基于在特定條件下ZJ19B型烙鐵溫度控制的研究

摘 要：針對我廠ZJ19B型卷煙在生產過程中，由于溫度控制經過改造后，后身PLC脫線導致溫度不受控制;以及高、低速烙鐵在開機和停機時溫度波動大的分析和解決的辦法。

關鍵詞：PASSIM（帕希姆）;ZJ19B型卷煙機;西門子PLC;PROFIBUS DP總線;固態繼電器;四通道溫控器

1 引言

ZJ19B型卷煙機是我國許昌煙機廠引進英國Molins（莫林斯）公司生產的一種高速卷煙生產設備PASSIM，最早進口的PASSIM和國產一代ZJ19機的所有加熱器控制，都是用四通道溫控器來對各個溫度進行控制。現在我廠對其升級成ZJ19B，把原來的四通道溫度控制器全部取消，用PLC來進行控制，用工控機的顯示各個加熱器時實溫度，設定溫度和報警溫度。在二十世紀90年代，ZJ19B是全國最好的卷煙設備，也是全國生產銷售最好、最大的卷煙設備公司之一。

2 簡介：ZJ19B型卷煙機的烙鐵加熱器控制原理

ZJ19B型卷煙機的烙鐵加熱器由卷煙機中的高、低速烙鐵和接嘴機的水松鼓加熱、搓板加熱、膠前和膠后加熱器組成。對加熱器的溫度控制分別由卷煙機電控柜主PLC和料斗PLC控制完成。高、低速烙鐵、水松鼓加熱、搓板加熱和膠前加熱的工作電源是單相交流110V，膠后加熱器是80V。每一路加熱器由一個空氣開關作為加熱器回路的過載和短路保護，然后經過二個接觸器（1A1K10和1A1K11）到固態繼電器，加熱器的通斷是依靠固態繼電器來控制。加熱器的實際溫度主要是經過熱敏電阻（鉑熱電阻）接入料斗PLC的模擬輸入板，通過PLC程序換算成當前的實際溫度，并在工控機主畫面上顯示，所有溫度顯示值的單位為℃。而所有加熱器的設置溫度和報警極限值則在專門的溫度設置畫面中設置。當通電時，加熱器處于關斷狀態。與加熱器通/斷開關（9A4S6）一體的指示燈（9A4H6）經主PLC輸出口Q12.4點亮。加熱器通/斷（9A4S6）開關為瞬時按鈕開關。按下此按鈕時，信號經輸入口I1.1送給卷煙機PLC。只要不存在加熱故障，主PLC便輸出“烙鐵（加熱器）使能”信號。烙鐵和加熱器控制器然后激活加熱器固態繼電器。烙鐵和加熱器經相關的斷路器（1A1F9、1A1F10、1A1F16、1A1F4、1A1F15、1A1F17）和固態繼電器（1A1U1——1A1U6）獲得電源（110伏交流或80伏交流）。每個烙鐵和加熱器都有一個相應鉑熱電阻檢測器。該檢測器把測得加熱器的溫度送給料斗PLC的模擬輸入模塊，通過總線PROFIBUS-DP到主PLC，然后由主PLC換算成實際溫度值。如果實際溫度值高于預定的溫度高限或低限值將產生溫度過高或過低報警信號，從而產生加熱故障信號。本系統中，溫度的控制是通過主PLC程序中的加熱功能塊FB38來處理完成的。該功能塊不僅能判斷加熱器故障，還能判斷鉑熱電阻故障。如果PLC接收到溫度過低報警信號。卷煙機將不能起動。可是，如果機器已經在運行，該信號將不會使機器停止。不過，顯示屏上將閃動報警信號。如果煙條加熱器溫度過高報警信號送給PLC，卷煙機將不能起動。但如果機器已在運行，將激活“立即停機”指令。加熱器固態繼電器控制端將不再有使能信號，固態繼電器輸出端立即失電。加熱器電路將斷開，停止加熱。

3 存在的問題

1）我廠以前的加熱器溫度是由四通道溫控器進行控制各烙鐵加熱器，現在升級用西門子PLC S7 300來控制各溫度和烙鐵加熱器。而溫度的模擬輸入信號在料斗PLC從站中，控制的程序和輸出在主PLC和卷煙機PLC。在設備上電或在停機時，如果后身PLC未啟動;或在保養時，不小心把RUN按鈕轉換到STOP狀態下;或后身PLC從站與主站PLC的網絡總線PROFIBUS? DP未連接上或被中斷，導致后身PLC從站脫線。此時如果操作工在做其他工作時，沒有注意到后身PLC脫線這一故障，那么，加熱器的溫度檢測信號是在后身PLC上，就不能與主PLC進行PROFIBUS DP連接，無法刷新烙鐵加熱器當前的溫度，一直顯示最初的溫度，而主PLC的程序將會按照設定的溫度進行加熱控制，主PLC一直接收到的相同的溫度，由于總線沒有隨時刷新，所以就會一直加熱，卻一直達不到設定的溫度，而實際溫度卻達到很高的溫度。

2）當ZJ19B煙機在運行中，高、低速加熱器的溫度都能在設定范圍內波動，一旦停機之后，高、低速加熱體的溫度就會一下子飆升，可能超過設定溫度50度左右，如果溫度沒有降下來的情況下，在啟動設備，就會導致所生產的煙條出現黃斑，也有可能溫度太高，直接把煙條上的膠水烙干，產生爆口;當ZJ19B機啟動時，高、低速加熱器的溫度就會下降，有時下降到在設定溫度下40度，這時由于溫度太低，導致煙條上的膠水不能完全粘合，也會產生爆口。

4 分析產生的原因和解決的辦法

1）由于在升級改造過程中，只注意到后身PLC從站脫線（脫線包括幾種情況：（1）PROFIBUS-DPI沒有聯接好;（2）后身PLC處于停止狀態，撥碼開關在STOP位置;（3）撥碼開關雖在RUN位置，但沒有處于運行狀態。），不能啟動設備正常運行，必須要處理好之后，才能使整個機組正常運行。而ZJ19B中的各加熱器的測溫熱敏電阻（Pt100）是接在后身PLC上的模擬輸入板AI8x12Bit上，而對溫度的計算、分析、控制卻在主站PLC中，輸出程序在卷煙機PLC輸出板DO16xDC24V/0.5A的QB20，雖然后身PLC脫線了，測溫模擬輸入信號不能立即刷新并傳入到主PLC，一旦加熱器按鈕被按下，主PLC仍然要對其計算、分析、控制和輸出程序。一旦有后身PLC從站脫線后，就會使各加熱器處于非控制狀態。根據這個原因，我們就把后身PLC脫線這一信息加在主PLC程序控制中，加熱器的輸出信號就得到了控制，同時對加熱信號進行復位。具體的信息是M116.2（后身PLC脫線）對M21.1（加熱器啟動）復位，同時，將M116.2的常閉觸點串聯在M21.1的置位線路中。

2）在ZB19B機組中，一直都存在高、低速烙鐵溫度在開機和停機的時候，溫度波動特別大，當設備正常運行的時候，溫度控制又能正常使用。對這高、低速烙鐵的溫度控制想了不少的辦法，從烙鐵的功率、烙鐵體的傳熱、絕熱角度著手考慮，效果仍然不理想。經過多次的開機和停機時加熱狀態觀察，在開機運行的時候，煙條和封口膠在高、低速烙鐵上會帶走很大部分的熱量，溫度自然會極速下降，即使在此時，全速加熱，溫度也會下降，而此時加熱使能信號卻還是斷續加熱，自然會使溫度下降的幅度很大;在停機時，溫度顯示一直往上漲，此時還是有加熱使能信號，說明還在斷續加熱，本來這個時候由于剛停機，所帶走的熱量忽然一下子減少，溫度本來就會往上漲，再加上還有加熱使能，此時溫度向上漲的值肯定會更高。烙鐵加熱器溫度的控制主要還是用PID算法，當烙鐵加熱器在某個狀態下，加熱與散熱達成了平衡狀態，忽然打破平衡之后，肯定會有很大的波動。針對這二種情況，在開機運行的時候，讓高、低速烙鐵全速狀態加熱，來補充此時所帶走的熱量，來減少溫度的波動;在停機時，忽然停止所帶走的熱量，溫度升高，使其不再給它加熱的電能，來抑制溫度的上升。于是把卷煙機PLC中OB1的程序中進行了部分的增加。經過多次調試，延時時間在10-20S為最佳。

5 結束語

由于ZJ19型機組在我廠卷制生產中占有絕對的主導地位，針對各個細節都要作出更好、更優的解決方法;經過這次對ZJ19型高低速烙鐵溫度波動大的優化，起到了非常明顯的效果。煙草行業競爭越演越烈，質量要求也越來越高，在不斷追求產品質量的同時，也將對設備更加符合煙草生產創造更加有力的條件。

參考文獻

[1]李新光主編? PASSIM卷煙機組技術手冊? 許昌煙機廠;

[2]賈志強主編? ZJ19A卷接機組安裝調試電氣技術培訓教材;

[3]彭峋主編? ZJ19B卷接機組安裝調試電氣技術培訓教材;

[4]陳炳基主編? YJ19-YJ29卷接機組? 北京出版社。

[5]上海實甲電子科技有限公司

作者簡介

方玉波，工程師、高級技師，1997年畢業于成都電子機械高等專科學校，機械設備及自動化專業。1997年進入涪陵卷煙廠卷接包車間從事卷接、包裝設備的電氣維修及技術改造工作，一直至今。