靴壓毛毯自動噴水裝置電控系統的開發

劉建華，龔高成*，吳詩杰，楊 偉，代鋮斐

（1.湖北中煙工業有限責任公司,湖北 武漢；2.湖北新業煙草薄片開發有限公司，湖北 武漢；3.重組煙葉應用技術研究湖北省重點實驗室，湖北 武漢）

引言

某再造煙葉公司的造紙法煙草薄片新生產線在行業內首次使用靴式壓榨，靴式壓榨具有降低能耗和增強脫水效果的優點。生產線停機期間需要對靴式壓榨部位的毛毯進行噴水潤濕。如果長時間沒有對靴壓毛毯進行噴水潤濕，會造成毛毯起皺從而影響開機走紙，并且會縮短毛毯的使用壽命[1]。

為提升員工“獲得感，幸福感，安全感”，車間取消深夜班。中班和下個早班之間設備處于停機狀態，若安排操作人員對靴壓毛毯進行噴水潤濕則操作人員需要額外加班，而且人工噴水潤濕存在安全隱患。因此我們設計、研制了一套靴壓毛毯自動噴水裝置，成功投入使用后取得了良好的效果。

1 實施過程

1.1 靴壓毛毯噴水裝置的實施方案

本項目采用西門子PLC 控制器實現靴壓毛毯噴水裝置的手動和自動噴水功能，程序全部自主開發。本項目的具體實施方案如下。

根據實際情況，在靴壓部位安裝5 條自動噴水管道，5 條管道的位置如圖1 所示，每條管道上有4 個噴頭，可對靴壓的上下2 床毛毯進行自動噴水潤濕。其中1 號、2 號和3 號管道用于上毛毯潤濕，用1 號電磁閥控制；4 號和5 號用于下毛毯潤濕，用2 號電磁閥控制，電磁閥的電壓為24 V。有一個總進水閥控制5 條管道的進水，紙機運行時總進水閥關閉，紙機停止并需要對毛毯潤濕時可將總進水閥打開。

圖1 靴壓毛毯噴水管道位置

1.2 電控系統概述

本項目采用西門子S7-200 的PLC 控制器、觸摸屏、開關電源、空氣開關、端子排、導線、電柜等電氣設備及材料制作自動噴水裝置的電控系統。S7-200 的PLC 控制器具有結構緊湊、價格低廉、指令功能強大和功能模塊豐富的優點，非常適合于此項目。PLC 控制器與觸摸屏之間采用的是RS485 通信，RS485 通信工業應用成熟，具有較高的通信速率和較強的抑制共模干擾能力。此電控系統將PLC 工業控制中的數字邏輯、人機界面、通信技術以及控制技術融合在一起，具有較高的技術水平。

1.3 PLC 的外部接線圖

在PLC 編程中，外部接線圖是其中的重要組成部分之一。由于CPU 模塊、輸出類型和外部電源供電方式的不同，PLC 外部接線圖也不盡相同。本項目采用的S7-200 的PLC 控制器的型號為CPU226 DC/DC/DC，它有24 個輸入點數，16 個輸出點數，輸入輸出均為直流24 V，輸入端I0.0～I1.4 共用1 M，I1.5～I2.7 共用2 M，輸出端Q0.0～Q0.7 共用1 M、1 L+，Q1.0～Q1.7 共用2 M、2 L+[2]。

PLC 外部接線如圖2 所示。其中Q0.0 和Q0.1 接的是兩個中間繼電器，1 號電磁閥接在Q0.0 中間繼電器KA1 的常開觸點上，2 號電磁閥接在Q0.1 中間繼電器KA2 的常開觸點上。

圖2 PLC 外部接線

1.4 PLC 編程

PLC 編程設備的功能是編制程序、修改程序、測試程序，并將測試合格的程序下載到PLC 系統中。為了降低編程設備的成本，目前廣泛采用個人計算機作為編程設備，但需配置西門子提供的專用編程軟件。S7-200 PLC 的編程軟件是STEP-Micro/WIN，該軟件系統在Windows 平臺上運行。該軟件支持語句表、梯形圖、功能塊圖這三種編程語言[3]。

針對PLC 控制器使用西門子STEP 7-Micro/WIN軟件編寫的梯形圖程序如圖3- 圖6 所示。

圖3 編寫初始化程序和手自動切換的程序

圖4 編寫自動啟動及停止和噴水時間設置的程序

圖5 編寫1 號毛毯（上毛毯）噴水裝置自動和手動開啟及關閉的程序

圖6 編寫2 號毛毯（下毛毯）噴水裝置自動和手動開啟及關閉的程序

1.5 觸摸屏畫面組態

觸摸屏是電氣控制系統的控制屏。針對觸摸屏使用西門子WinCC_flexible_2008 SP2 組態軟件制作的操作畫面如圖7 所示。

圖7 用組態軟件制作的觸摸屏操作畫面

圖7 畫面上的按鈕與梯形圖中的指令的對應關系如表1 所示，狀態顯示與梯形圖中的指令的對應關系如表2 所示。

表1 操作畫面上的按鈕與梯形圖中的指令的對應關系

表2 狀態顯示與梯形圖中的指令的對應關系

操作說明：

（1） 當點擊“手自動切換”按鈕時，“自動”和“手動”狀態顯示可來回切換。

（2） 在自動運行狀態下，設置噴淋時間的分鐘數，然后點擊“啟動”按鈕，“1 號”“2 號”和“運行”狀態顯示燈亮起，噴水裝置的電磁閥得電從而使噴頭開始噴水。當設置的噴淋時間到，停止噴水，然后間隔100 min 后再次噴水，如此循環。

（3） 在手動運行狀態下，點擊“1 號啟動”則“1號”狀態指示燈亮起且1 號毛毯噴水裝置的電磁閥得電從而使噴頭開始噴水，點擊“1 號停止”則“1 號”狀態指示燈熄滅且1 號噴水裝置停止噴水；點擊“2 號啟動”則“2 號”狀態指示燈亮起且2 號毛毯噴水裝置的電磁閥得電從而使噴頭開始噴水，點擊“2 號停止”則“2 號”狀態指示燈熄滅且2 號噴水裝置停止噴水。

2 使用效果評估

2.1 應用效果圖

該噴水裝置在設計、研制成功之后投入了使用，并取得了良好的使用效果。

圖8、圖9 和圖10 是此自動噴水裝置安裝并應用后的效果。

圖8 電氣接線實物

圖9 觸摸屏操作畫面

圖10 自動噴水裝置開啟的場景

2.2 效果評估

（1） 此自動噴水裝置的電控系統使用了從舊設備上拆下來的舊PLC 控制器和舊觸摸屏。此次電控系統的研制充分利用了閑置的舊設備而沒有使用新設備，大大降低了研制成本。

（2） 此自動噴水裝置操作方便，只需要在觸摸屏畫面上操作即可，在自動模式下可以實現中班之后到下個早班之前這段時間自動循環噴水，大大降低人員的勞動強度，消除人工潤濕的安全隱患。

（3） 此自動噴水裝置使用效果良好，避免毛毯起皺從而影響開機走紙，并且可以延長毛毯的使用壽命，可以實現降本增效。

（4） 此自動噴水裝置可做成獨立系統，與紙機條線控制分開，且具有互鎖功能，也可參與條線聯動控制。

（5） 此自動噴水裝置具有較好的經濟效益。經濟效益計算如下。

此裝置安裝后，每天中班停機之后下班之前將自動噴水裝置開啟，在觸摸屏上設置噴淋時間即可實現自動循環噴水，不需要人為的其他操作，每天上早班開機之前將自動噴水裝置關閉，這樣可減少2 名潤濕毛毯的操作人員，用工費用約每人每小時36 元，此裝置于2022 年8 月底正式投入使用，從8 月底到年底使用的總天數約為125 天，平均每天潤濕毛毯的時間約為8 h，則每年可節約人力成本約為36×2×125×8=72 000 元。

此裝置的投入成本明細如表3 所示。

表3 投入成本明細

綜上所述，2022 年產生的經濟效益約為56 100元。此裝置未來將持續投入使用，從而不斷產生經濟效益。

結束語

本項目對靴壓毛毯自動噴水裝置的研究及其電控系統進行探索，利用西門子S7-200 的PLC 開發出一套靴壓毛毯自動噴水裝置的電控系統，使用情況良好，具有降低操作人員勞動強度的優點，產生了一定的經濟效益，能夠滿足生產的需要。