基于時間—儲量軸的煙支質量監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)

沈 濤，史俊杰，楊 錳，李朝兵，陳鐵昆

（1.紅云紅河煙草（集團）紅河卷煙廠，云南紅河 652399；2.昆明鼎承科技有限公司，云南昆明 650400）

0 引言

目前，隨著工業(yè)信息化、自動化的不斷加速，煙草行業(yè)對生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)的產(chǎn)品質量、物耗和工序的監(jiān)控要求也不斷提升，紅河卷煙廠力求進一步挖掘和提升產(chǎn)品生產(chǎn)的效率、完善產(chǎn)品質量控制、降低物耗，并不斷優(yōu)化生產(chǎn)流程操作。現(xiàn)有的YF17 煙支存儲器，煙支存儲具有先進后出的特點，最先進入煙支存儲器的煙支儲存時間最長。在生產(chǎn)過程中如果煙支存儲器內(nèi)煙支長期暴露在空氣中，會造成煙支水分和香料的揮發(fā)，降低煙支品質和口感，產(chǎn)生質量不合格煙支，存在一定的質量控制隱患。許昌煙草機械有限公司生產(chǎn)的YF17 作為主流的煙支存儲器，在卷煙機和包裝機間完成煙支的存儲連接，但在煙支存儲的工藝質量控制方面還存在隱患和不足，對此紅河卷煙廠對YF17 煙支存儲器進行研究和完善，開發(fā)出一套基于時間—儲量軸的YF17煙支存儲器煙支質量監(jiān)控系統(tǒng)[1-3]。

1 煙支質量監(jiān)控系統(tǒng)特點和功能

（1）設計采用原機控制系統(tǒng)上位觸摸屏為顯示端，使用原設備PLC 編程軟件結合編碼器輸入值，增加獨立的計算功能模塊，將儲量數(shù)據(jù)虛擬軸和PLC 系統(tǒng)時間軸相結合，完成存儲器每層時間數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)控，并實時顯示每層煙支開始存儲時間和累計存儲時間。

（2）通過上位機設置最大存儲時間報警功能，當最先存儲層存儲時間到達最大存儲時間時，發(fā)出報警信息，控制卷煙機停機直至存儲器排空，有效杜絕因煙支存儲時間過長而導致的質量問題。

（3）通過自動切換顯示煙支存儲層的生產(chǎn)班次及存儲時間信息的動態(tài)顯示，為機組設備操控和質量追溯提供時間依據(jù)，實現(xiàn)YF17 煙支存儲器的質量監(jiān)控。

2 方案簡介

紅河卷煙廠YF17 煙支存儲器采用西門子S7-1500 PLC 的電氣控制系統(tǒng)，配備西門子TP1500 觸摸屏人機界面、LENZE8400 伺服驅動系統(tǒng)和編碼器進行控制，其中煙支存儲器的存儲量通過P+F Absolute Encoder 絕對值編碼器進行檢測，再通過以太網(wǎng)通信將編碼器的測量信號實時傳送到PLC，通過PLC 的程序處理進行轉換，產(chǎn)生儲煙桶的儲量的實時數(shù)據(jù)，YF17 電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲如圖1 所示。西門子S7-1500 PLC具備較強的系統(tǒng)時鐘功能，并自帶IEC 時間處理功能塊。以此為基礎，將儲煙桶儲量的實時數(shù)據(jù)定義為數(shù)據(jù)Y 軸，而將PLC的時鐘數(shù)據(jù)定義為數(shù)據(jù)X 軸，則可以產(chǎn)生完整的跟隨時間變化的煙支存儲量變化曲線，為YF17 煙支存儲器的運行狀態(tài)分析和工藝質量控制功能奠定基礎。

圖1 YF17 電氣控制系統(tǒng)網(wǎng)絡拓撲

西門子TP1500 觸摸屏人機界面通過WINCC 上位編輯軟件，可以編制內(nèi)容豐富、功能強大的操作、監(jiān)控顯示界面。利用煙支存儲量變化曲線的數(shù)據(jù)庫，在TP1500 觸摸屏人機界面上開發(fā)出專用的煙層存儲時間監(jiān)控界面，實現(xiàn)對煙支存儲量的分班次、各煙層的時間信息動態(tài)顯示，設置煙層時間參數(shù)設置功能，優(yōu)化信息窗口。通過YF17 煙支存儲器煙支質量監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)對YF17 煙支存儲器的工藝質量控制，有助于提升設備運行效率、優(yōu)化生產(chǎn)流程操作、完善產(chǎn)品質量控制[4-6]。

3 煙支質量監(jiān)控系統(tǒng)工作原理

讀取西門子S7-1500 PLC 程序中編碼器實時料位功能塊數(shù)據(jù)，定義儲量的實時數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)Y 軸，結合存儲器的結構特點，將YF17 存儲器儲存量近似分成20 層，每層料位對應儲煙量等于5%，當料位達到對應本層料位值時觸發(fā)PLC，讀取當前系統(tǒng)時鐘進行存儲，并根據(jù)不同煙廠設置的不同班次的起始時間和結束時間，將提取每層觸發(fā)存儲的時間和當前時間進行比較，從而得出每層煙支所屬班次，再使用實時時鐘數(shù)據(jù)X 軸和每一層的開始存儲時鐘進行計算，得到每一層的累計存儲時間，信息取得后通過上位機將信息準確地與儲量進行對應。

4 煙支質量監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

4.1 實時控制系統(tǒng)的PLC 程序設計

當煙支達到5%整數(shù)倍時，PLC 通過FC 功能塊讀取當前的系統(tǒng)時鐘，并根據(jù)不同煙廠不同班次起始設置時間進行比較，得出每層煙支所屬班次，再用實時時鐘和每一層的開始存儲時鐘進行計算，得到每一層的累計存儲時間，通過上位機顯示屏根據(jù)當前料位儲量動態(tài)的顯示煙支存儲信息。要在西門子PLC 控制系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)時鐘的接受和發(fā)送，對西門子觸摸屏和西門子PLC之間的通信要求相當高。由于第三方觸摸屏生產(chǎn)廠家定義時間變量格式和西門子PLC 不一定能一致，若在觸摸屏上設置校正PLC 的系統(tǒng)時鐘，或把PLC 時鐘格式的時間發(fā)送給觸摸屏顯示，想要實現(xiàn)實時時鐘通信擁有相同數(shù)據(jù)類型是基本條件。上位機顯示屏根據(jù)料位當前儲量動態(tài)的顯示煙支存儲信息。PLC 控制系統(tǒng)工作原理如圖2 所示。

圖2 PLC 控制系統(tǒng)工作原理

4.2 煙支質量監(jiān)控系統(tǒng)的畫面設計

首先進行畫面布局設計，通過多個方案的比對最終確定方案如下：使用上位機開發(fā)軟件的繪圖工具畫出存儲器輪廓近似的圖案，將存儲器畫成20 層并且跟隨編碼器的值實時用黃色來填充顯示當前存儲量，左側加入儲量柱狀圖，右側加入每層料位所對應的存儲時間、累計存儲時間和所屬班次。然后將PLC 所記錄的信息準確和儲量值一一對應上，并且根據(jù)存儲器的進出料進行動態(tài)顯示。

圖3 是靜態(tài)畫面，不方便直觀展現(xiàn)出它的設計特點和優(yōu)點。由于存儲器在存儲料的時候是先進后出，并且煙層顯示位置是跟隨存量實時變化的，當再進入一層料時，剛開始存儲的第一層料的位置已經(jīng)變?yōu)榈诙樱?%的儲量變到10%，其他層料位以此類推，出料的時候相反。

通過畫面設置最大存儲時間和存儲器內(nèi)記錄每一層累計存儲時間進行比較，當儲存時間大于設定最大時間時通過上位機以報警的形式通過操作人員參與確定排空存儲器內(nèi)煙支。動態(tài)存儲監(jiān)控畫面如圖3 所示。

圖3 YF17 存儲器動態(tài)存儲監(jiān)控系統(tǒng)

4.3 柔性控制系統(tǒng)的畫面設計

首先進行畫面布局設計，通過多個方案的比對最終確定方案如下：使用上位機開發(fā)軟件調出趨勢圖控件，以煙支存儲量變化曲線坐標圖為核心基礎，編制包裝機和卷煙機間煙支儲量的變化實時趨勢圖，內(nèi)容主要包括有卷煙機自適應曲線（卷煙機自適應啟動）和自適應解除值曲線（卷煙機自適應啟動滯后），包裝機自適應曲線（包裝機自適應啟動）和自適應解除值曲線（包裝機自適應啟動滯后）。

通過設置按鈕選擇性的啟動卷煙機或者包裝機自適應來觸發(fā)自適應控制，左側可以設置包裝機自適應存儲量啟動百分比和滯后百分比，存儲器存量百分比當達到自適應啟動之時啟動包裝機自適應，當小于自適應啟動百分比減去滯后值停止自適應啟動。

右側可以設置卷煙機自適應存儲量啟動百分比和滯后百分比，存儲器存量百分比當達到自適應啟動之時啟動卷煙機自適應，當小于自適應啟動百分比減去滯后值停止自適應啟動。

畫面設計布局的最下方為每個班次的自適應次數(shù)和自適應時間，分別記錄每一個班次卷煙機和包裝機的自適應啟動次數(shù)和累計啟動時間，通過顯示可以直觀得知設備的運行情況，每個班次都可以查詢到上一個或者上兩個班次的自適應情況。柔性控制系統(tǒng)如圖4 所示。

圖4 YF17 存儲器自適應柔性控制系統(tǒng)

5 結束語

紅河卷煙廠YF17 煙支存儲質量監(jiān)控系統(tǒng)的創(chuàng)新性在于不增加硬件成本的情況下進行軟件設計來達到生產(chǎn)需求，安裝以來，系統(tǒng)運行穩(wěn)定準確度高，達到煙廠的生產(chǎn)質量要求。節(jié)能降耗是企業(yè)的生存之本，樹立“點點滴滴降成本，分分秒秒增效率”的節(jié)能意識，以最好的管理來實現(xiàn)效益最大化，增加自動化監(jiān)控，減少由于操作人員檢測疏忽帶來的生產(chǎn)物料的浪費，使企業(yè)在行業(yè)的競爭中處于不敗之地。