1 引言
由于GDX2機(jī)投入生產(chǎn)已經(jīng)十多年，接近其使用壽命，因此也進(jìn)入了故障多發(fā)期，如何及時(shí)迅速的查找故障及進(jìn)行零配件的備件工作，影響到整個(gè)企業(yè)的生產(chǎn)效益，成為技術(shù)人員面臨的一大問題。由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的限制，部分機(jī)器的控制電路基本由繼電器、接觸器、分立元件的邏輯線路卡板等組成，電路復(fù)雜，故障檢測比較麻煩，并且很多專用邏輯卡板在國內(nèi)不宜買到，需要直接向意大利GD公司定購，前幾年GD公司就已經(jīng)通知煙廠不再提供老式電控系統(tǒng)備件，而且邏輯控制的機(jī)器不能進(jìn)行數(shù)采聯(lián)網(wǎng)，不能滿足現(xiàn)代化生產(chǎn)管理的需要。因此，早期GD包裝機(jī)電控改造成為方向。隨著技術(shù)的發(fā)展，可編程控制器(PLC)在分布式系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，技術(shù)也趨于成熟，非常適合于卷煙工業(yè)。
工業(yè)控制從早期的就地控制、集中控制，已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的集散控制(DCS)，在過去的20年中，過程工業(yè)對DCS系統(tǒng)及相關(guān)的儀表裝置進(jìn)行了大量的投入，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用結(jié)果得到了用戶的肯定。4-20mA信號是DCS系統(tǒng)及現(xiàn)場設(shè)備相互連接的最本質(zhì)特點(diǎn)，這是控制系統(tǒng)和儀表裝置發(fā)展的一大進(jìn)步。然而現(xiàn)在，數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)今控制網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。人們意識到傳統(tǒng)的模擬信號只能提供原始的測量和控制信息，而智能變送器在4-20mA信號之上附加信息的能力又受其低通信速率的制約，所以對整個(gè)過程控制系統(tǒng)的機(jī)制進(jìn)行數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，應(yīng)是其發(fā)展的必然趨勢。
　現(xiàn)場總線在智能現(xiàn)場設(shè)備、自動(dòng)化系統(tǒng)之間提供了一個(gè)全數(shù)字化的、雙向的、多節(jié)點(diǎn)的通信鏈接。現(xiàn)場總線的出現(xiàn)促進(jìn)了現(xiàn)場設(shè)備的數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，并且使現(xiàn)場控制的功能更加強(qiáng)大。這一改進(jìn)帶來了過程控制系統(tǒng)的開放性，使系統(tǒng)成為具有測量、控制、執(zhí)行和過程診斷的綜合能力的控制網(wǎng)絡(luò)。
在2000年1月宣布的IEC61158國際標(biāo)準(zhǔn)中，將八種總線(FF的H1、FF-HSE、PROFIBUS、INTERBUS、P-NET、WorldFIP、ControlNet、SwiftNet)均列入國際標(biāo)準(zhǔn)，由于INTERBUS總線具有龐大的成員機(jī)構(gòu)和良好的開放性，傳輸效率較高，并具有良好的故障診斷功能，因此決定選用此種總線作為現(xiàn)場總線。總線性能選型參見附表:

附表 總線性表選型表

2 技改方案的實(shí)施
近期GD公司向國內(nèi)相關(guān)煙廠推介早期GD包裝機(jī)電控改造的方案，但改造工期較長，價(jià)格昂貴。國內(nèi)也有系統(tǒng)集成商可以承擔(dān)PLC電控改造工作，工期較短，價(jià)格低，這些公司PLC技術(shù)理論沒有問題，但因?yàn)樗麄儗υO(shè)備原理和工藝流程不夠熟悉，改造后不一定達(dá)到最佳效果。針對該問題，由設(shè)備科和車間熟悉GD機(jī)的電氣專業(yè)人員組成研討小組，從成本、資金、技術(shù)力量、工程經(jīng)驗(yàn)等多個(gè)角度進(jìn)行綜合考證，最后選擇南京大樹智能科技公司來承擔(dān)該項(xiàng)技改任務(wù)。
根據(jù)技改的目標(biāo)和實(shí)際情況，決定對某些實(shí)時(shí)性要求高、響應(yīng)快的傳感單元采用點(diǎn)對點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而大多數(shù)響應(yīng)信號采用基于INTERBUS總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。關(guān)于這兩種結(jié)構(gòu)的控制網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)如圖1和圖2所示，改造后的PLC網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。這種采用混合結(jié)構(gòu)改造的工控網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了兩者的優(yōu)劣互補(bǔ)，高效的滿足了實(shí)際生產(chǎn)的要求，為生產(chǎn)過程網(wǎng)絡(luò)化奠定了基礎(chǔ)。

圖1 PLC點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)

圖2 基于INTERBUS總線的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖3 改造后的控制網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在改造的過程中，GDX2原先很多分離的控制系統(tǒng)得到了很好的集成或者改造，變化如下:
(1) 用S7-400 PLC作為控制系統(tǒng)核心，取代所有邏輯線路卡板及部分中間繼電器。
(2) 加裝的質(zhì)量在線檢測裝置玻璃紙偏移檢測、玻璃紙松散、小包美容器、條盒美容器等由原先單獨(dú)的微處理器控制更集中到PLC控制，有利于結(jié)構(gòu)的簡化和故障診斷。
(3) 將機(jī)器上加熱管換成110V，取消溫控器，由功能模塊FM455S實(shí)現(xiàn)溫度的PID控制。
(4) 原來的GDX2下煙庫機(jī)械觸點(diǎn)式檢測器更改為光電式檢測器(ZN0239)，該傳感器的最大優(yōu)點(diǎn)是非接觸式，對煙支無拍打沖擊，減少了空頭煙支的發(fā)生機(jī)率，也減少了因機(jī)械接觸可能對煙支造成的損壞。
(5) 原先的機(jī)械式煙支檢測器也更換為光電式煙支檢測器(ZN0228)，由于該裝置采用ATNEL公司的單片機(jī)89C52為控制核心，因此具備檢測靈敏、采樣速率高(單路信號可達(dá)到1.2μs)、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點(diǎn)，可以檢測空頭、缺嘴、缺支及倒支。
(6) GDX2采用的直流碳刷電機(jī)改為交流變頻控制電機(jī)，減少了設(shè)備維護(hù)工作量，并且運(yùn)行性能有了提高，同時(shí)將原來凸輪裝置檢測相位機(jī)構(gòu)更換為絕對值式光電編碼器進(jìn)行相位檢測，采用9位格雷碼，分辨精度達(dá)到0.7°。
(7) 煙庫攪拌電機(jī)改為NTL-M系列稀土永磁無刷伺服電機(jī)，該電機(jī)采用高性能稀土永磁(SMCO)，具有定位精確、調(diào)速范圍寬、過載能力強(qiáng)、高效節(jié)能的特點(diǎn)。
INTERBUS總線具有現(xiàn)場診斷功能，這也是采用該種總線的緣由之一。在外界設(shè)備模塊(PCP)出現(xiàn)故障時(shí)，總線適配器會停止運(yùn)行，啟動(dòng)診斷程序，采用主控訪問模式，對外圍網(wǎng)絡(luò)發(fā)送診斷數(shù)據(jù)測試每個(gè)PCP是否正常，如果檢測到某個(gè)PCP出現(xiàn)故障時(shí)，適配器會顯示該P(yáng)CP的設(shè)備號，如圖4所示:

圖4 INTERBUS適調(diào)器的檢測功能

3 結(jié)束語
GDX2在PLC技改后，經(jīng)過五個(gè)月的運(yùn)行，生產(chǎn)狀況良好，平穩(wěn)性能有提高，故障率降低，現(xiàn)將技改后的效果總結(jié)如下，以供同行參考。
系統(tǒng)的電氣維護(hù)工作簡化。改造前系統(tǒng)有兩個(gè)電柜，改造后只有一個(gè)電柜，同時(shí)各種線路大大簡化:大量的邏輯運(yùn)算、定時(shí)、脈沖電路被轉(zhuǎn)化為PLC內(nèi)部的軟件處理，控制柜中所有的專用卡板、溫控表也被PLC取代，因此，技改后的電柜變得簡潔有序，控制邏輯清晰，并且INTERBUS總線和PLC模塊都具有診斷功能，這些診斷信息有利于故障的快速定位與診斷。故障檢查思路自然比較清晰明了，基本可以遵循以下思路:首先檢查線路通訊是否正常，然后檢查相關(guān)的傳感器和執(zhí)行器是否正常，最后檢查PLC程序。
配件工作簡化。電柜的配件由原來的幾百種簡化為現(xiàn)在的7大類(PLC模塊、制動(dòng)電阻、編碼器、光耦、接觸器、濾波器、變壓器、空氣開關(guān)、繼電器、斷路器)，很多原先國內(nèi)不方便購買的專業(yè)卡板被取代，技改后的原配件在國內(nèi)都可以采購。
機(jī)器工作的可靠性提高。因?yàn)橄到y(tǒng)采用PLC為控制核心，因此它不存在磨損和消耗問題，執(zhí)行速度和靈敏度也得到了電氣級的保證。
系統(tǒng)的聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控和整個(gè)工廠聯(lián)網(wǎng)變得易于實(shí)施。PLC模塊可以方便的通過接口卡連入INTERNET網(wǎng)絡(luò)，為以后的數(shù)據(jù)交換提供了方便。