靴压毛毯自动喷水装置电控系统的开发

刘建华，龚高成*，吴诗杰，杨 伟，代铖斐

（1.湖北中烟工业有限责任公司,湖北 武汉；2.湖北新业烟草薄片开发有限公司，湖北 武汉；3.重组烟叶应用技术研究湖北省重点实验室，湖北 武汉）

引言

某再造烟叶公司的造纸法烟草薄片新生产线在行业内首次使用靴式压榨，靴式压榨具有降低能耗和增强脱水效果的优点。生产线停机期间需要对靴式压榨部位的毛毯进行喷水润湿。如果长时间没有对靴压毛毯进行喷水润湿，会造成毛毯起皱从而影响开机走纸，并且会缩短毛毯的使用寿命[1]。

为提升员工“获得感，幸福感，安全感”，车间取消深夜班。中班和下个早班之间设备处于停机状态，若安排操作人员对靴压毛毯进行喷水润湿则操作人员需要额外加班，而且人工喷水润湿存在安全隐患。因此我们设计、研制了一套靴压毛毯自动喷水装置，成功投入使用后取得了良好的效果。

1 实施过程

1.1 靴压毛毯喷水装置的实施方案

本项目采用西门子PLC 控制器实现靴压毛毯喷水装置的手动和自动喷水功能，程序全部自主开发。本项目的具体实施方案如下。

根据实际情况，在靴压部位安装5 条自动喷水管道，5 条管道的位置如图1 所示，每条管道上有4 个喷头，可对靴压的上下2 床毛毯进行自动喷水润湿。其中1 号、2 号和3 号管道用于上毛毯润湿，用1 号电磁阀控制；4 号和5 号用于下毛毯润湿，用2 号电磁阀控制，电磁阀的电压为24 V。有一个总进水阀控制5 条管道的进水，纸机运行时总进水阀关闭，纸机停止并需要对毛毯润湿时可将总进水阀打开。

图1 靴压毛毯喷水管道位置

1.2 电控系统概述

本项目采用西门子S7-200 的PLC 控制器、触摸屏、开关电源、空气开关、端子排、导线、电柜等电气设备及材料制作自动喷水装置的电控系统。S7-200 的PLC 控制器具有结构紧凑、价格低廉、指令功能强大和功能模块丰富的优点，非常适合于此项目。PLC 控制器与触摸屏之间采用的是RS485 通信，RS485 通信工业应用成熟，具有较高的通信速率和较强的抑制共模干扰能力。此电控系统将PLC 工业控制中的数字逻辑、人机界面、通信技术以及控制技术融合在一起，具有较高的技术水平。

1.3 PLC 的外部接线图

在PLC 编程中，外部接线图是其中的重要组成部分之一。由于CPU 模块、输出类型和外部电源供电方式的不同，PLC 外部接线图也不尽相同。本项目采用的S7-200 的PLC 控制器的型号为CPU226 DC/DC/DC，它有24 个输入点数，16 个输出点数，输入输出均为直流24 V，输入端I0.0～I1.4 共用1 M，I1.5～I2.7 共用2 M，输出端Q0.0～Q0.7 共用1 M、1 L+，Q1.0～Q1.7 共用2 M、2 L+[2]。

PLC 外部接线如图2 所示。其中Q0.0 和Q0.1 接的是两个中间继电器，1 号电磁阀接在Q0.0 中间继电器KA1 的常开触点上，2 号电磁阀接在Q0.1 中间继电器KA2 的常开触点上。

图2 PLC 外部接线

1.4 PLC 编程

PLC 编程设备的功能是编制程序、修改程序、测试程序，并将测试合格的程序下载到PLC 系统中。为了降低编程设备的成本，目前广泛采用个人计算机作为编程设备，但需配置西门子提供的专用编程软件。S7-200 PLC 的编程软件是STEP-Micro/WIN，该软件系统在Windows 平台上运行。该软件支持语句表、梯形图、功能块图这三种编程语言[3]。

针对PLC 控制器使用西门子STEP 7-Micro/WIN软件编写的梯形图程序如图3- 图6 所示。

图3 编写初始化程序和手自动切换的程序

图4 编写自动启动及停止和喷水时间设置的程序

图5 编写1 号毛毯（上毛毯）喷水装置自动和手动开启及关闭的程序

图6 编写2 号毛毯（下毛毯）喷水装置自动和手动开启及关闭的程序

1.5 触摸屏画面组态

触摸屏是电气控制系统的控制屏。针对触摸屏使用西门子WinCC_flexible_2008 SP2 组态软件制作的操作画面如图7 所示。

图7 用组态软件制作的触摸屏操作画面

图7 画面上的按钮与梯形图中的指令的对应关系如表1 所示，状态显示与梯形图中的指令的对应关系如表2 所示。

表1 操作画面上的按钮与梯形图中的指令的对应关系

表2 状态显示与梯形图中的指令的对应关系

操作说明：

（1） 当点击“手自动切换”按钮时，“自动”和“手动”状态显示可来回切换。

（2） 在自动运行状态下，设置喷淋时间的分钟数，然后点击“启动”按钮，“1 号”“2 号”和“运行”状态显示灯亮起，喷水装置的电磁阀得电从而使喷头开始喷水。当设置的喷淋时间到，停止喷水，然后间隔100 min 后再次喷水，如此循环。

（3） 在手动运行状态下，点击“1 号启动”则“1号”状态指示灯亮起且1 号毛毯喷水装置的电磁阀得电从而使喷头开始喷水，点击“1 号停止”则“1 号”状态指示灯熄灭且1 号喷水装置停止喷水；点击“2 号启动”则“2 号”状态指示灯亮起且2 号毛毯喷水装置的电磁阀得电从而使喷头开始喷水，点击“2 号停止”则“2 号”状态指示灯熄灭且2 号喷水装置停止喷水。

2 使用效果评估

2.1 应用效果图

该喷水装置在设计、研制成功之后投入了使用，并取得了良好的使用效果。

图8、图9 和图10 是此自动喷水装置安装并应用后的效果。

图8 电气接线实物

图9 触摸屏操作画面

图10 自动喷水装置开启的场景

2.2 效果评估

（1） 此自动喷水装置的电控系统使用了从旧设备上拆下来的旧PLC 控制器和旧触摸屏。此次电控系统的研制充分利用了闲置的旧设备而没有使用新设备，大大降低了研制成本。

（2） 此自动喷水装置操作方便，只需要在触摸屏画面上操作即可，在自动模式下可以实现中班之后到下个早班之前这段时间自动循环喷水，大大降低人员的劳动强度，消除人工润湿的安全隐患。

（3） 此自动喷水装置使用效果良好，避免毛毯起皱从而影响开机走纸，并且可以延长毛毯的使用寿命，可以实现降本增效。

（4） 此自动喷水装置可做成独立系统，与纸机条线控制分开，且具有互锁功能，也可参与条线联动控制。

（5） 此自动喷水装置具有较好的经济效益。经济效益计算如下。

此装置安装后，每天中班停机之后下班之前将自动喷水装置开启，在触摸屏上设置喷淋时间即可实现自动循环喷水，不需要人为的其他操作，每天上早班开机之前将自动喷水装置关闭，这样可减少2 名润湿毛毯的操作人员，用工费用约每人每小时36 元，此装置于2022 年8 月底正式投入使用，从8 月底到年底使用的总天数约为125 天，平均每天润湿毛毯的时间约为8 h，则每年可节约人力成本约为36×2×125×8=72 000 元。

此装置的投入成本明细如表3 所示。

表3 投入成本明细

综上所述，2022 年产生的经济效益约为56 100元。此装置未来将持续投入使用，从而不断产生经济效益。

结束语

本项目对靴压毛毯自动喷水装置的研究及其电控系统进行探索，利用西门子S7-200 的PLC 开发出一套靴压毛毯自动喷水装置的电控系统，使用情况良好，具有降低操作人员劳动强度的优点，产生了一定的经济效益，能够满足生产的需要。