一、概述
　　GDX1/X2（8000）型包裝機是GD公司生產的高檔、高速煙支包裝設備，深受國內煙草行業歡迎。目前國內煙廠已有GD（8000）型包裝機近400臺，其中部分設備已到大修期，由于GDX1（8000）型包裝機組原FZ控制系統是采用70多塊硬件電路板組成的控制邏輯，方法相對落后，潛在故障率高，現場維護困難，大修很不方便，開放性很差。同時GD公司今后將不再供應FZ備件，一旦出現備件問題，將會影響生產的正常進行，因此GD包裝機的改造升級也就勢在必行。
　　鑒于上述情況，中國科學院沈陽自動化研究所設計開發了GD包裝機組PLC電控系統，作為中國煙草專用機械零配件全國會員單位，于國內最早通過國家煙草專賣局的鑒定。2004年3月我們承擔了長沙卷煙廠GDX2電控系統的PLC改造工作，將該系統進一步發展為PLC+FIELDBUS（現場總線）結構，采用德國SIEMENS公司大型PLC S7-400作為核心控制單元，以INTERBUS現場總線為擴展，外掛工控機、輸入輸出模塊等，從而大大提高了系統的先進性、可靠性、開放性、可擴展性，故障率大幅降低，有效作業率明顯提高。
二、GD包裝機組電控系統改造技術方案
1、改造方案:



　　 將原有FZ電控系統及線路板全部取消，換上PLC電控系統及在機器上安裝6個總線站點盒，用軟件方法實現原有硬件線路板的功能，主輔機用變頻調速取代原有直流調速等。這種方法的最大特點是，新的電控系統布局更加合理，現場配線工作量大大減少，系統性能穩定，可靠性高，外型美觀，現場改造速度快，一般只用一周左右就可完成。該電控系統的結構為PLC+INTERBUS( PROFIBUS)+觸摸屏顯示。
2、改造內容
　　a．取消原電控柜，采用與MicroⅡ電控柜柜體大小相同，主體顏色與設備一致的電控柜。電控柜的安裝位置也與MicroⅡ電控柜安裝位置相同。采用西門子S7-400(CPU414-2DP)PLC作為核心控制系統，所用器件全部采用進口優質器件。
　　b．以INTERBUS（或PROFIBUS）現場總線控制方式，連接傳感器、現場設備及控制器。INTERBUS與PLC通過插在PLC上的INTERBUS控制板相連接。
　　c．增加兩臺15寸觸摸式SIEMENS/PC870工控機，主機、輔機各一臺以便于監控，并采用WINCC組態軟件作為上位機的開發和運行程序。全漢化的計算機人機界面，設備狀態、數據顯示及參數修改全部在觸摸屏上進行。并具有數據采集功能，予留接口，可以和上位機進行通訊。
　　d ．保證設備運行速度400包/分，控制面板及機身上的元器件與MICROII系統相同，急停開關采用按鈕方式。
　　e ．保證煙廠后加的功能無逢嵌入到控制系統里，同時增加：小包無透明紙及透明紙不好檢測剔除功能；增加反盒皮剔除功能；小包開口停機報警等功能。另外可根據用戶的合理要求增加相應功能。


　　f．將原系統的直流電機改為三相交流電機。其中主機、輔機的主驅動電機分別為SEW的7.5KW和4.0KW的電機，并分別采用兩臺西門子公司的變頻器進行控制。濾波器及剎車電阻均采用西門子公司的產品.
　　g．攪煙輥采用SEW交流電機并用西門子變頻器進行控制；金拉線采用德國LENZE交流伺服電機并用LENZE伺服控制器進行控制。
　　h．取消原凸輪裝置，改用日本光洋的絕對編碼器(3個)進行相位檢測。
　　i．取消原系統的溫度控制器，采用PID功能模塊FM455S實現精確的溫度控制，顯示界面由工控機完成。
　　j．預留包裝機組與上游儲煙器或卷煙機的聯機接口。
三、新型電控系統
　　新型電控系統主要由PLC控制系統、帶觸摸屏的工控機顯示系統以及由INTERBUS現場總線擴展的（6個站點）輸入輸出模塊組成。所有的信號處理及功能控制皆由PLC完成，工控機負責系統的運行狀況顯示、故障顯示、參數修改、生產數據包括班組產量、原材料消耗、原材料利用率、廢品率等的統計分析以及歷史數據的保存。機器上INTERBUS站點的輸入輸出模塊用于連接機身上的按鈕、傳感器和部分執行器件。由于采用INTERBUS總線控制方式，使電控柜的接線明顯減少，INTERBUS站點按功能分塊便于故障查找及系統維護、便于增加功能。新型電控系統具有外型美觀，操作簡單、方便，運行穩定等優點。
1、電控系統原理框圖



2、控制系統特點
　　GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統（即PLC控制系統）吸取原控制系統（FZ系統）的檢測控制特點及功能，采用高檔、高速的西門子S-400可編程控制器（即PLC）作為核心控制單元，利用Interbus總線實現主機與各從站之間的連接，從而取代原控制系統中的70多塊硬件電路板及部分繼電器、接觸器，減少電纜連線。



圖為設置在主機機身上的INTERBUS總線站點



圖為設置在輔機機身上的INTERBUS總線站點
　　由于Interbus總線可靠性高、應用范圍廣。而且該總線技術是在PLC的基礎上發展起來的,它克服了PLC與現場設備之間的點對點物理連接的繁雜方式,并且使被控系統不再成為信息孤島,按照公開、規范的通信協議把現場設備與控制器連接成網絡系統，從而實行了現場設備與控制器之間以及控制系統與遠程監控計算機之間的數據傳輸和信息交換。GD包裝機眾多的傳感器/執行器以及龐大的生產線結構，采用現場總線技術對其電控系統進行技術改造應當是最佳的自動化解決方案。
　　歸納起來，我們所設計開發的新型電控系統具有如下特點：
　　1. GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統采用SIEMENS-PLC對X1/X2小包機、CH小包透明紙、CT條包機、CV條包透明紙機、A400卸盤機實行主輔機的一條線的高速實時控制。主輔機之間的連鎖與屏蔽簡單、方便。
　　2. 可編程控制器（即PLC）取代了大量的元器件和硬件電路，使得電器的可靠性、穩定性有很大的提高。更適應工業現場環境，同時控制軟件修改方便，現場調試快捷、省時。
　　3. 總線結構的充分應用，使得整機的結構更加簡潔，現場配線大為減少，布局更為美觀，檢修維護更為簡單、方便。
　　4. 上位計算機的采用為今后企業發展計算機集成系統提供聯網的方便條件。容易實現車間級、廠級監控和管理。
　　5. 觸摸式故障信息顯示系統提供了A400、 X1/X2、CH、CT、CV等相關的彩色畫面提示、文字分析及參數修改等功能，提供必要的故障位置顯示和文字分析。良好的人機對話窗口，為現場的操作、維護提供了極大的便利。
　　6. 采用可編程控制器（PLC）對整機工作過程的數據采集真實可靠，從而保證GDX1/X2（8000）型包裝機新電控系統數據采集的準確性。
　　7. 主輔電機直流控制改交流變頻控制，大大降低了日常維護和備件費用。
　　8. 工控機不參與系統的控制，即使工控機出現故障或者沒有啟動也不影響系統的正常工作，從而有效提高了系統的可靠性。
　　9. 系統對客戶開放，增加功能非常簡單、方便。