陳 曉　簡 文　曾 杰　李 穎

（湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司郴州卷煙廠，湖南　郴州　423000）

GDX2機(jī)組新型膠位控制系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用

陳 曉簡 文曾 杰李 穎

（湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司郴州卷煙廠，湖南郴州423000）

摘要：鑒于GDX2包裝機(jī)組原商標(biāo)膠位控制系統(tǒng)控制精度低、故障率高、智能化低，易引發(fā)設(shè)備故障，存在質(zhì)量隱患，自主開發(fā)了新型的膠位控制系統(tǒng)。大幅提升了膠位控制系統(tǒng)的控制精度與智能化程度，并對控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了過程參數(shù)化管理與控制，提升了產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備效率。

關(guān)鍵詞：GDX2包裝機(jī)組；控制系統(tǒng)；檢測；智能化

一、問題的提出

湖南中煙郴州卷煙廠GDX 2機(jī)組裝備的折邊涂膠、小盒第二涂膠、條包涂膠3套涂膠裝置中液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與控制原理基本一致，主要由膠水液位檢測部分、信號處理與控制部分、膠水加注部分3個(gè)部分組成。

1.工作原理

通過電容式傳感器對膠缸內(nèi)的膠水液面進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)液面底低于傳感器所設(shè)定的靈敏度時(shí)，傳感器輸出膠水液面低的信號給主控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與處理，處理完后控制系統(tǒng)輸出注膠信號給下膠嘴控制閥，控制閥得電后控制下膠嘴打開，膠水加注使膠缸后液面上升，當(dāng)液面達(dá)到傳感器所設(shè)的靈敏度時(shí)關(guān)閉液位低信號，控制系統(tǒng)隨即關(guān)閉注膠信號，膠位控制過程完成。

2.控制系統(tǒng)不足

（1）檢測器無法對液位實(shí)行數(shù)字化監(jiān)測，從而控制精度低，且膠位的調(diào)整受部件安裝位置影響，繁瑣、又不直觀。由于膠水液位檢測器采用的是普通電容式傳感器，完全依靠調(diào)整傳感器的靈敏度來控制膠水液面高度，然而靈敏度又受檢測器周圍環(huán)境如溫度、濕度、附近金屬體、傳感器表面潔度等的影響，所以膠位控制精度不高。同時(shí)膠水液面高度因涂膠輪的轉(zhuǎn)動造成膠面的波動，不能真實(shí)的反映膠位，造成注膠信號錯(cuò)誤，出現(xiàn)膠水溢出缸體或膠量過多與不足的產(chǎn)品質(zhì)量除患。

（2）控制系統(tǒng)的智能化程序不高。膠位控制系統(tǒng)中元器件出現(xiàn)故障時(shí)不能完全實(shí)行自我診斷，易發(fā)生控制系統(tǒng)異常帶來的設(shè)備故障與質(zhì)量隱患。在整個(gè)GD的控制系統(tǒng)中雖然對輸入點(diǎn)的斷線與輸送點(diǎn)的短路與斷路實(shí)行了自我診斷，但無法及時(shí)正確傳遞因傳感器的本身發(fā)生了靈敏度變化、表面不潔、膠缸內(nèi)膠水表面結(jié)皮等原因產(chǎn)生的膠位低信號，造成注膠不及時(shí)，從而引發(fā)由于商標(biāo)紙膠量過少帶來的質(zhì)量問題。同樣不能及時(shí)因下膠嘴故障無法有效關(guān)閉加注膠水的情況進(jìn)行診斷，從而造成膠量過大的質(zhì)量隱患與膠水溢出后造成的設(shè)備污染。

隨著設(shè)備控制向精準(zhǔn)化、精細(xì)化、智能化的方向發(fā)展需要，以及設(shè)備過程控制采用參數(shù)化、模塊化的控制需求。非常必要開發(fā)了GDX 2機(jī)組新型膠位控制系統(tǒng)。新型系統(tǒng)的開發(fā)，完善原系統(tǒng)的兩大不足，大幅提升膠位控制系統(tǒng)的控制精度與智能化程度，并對此系統(tǒng)的過程實(shí)行參數(shù)化管理與控制。從而達(dá)到了提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備故障，提升設(shè)備效率目的。

二、設(shè)計(jì)思路

1.高精度液位數(shù)據(jù)采集

以小盒第二膠缸改進(jìn)為例（圖1、圖2為膠缸部件示意圖），通過對膠位控制系統(tǒng)的分析，要實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，首先要將原系統(tǒng)電容式膠位檢測器更換成帶實(shí)時(shí)液位數(shù)據(jù)輸出的檢測器，然后通過增加GD公司的專用壓頻轉(zhuǎn)換器將信號送入GD主控制系統(tǒng)，即完成高精度的液位數(shù)據(jù)的采集。

圖1

圖2

2．編寫新型膠位控制系統(tǒng)的源代碼

對采集到的膠位液面高度數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與處理，信息被送入GD主控制系統(tǒng)中，根據(jù)所編寫的控制程序進(jìn)行分析與處理來完成相應(yīng)的控制。

3．編寫新的程序控制代碼

結(jié)合原機(jī)源代碼，編寫新的程序控制代碼，實(shí)現(xiàn)如下功能。

（1）因圖1中的小盒膠缸整體安裝在一個(gè)比較封閉位置，正常運(yùn)行時(shí)操作人員不能目視膠液的情況。新系統(tǒng)能夠?qū)⑹占^來實(shí)時(shí)液位數(shù)據(jù)顯示到原機(jī)的OPC觸摸屏上，使操作工能夠?qū)崟r(shí)掌握當(dāng)前膠位的液面信息。

（2）對圖2相應(yīng)液面高度的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與研究，并將研究所得的相應(yīng)液位高度數(shù)值通過原機(jī)的OPC觸摸屏進(jìn)行輸入。控制程序根據(jù)設(shè)定的液位高度參數(shù)與傳感器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，然后將比較的結(jié)果與機(jī)組設(shè)備運(yùn)行信號進(jìn)行分析與處理，便可完成高精度的液位控制、低液位停機(jī)與報(bào)警、膠路堵塞監(jiān)測與報(bào)警、注膠嘴失控監(jiān)測與報(bào)警、傳感器故障與報(bào)警等功能。

三、電路原理圖設(shè)計(jì)方案

1.小盒膠缸液面檢測原理圖

根據(jù)GD主控制柜內(nèi)IO點(diǎn)的設(shè)計(jì)要求，結(jié)合GD機(jī)組原機(jī)電器原理圖的設(shè)計(jì)特性，以及新型膠位傳感器的接口特性，對新型膠位控制系統(tǒng)的電器原理圖展開設(shè)計(jì)工作。最終設(shè)計(jì)出如下的小盒膠缸液面檢測原理圖（圖3）。

圖3

2.小盒膠缸液面檢測原理圖分析

新型膠位檢測器（2S452/G）檢測到的液位高度后輸出對應(yīng)的電壓信號（0～10V）,此電壓信號送入新增加的壓頻轉(zhuǎn)換器（2A452）內(nèi)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后的液位采樣數(shù)據(jù)通過相關(guān)的連接電纜送入GD控制柜內(nèi)2號輸入板的第8號通道。

3.小盒膠缸的注膠控制電路

采用原機(jī)所設(shè)計(jì)的電路與電器元件，通過GD控制系統(tǒng)輸出注膠信號給下膠嘴控制閥，控制閥得電后控制下膠嘴打開，膠水加注使膠缸后液面上升，完成注膠流程。

4.軟件程序設(shè)計(jì)

新型小盒膠缸的控制系統(tǒng)的控制軟件分為3個(gè)部分。

（1）膠水液面高度數(shù)據(jù)的采集與數(shù)據(jù)處理。

（2）液面高度數(shù)據(jù)與OPC上所設(shè)的參數(shù)對比分析與處理。

（3）加膠信號的輸出以及相關(guān)報(bào)警信號與停機(jī)信息的輸出，具體的流程圖如圖4所示。

當(dāng)X 2小盒膠缸安裝到位后，數(shù)據(jù)采集程序開始運(yùn)行，采樣周期定時(shí)器開始啟動，當(dāng)定時(shí)器運(yùn)行到OPC上所給定的采樣定時(shí)值時(shí)，程序?qū)π『心z缸液面高度的數(shù)值進(jìn)行讀取，同時(shí)將讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理，并轉(zhuǎn)換成單位為毫米的液面高度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，將此數(shù)據(jù)送到原機(jī)的OPC上膠位顯示數(shù)據(jù)框。實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)顯示功能；程序處理后的液面高度數(shù)據(jù)再與OPC上所定的3個(gè)液面高度參數(shù)進(jìn)行比較，當(dāng)液面高度低于所設(shè)定的最低液面高度參數(shù)時(shí)，設(shè)備立即停機(jī)，并將“小盒膠缸液面過低”的紅色信息送到設(shè)備OPC上進(jìn)行顯示；當(dāng)液面高度高于所設(shè)定的最高液面高度參數(shù)時(shí)，設(shè)備立即停機(jī)，并將“小盒膠缸液面過高”的紅色信息送到設(shè)備OPC上進(jìn)行顯示；當(dāng)液面高度低于所設(shè)定的正常液面參數(shù)時(shí)，程序注膠條件進(jìn)行判斷，如正常則輸出注膠信號，當(dāng)液面高度達(dá)到所設(shè)定的正常液面參數(shù)時(shí)，關(guān)閉注膠信號，完成膠缸液面的精準(zhǔn)控制。

5.程序編寫

根據(jù)以上的流程圖，對膠位控制程序進(jìn)行編寫，并將在OPC上所顯示的參數(shù)項(xiàng)、故障指示燈、紅色信息等功能集成到膠位控制程序。

圖4

四、系統(tǒng)實(shí)施及效果驗(yàn)證

將軟件、控制程序模擬調(diào)試后，上機(jī)進(jìn)行安裝與調(diào)試。多次根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)驗(yàn)情況對程序進(jìn)行了修改。為確保改進(jìn)達(dá)到設(shè)計(jì)效果，根據(jù)原理和設(shè)計(jì)的目的，特制定了實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)方法。

1.實(shí)驗(yàn)方法

將小盒膠缸內(nèi)的膠水全部清空，然后將膠缸安裝到位，查看原機(jī)OPC上小盒膠缸液位顯示是否為“0”mm；然后再將膠缸取出，拿一直尺放入膠缸內(nèi)，以便觀察膠水的液面高度，人工添加膠水到25mm，膠缸安裝到位，查看原機(jī)OPC上小盒膠缸液位顯示是否為“25”mm；如顯示不對，將偏差值記錄好，修改控制程序，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到實(shí)際值與顯示值相吻合。數(shù)據(jù)顯示正常后，打開OPC膠缸液面設(shè)定功能，將液面最低值改為26mm，OPC上應(yīng)該立即顯示“小盒膠缸液面過低”的紅色信息；再將值改為默認(rèn)的15mm后，按復(fù)位按鈕后，紅色的停機(jī)信息將相應(yīng)的消失。打開OPC膠缸液面設(shè)定功能，將液面最高值改為24mm，OPC上應(yīng)該立即顯示“小盒膠缸液面過高”的紅色信息；再將值改為默認(rèn)的45mm后，按復(fù)位按鈕后，紅色的停機(jī)信息將相應(yīng)的消失。進(jìn)入OPC上膠缸液面設(shè)定功能，將正常的液面設(shè)定值改為27mm，注膠閥打開，膠水注入膠缸內(nèi)，當(dāng)液面達(dá)到27mm后，注膠閥關(guān)閉。

2.實(shí)驗(yàn)效果

根據(jù)制定的實(shí)驗(yàn)方法，對改進(jìn)后的新型小盒膠缸控制系統(tǒng)進(jìn)行了連續(xù)多次的現(xiàn)場模擬實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，每次都能夠達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。通過3個(gè)月的運(yùn)行情況表明，改進(jìn)后新型小盒膠缸控制系統(tǒng)，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，達(dá)到了當(dāng)初所要設(shè)計(jì)的效果。

五、結(jié)語

通過對GDX 2原膠位控制系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究，針對原膠位控制系統(tǒng)控制精度低，故障率高，智能化程序低，易引發(fā)設(shè)備故障與質(zhì)量隱患的問題，成功的開發(fā)了一套新型的膠位控制系統(tǒng)。通過模擬、樣機(jī)安裝、調(diào)試、試驗(yàn)與設(shè)備生產(chǎn)過程中的使用情況，表明了新型的膠位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案有效，整個(gè)系統(tǒng)能可靠穩(wěn)定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)了對小盒膠位的實(shí)時(shí)顯示，高精度的液位控制、低液位停機(jī)與報(bào)警、膠路堵塞監(jiān)測與報(bào)警、注膠嘴失控監(jiān)測與報(bào)警、傳感器故障與報(bào)警的功能。大幅提升膠位控制系統(tǒng)的控制精度與智能化程度，并對此系統(tǒng)的過程實(shí)行參數(shù)化管理與控制。從而達(dá)到了提升產(chǎn)品質(zhì)量，減少設(shè)備故障，提升設(shè)備效率目的。

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中圖分類號：TP272

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-0711（2016）01-0044-03

收稿日期：（2015-11-03）