有效利用率。另在风速校正上，可节省工时。原来每机台每次校正需两人，耗时约0.5小时。改造后只需1人，时间耗时不变。以每月每个机台校正一次，全年可节约工时共108小时。

5 应用推广前景

2011年，厦门烟草工业有限责任公司利用卷烟机PLC升级改造之机，在一区卷包车间推广使用3套。目前卷烟机集成风送风速控制系统运行稳定，使用效果良好。

参考文献

[1]谢海，袁国安，李国荣.卷烟机组风力送丝风速控制技术与原理[J].湖南科技学院学报，2007（4）.

[2]汤旭晶，李鹤鸣，喻方平.基于PROFIBUS_DP总线的风力送丝平衡控制系统设计[J].制造业自动化，2005（8）.

[3]西门子公司.Simatic Step7 V5.4帮助手册[M].endprint