卷烟机应用PLC电气控制系统的优势及模块设计探索

卷烟机应用PLC电气控制系统的优势及模块设计探索

杨浩,李豪,董利利

河南中烟工业有限责任公司洛阳卷烟厂 河南洛阳 471000

摘要：在卷烟设备发展过程中，目前国内卷烟设备主要由电气、机器和光学组成；在许多工业领域，如流体工业，其结构复杂，各个体系之间的联系更多，需要更高的设备协调能力，随着生产的不断发展，自动化、高速化、集成化的趋势越来越明显，PLC的电力控制在卷烟生产中的运用，对保证卷烟生产的质量起到了很大的促进作用。

关键词：卷烟机；PLC电气系统﹔控制系统

引言

国内卷烟机是目前比较特殊的一种设备，其制造技术主要是滤嘴成型，卷绕，包装；配置设备，如：电气、机械、灯光；在各种专业领域，如液体，需要较高的综合协调能力。随着卷取、包装的不断加快，对卷烟产品的要求越来越高，对卷烟设备的需求量也越来越大。PLC的电力控制作为一种新的工业控制手段，广泛应用于多种控制领域，故将PLC作为电气控制系统，并应用于现场总线技术；对提高卷烟设备的自动化和生产效率具有重大意义。

一、PLC电气控制系统简介及其工作流程

（一）PLC电气控制系统

PLC以单片机为中心，将电气控制技术、自动化技术相结合；通信技术等，是一种用于控制工业的新设备。PLC具有良好的抗干扰性和适应性，在各类机械制造中得到了应用。PLC的电力系统包括硬件和软件两大系统。

（二）PLC电气控制系统工作流程

PLC的电力控制系统，在接通电源后，就会在系统的监控下，对系统的工作进行循环的扫描，依次进行查询、判断和执行。每个周期的扫描处理称为扫描时段，每个扫描周期约为1-100ms。周期扫描的流程可以分成三个部分。

第一步，所谓的输入过程，就是将输入的数据依次扫描，然后把输入的数据输入到图像寄存器中，然后再进行下一步的处理。当取样完成后，已输入图像寄存器的资讯与外部环境隔绝，不再有任何变化，再次进入下一次扫描循环；只能重新读取输入的信息。

第二步，在程序处理过程中，PLC电子控制系统按从上到下、从左到右依次对信息进行扫描。在对梯形图进行扫描时，首先要对梯形图左侧的由多个接触构成的控制线进行扫描，并根据程序进行数据计算，将相应的逻辑线圈状态更新到内部存储区；然后把操作的结果存入输出镜像寄存器。

第三步，输出阶段是在所有的程序都已完成后，由变换组件将输出镜像寄存器的状态转化为实际控制过程所需要的电压和电流，从而使该输出端可以将控制信号输出到外部，并利用该电路来驱动对应的外部装置，从而可以有效地驱动被控制的装置。

二、卷烟机应用PLC电气控制系统的优势

PLC的组成与传统的控制系统所选用的配置有所不同。在传统的系统中，继电器和接触器的数目更多；而PLC的构成则以“软继电器”为主。传统的控制方式中，机械接触多，导致了系统的可靠性降低。而PLC无机械触点，是目前较为先进的逻辑控制技术，其可靠性高，机械性能优良；由于其工作损失小，使用寿命长，触电性能无限，与传统的接触电流相比，具有极大的优越性。

PLC系统采用的控制方式与传统的继电器－触点控制系统是两种控制方式，前者是通过控制原件的硬件连接，而PLC系统则是通过更高级的软件来控制电路。二者在操作原则上存在较大差异，而PLC则是较先进的。

传统的继电器－触点控制方式，在工作条件下，继电器受到限制，但采用PLC技术后，它的“软继电器”是周期性的循环扫描接通，“软继电器”就不会受到很大的限制。因此，选择电力牵引和PLC相结合的教学方式，有助于学员了解PLC控制系统的先进；它在牵引动力方面起到了积极的作用。在教育方面，二者的融合应该是循序渐进的。在电力牵引教学中应用PLC技术，提升教学能力。

（一）具备友好的操作界面，方便操作

PLC通常采用简单易懂的梯形图语言和用于工业控制的简单指令编程，便于工程技术人员使用。梯形图的图示和表示方式与继电器电路图十分相近，仅需PLC的几个开关量控制指令即可方便地实现。在PLC的电子控制系统中，它的操作界面是完全中文的，使操作人员可以很容易地了解设备的状态，可以对工艺参数做一些简单的操作调整，还可以查询原料的消耗情况和产量，便于对生产数据的查询和调度，并以图表形式显示故障和报警。

（二）机器出现故障率低，发生故障时维修方便

尽管PLC的种类繁多，但其产品系列化、模块化、软件包齐全，用户能够根据需要，对各种方案和需求进行调整。除了具有逻辑处理功能以外，PLC大多具有较强的数据计算性能，可以用于各种类型的控制。近年来，PLC的主要功能元件的大量涌现，使其在各种行业中的广泛使用，如方位控制、温度控制、CNC等。随着PLC技术的发展，采用PLC实现各种不同的控制方式，PLC的电力控制具有防震、防尘、抗干扰等特点，其运行的稳定性能明显提高，其运行寿命基本达到100,000个小时以上。在系统出现问题时，PLC功率控制器能直观地反映出故障的具体部位和原因，从而大大地提升了设备的维修工作的效果。

（三）具备良好的数据采集和传输功能

当前所有的卷烟企业都使用了现场总线，所以PLC的电力控制系统可以完全地符合企业的自动控制和信息的整合，从而使得通信网络、连机控制、在线设备的状况监控等功能得以实现，能够将在现场设备的运行、生产所产生的数据进行采集、存储和统计等，确保了卷烟机械在工地上的质量和质量。

（四）具备充足的机器备件

PLC的电气控制系统所采用的软件均为国际通用，能让广大技术人员了解和掌握，同时也能在国内购置各类设备配件。

三、卷烟机中PLC电气控制系统的工作过程

（一）对数据进行采集和输入

在PLC电子控制系统的软件程式的作用下，经过预先编好的命令来完成，然后对所进入的地区进行扫描和收集，然后根据所属地区的工作状况进行分析和判定。

（二）程序对特定功能控制处理

程序的命令是由使用者的控制系统预先设定的，然后按照事先设定的规则，全面地检查整个系统的工作，并结合实际的工作状况和命令的需要，进行逻辑的计算和实时的分析。

（三）对过程进行控制响应

将分析和逻辑计算的结果汇总到系统的主控计算机上，然后通过主计算机对各个输出点进行响应，从而控制相关设备的运行。因为每次作业都是周期，所以在制作期间，就必须重复上述的操作，从头再来一次。

四、卷烟机中PLC电气控制系统的模块设计

（一）主电机的启停控制系统

在主电动机启动前，主电动机应在启动前启动，以确保主电动机的轻负荷启动。当所有的控制条件和探头都达到后，只需按动起动按钮，即可使主电动机起动，将烙铁放入；产生了一个烟丝工作的信号，当机器出现故障并发出信号时，应立即断电并采取机械刹车。

（二）变频调速的控制系统

在卷烟机中具备了1/6全速的共有点动速度、1/3全速的低速和全速三种运行的速度，PLC控制装置控制目前工作状况所生成的相应的输出信号，调节交流变频器的速度，以使得设备运转速度达到适当的条件。

（三）烟丝料斗的控制系统

当主电动机开始工作的时候，料斗的马达就会自动工作，通过PLC控制烟丝输送到卷烟机，PLC控制烟丝的高度和扬丝的速度，从而保证烟丝的输送均匀。

（四）交流连锁的控制系统

当设备运行的时候，为了保证工作人员和设备的正常运行，如果防护门开启，则会导致机械地驱动不正常，当液压不足，或电动机发生热感应短路等问题；一旦切断了，那么这一台机械就会停下来，只有将这一台设备给解决了，这台设备就可以再次运转了。

（五）其他电机的控制系统

当主电机运转良好之后，PLC的电力控制将会对油冷电机、风机电机、液压马达等进行；油泵马达，料斗马达，烟梗马达；粉尘马达及振荡马达，可进行操作。在直流链的控制中，任何一台电动机的故障都会导致直流链路的切断，从而导致整台设备的故障。当主马达停转时，PLC的电力控制器将会对其进行操纵，从而使其停用。

结论

总之，近几年，为适应社会和顾客对卷烟质量的需求，烟草公司和卷烟公司都对卷烟的各项指标提出了更高的要求；香烟净质量是香烟产品质量中的一个重要环节，正日益引起烟草工业和卷烟生产厂家的关注。为确保卷烟品质、减少卷烟故障、减少卷烟不良率、持续改善工作效率和可靠性，将PLC电气控制系统用于卷烟生产中有着十分重要的意义。

参考文献

[1]张海林.MK9-5卷烟机PLC电气控制系统设计[J].国内外机电一体化技术，2019.

[2]胡林桂.浅析电气控制系统在机组上的应用[J].沿海企业与科技，2019.

[3]张军，李楠.浅谈电气控制系统（ECS）的应用和发展[J].自动化博览，2018.