条烟输送系统故障诊断和远程控制功能的设计

张伟峰

摘要：卷烟企业现有条烟输送系统存在无法显示故障的具体位置、不具备远程控制功能的缺陷。通过在条烟收集机处增设一台西门子MP377触摸屏，利用工业以太网使其与S7-300 PLC通讯，能够准确地显示条烟输送系统故障的具体位置，可方便快捷地处理故障；同时能够对条烟输送系统进行远程控制，提高了条烟输送系统的运行效果。

关键词：条烟输送 故障诊断 远程控制 S7-300PLC MP377触摸屏

中图分类号：TP3 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）12-0155-02

条烟输送系统广泛应用于卷接包车间，通过高架传送条烟，集中自动装箱，减轻了员工的劳动强度，减少了人工周转环节，使工作现场更加整洁美观。但该系统存在无法显示条烟输送系统故障的具体位置、不具备远程控制功能的缺陷，影响了条烟输送系统的运行效果。

1 工作原理及存在问题

1.1 工作原理

一般情况下，卷接包车间的条烟输送系统由多条条烟输送线组成，每条条烟输送线包括相应的条烟提升机、高架传送链带及条烟收集机等设备。从包装机出来的条烟经条烟提升机输送到高架传送链带，再输送到条烟收集机，最后由装封箱机自动装箱。电控系统采用西门子S7-300 PLC为主站[1]，提升机、收集机等设备采用西门子S7-200 PLC为下游机；主站通过Profibus-DP[2]网络实现与变频器、提升机、收集机等设备的通讯，用来控制条烟的提升、高架输送、滑道转向、烟条收集排列等，最终使条烟进入装封箱机。上位机通过CP343-1工业以太网模块连接至S7-300 PLC，采集产量、设备状态、生产效率等实时数据。在条烟输送线的条烟的提升、高架输送、滑道转向、烟条收集等关键部位，安装光电、位置、接近检测开关，检测烟条未到位、挤烟、链条断裂等故障，各种检测信号传递至PLC处理判断，当出现故障时PLC驱动声光报警器开始报警。

1.2 存在问题

1.2.1 无法显示故障的具体位置

当高架传送链带出现故障时，采用声光报警方式予以提醒，但不能显示故障的具体位置。高架传送链带较长且在高空中层叠安装，查找故障的具体位置需要花费较长的时间，且比较危险。当输送线出现故障时，需要人工拾取条烟、装箱，还需人工将烟箱运到仓库，手工粘贴标示条码，不但增加了员工的工作负担，而且造成了工作现场的混乱。

1.2.2 不具备远程控制功能

一般情况下，条烟输送系统的电气柜距离装封箱机较远，当出现挤烟或链带断裂等故障时，操作工只有跑到电气柜处，才能按下急停开关，致使挤坏条烟的数量成倍增长或链带成批损坏；当故障排除后，操作工必须到电气柜处，才能启动条烟输送线。不具备远程控制功能，扩大了故障带来的损失，设备操控十分不便。

2 改进措施

在处于中间位置的条烟收集机电气柜的上方安装一块西门子MP377触摸屏，通过软件编程和修改PLC程序，增加显示故障具体位置和远程控制的功能。当出现故障时，在触摸屏上显示出该故障点的具体位置，并加文字说明，为快速排除故障提供指导和依据。通过触摸屏，可方便快捷地启停条烟输送系统，在降低故障造成损失的同时，便利条烟输送系统的操作。

2.1 网络拓扑结构和设备选型

条烟输送系统一般采用较为复杂的网络控制方式，网络拓扑结构如图1所示。该系统使用Profibus-DP和Industrial Ethernet网络通讯协议。在条烟收集机电器柜上方安装一台西门子MP 377触摸屏可解决设备故障显示和实现远程控制功能。西门子MP 377触摸屏运行稳定、通用性强，该屏有MPI、Profibus、ProfiNet多种通讯连接方式[2]；采用ProfiNet接口，使用工业以太网，其通讯速率快，成本低廉，稳定性高，抗干扰能力强。

2.2 故障检测的方式

S7-300PLC利用 Profibus-DP网络收集各个电机、变频器、各种检测器、编码器、行程开关等的状态、位置和信号， 通过软件编程处理使用工业以太网络送至MP377 人机界面触摸屏。触摸屏通过软件组态，即时显示各个设备的当前状态和信息。（如图2）

2.3 远程控制的方式

在MP377触摸屏上组态启动、停止“软按钮”，当按下需要的按钮后触发对应的变量，通过工业以太网将信号传递至S7-300PLC，编写控制程序[3]，远程控制相应的输送线启停，无需再到电器控制柜旁操作。（如图3）

2.4 编程与组态

统计生产中常见的故障信息，编写故障信息列表，对S7-300 PLC程序进行修改，设计故障诊断和远程控制PLC程序，使其为西门子MP377触摸屏提供软件支持；编写触摸屏程序，设置离散报警，实时弹出故障画面。最后对S7-300重新进行组态，添加西门子MP377触摸屏，并把网络组态和硬件组态一起下载至电控系统的S7-300 PLC中。

软硬件安装完毕后对所有故障点进行模拟测试，当出现故障后在触摸屏主界面的下方弹出具体的故障信息同时可点击触摸屏，详细查看故障信息。当条烟输送线运行中突然出现故障时（如传送链带断裂），点击触摸屏上的远程控制按钮，弹出远程控制画面，可马上远程停止传送链带的运行，避免故障损失的扩大。故障排除后通过西门子MP377触摸屏，就可远程启动条烟输送线，操作方便快捷。

2.5 故障排除流程对比

改造前装封箱机操作工看到条输送报警灯闪亮后，开始分头查找故障点，找到故障点后处理故障，排除故障后再行走13-27米到条输送电器柜处启动输送线，然后回到装封箱机处。

安装MP377人机界面触摸屏后，装封箱机操作工看到条输送报警灯闪亮后，直接在人机界面上看到故障点的具体位置和排除故障的方法，排除故障后无需到电器柜处按下启动按钮，直接在触摸屏上即可启动输送线。

3 应用效果

该项改进，成本约为1.38万元，全年共减少停机时间约100小时左右，直接经济效益35万元。通过增加西门子触摸屏，编写和修订PLC程序和MP377程序，成功实现了对条烟输送系统的故障诊断功能，故障显示信息比原来大大丰富，实时弹出故障画面，成为机电修理工维修设备的得力助手，为快速排除故障提供指导和依据。增加的远程控制功能，降低了故障造成的损失，减轻了员工的劳动强度，提高了条烟输送系统的运行效果。

参考文献

[1]廖常初.S7-300/400应用教程[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]王永华.现场总线技术及应用教程[M].北京：机械工业出版社，2007.

[3]崔坚.西门子S7可编程序控制器：STEP7编程指南[M].北京：机械工业出版社，2007.

[4]SIMATIC HMI.设备MP 377使用说明书.2008.endprint