條煙輸送系統故障診斷和遠程控制功能的設計

張偉峰

摘要：卷煙企業現有條煙輸送系統存在無法顯示故障的具體位置、不具備遠程控制功能的缺陷。通過在條煙收集機處增設一臺西門子MP377觸摸屏，利用工業以太網使其與S7-300 PLC通訊，能夠準確地顯示條煙輸送系統故障的具體位置，可方便快捷地處理故障；同時能夠對條煙輸送系統進行遠程控制，提高了條煙輸送系統的運行效果。

關鍵詞：條煙輸送 故障診斷 遠程控制 S7-300PLC MP377觸摸屏

中圖分類號：TP3 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2014）12-0155-02

條煙輸送系統廣泛應用于卷接包車間，通過高架傳送條煙，集中自動裝箱，減輕了員工的勞動強度，減少了人工周轉環節，使工作現場更加整潔美觀。但該系統存在無法顯示條煙輸送系統故障的具體位置、不具備遠程控制功能的缺陷，影響了條煙輸送系統的運行效果。

1 工作原理及存在問題

1.1 工作原理

一般情況下，卷接包車間的條煙輸送系統由多條條煙輸送線組成，每條條煙輸送線包括相應的條煙提升機、高架傳送鏈帶及條煙收集機等設備。從包裝機出來的條煙經條煙提升機輸送到高架傳送鏈帶，再輸送到條煙收集機，最后由裝封箱機自動裝箱。電控系統采用西門子S7-300 PLC為主站[1]，提升機、收集機等設備采用西門子S7-200 PLC為下游機；主站通過Profibus-DP[2]網絡實現與變頻器、提升機、收集機等設備的通訊，用來控制條煙的提升、高架輸送、滑道轉向、煙條收集排列等，最終使條煙進入裝封箱機。上位機通過CP343-1工業以太網模塊連接至S7-300 PLC，采集產量、設備狀態、生產效率等實時數據。在條煙輸送線的條煙的提升、高架輸送、滑道轉向、煙條收集等關鍵部位，安裝光電、位置、接近檢測開關，檢測煙條未到位、擠煙、鏈條斷裂等故障，各種檢測信號傳遞至PLC處理判斷，當出現故障時PLC驅動聲光報警器開始報警。

1.2 存在問題

1.2.1 無法顯示故障的具體位置

當高架傳送鏈帶出現故障時，采用聲光報警方式予以提醒，但不能顯示故障的具體位置。高架傳送鏈帶較長且在高空中層疊安裝，查找故障的具體位置需要花費較長的時間，且比較危險。當輸送線出現故障時，需要人工拾取條煙、裝箱，還需人工將煙箱運到倉庫，手工粘貼標示條碼，不但增加了員工的工作負擔，而且造成了工作現場的混亂。

1.2.2 不具備遠程控制功能

一般情況下，條煙輸送系統的電氣柜距離裝封箱機較遠，當出現擠煙或鏈帶斷裂等故障時，操作工只有跑到電氣柜處，才能按下急停開關，致使擠壞條煙的數量成倍增長或鏈帶成批損壞；當故障排除后，操作工必須到電氣柜處，才能啟動條煙輸送線。不具備遠程控制功能，擴大了故障帶來的損失，設備操控十分不便。

2 改進措施

在處于中間位置的條煙收集機電氣柜的上方安裝一塊西門子MP377觸摸屏，通過軟件編程和修改PLC程序，增加顯示故障具體位置和遠程控制的功能。當出現故障時，在觸摸屏上顯示出該故障點的具體位置，并加文字說明，為快速排除故障提供指導和依據。通過觸摸屏，可方便快捷地啟停條煙輸送系統，在降低故障造成損失的同時，便利條煙輸送系統的操作。

2.1 網絡拓撲結構和設備選型

條煙輸送系統一般采用較為復雜的網絡控制方式，網絡拓撲結構如圖1所示。該系統使用Profibus-DP和Industrial Ethernet網絡通訊協議。在條煙收集機電器柜上方安裝一臺西門子MP 377觸摸屏可解決設備故障顯示和實現遠程控制功能。西門子MP 377觸摸屏運行穩定、通用性強，該屏有MPI、Profibus、ProfiNet多種通訊連接方式[2]；采用ProfiNet接口，使用工業以太網，其通訊速率快，成本低廉，穩定性高，抗干擾能力強。

2.2 故障檢測的方式

S7-300PLC利用 Profibus-DP網絡收集各個電機、變頻器、各種檢測器、編碼器、行程開關等的狀態、位置和信號， 通過軟件編程處理使用工業以太網絡送至MP377 人機界面觸摸屏。觸摸屏通過軟件組態，即時顯示各個設備的當前狀態和信息。（如圖2）

2.3 遠程控制的方式

在MP377觸摸屏上組態啟動、停止“軟按鈕”，當按下需要的按鈕后觸發對應的變量，通過工業以太網將信號傳遞至S7-300PLC，編寫控制程序[3]，遠程控制相應的輸送線啟停，無需再到電器控制柜旁操作。（如圖3）

2.4 編程與組態

統計生產中常見的故障信息，編寫故障信息列表，對S7-300 PLC程序進行修改，設計故障診斷和遠程控制PLC程序，使其為西門子MP377觸摸屏提供軟件支持；編寫觸摸屏程序，設置離散報警，實時彈出故障畫面。最后對S7-300重新進行組態，添加西門子MP377觸摸屏，并把網絡組態和硬件組態一起下載至電控系統的S7-300 PLC中。

軟硬件安裝完畢后對所有故障點進行模擬測試，當出現故障后在觸摸屏主界面的下方彈出具體的故障信息同時可點擊觸摸屏，詳細查看故障信息。當條煙輸送線運行中突然出現故障時（如傳送鏈帶斷裂），點擊觸摸屏上的遠程控制按鈕，彈出遠程控制畫面，可馬上遠程停止傳送鏈帶的運行，避免故障損失的擴大。故障排除后通過西門子MP377觸摸屏，就可遠程啟動條煙輸送線，操作方便快捷。

2.5 故障排除流程對比

改造前裝封箱機操作工看到條輸送報警燈閃亮后，開始分頭查找故障點，找到故障點后處理故障，排除故障后再行走13-27米到條輸送電器柜處啟動輸送線，然后回到裝封箱機處。

安裝MP377人機界面觸摸屏后，裝封箱機操作工看到條輸送報警燈閃亮后，直接在人機界面上看到故障點的具體位置和排除故障的方法，排除故障后無需到電器柜處按下啟動按鈕，直接在觸摸屏上即可啟動輸送線。

3 應用效果

該項改進，成本約為1.38萬元，全年共減少停機時間約100小時左右，直接經濟效益35萬元。通過增加西門子觸摸屏，編寫和修訂PLC程序和MP377程序，成功實現了對條煙輸送系統的故障診斷功能，故障顯示信息比原來大大豐富，實時彈出故障畫面，成為機電修理工維修設備的得力助手，為快速排除故障提供指導和依據。增加的遠程控制功能，降低了故障造成的損失，減輕了員工的勞動強度，提高了條煙輸送系統的運行效果。

參考文獻

[1]廖常初.S7-300/400應用教程[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]王永華.現場總線技術及應用教程[M].北京：機械工業出版社，2007.

[3]崔堅.西門子S7可編程序控制器：STEP7編程指南[M].北京：機械工業出版社，2007.

[4]SIMATIC HMI.設備MP 377使用說明書.2008.endprint