劉建華，龔高成*，吳詩杰，楊 偉，代鋮斐

（1.湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司,湖北 武漢；2.湖北新業(yè)煙草薄片開發(fā)有限公司，湖北 武漢；3.重組煙葉應(yīng)用技術(shù)研究湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(chǎn)線在行業(yè)內(nèi)首次使用靴式壓榨，靴式壓榨具有降低能耗和增強(qiáng)脫水效果的優(yōu)點(diǎn)。生產(chǎn)線停機(jī)期間需要對(duì)靴式壓榨部位的毛毯進(jìn)行噴水潤(rùn)濕。如果長(zhǎng)時(shí)間沒有對(duì)靴壓毛毯進(jìn)行噴水潤(rùn)濕，會(huì)造成毛毯起皺從而影響開機(jī)走紙，并且會(huì)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(gè)早班之間設(shè)備處于停機(jī)狀態(tài)，若安排操作人員對(duì)靴壓毛毯進(jìn)行噴水潤(rùn)濕則操作人員需要額外加班，而且人工噴水潤(rùn)濕存在安全隱患。因此我們?cè)O(shè)計(jì)、研制了一套靴壓毛毯自動(dòng)噴水裝置，成功投入使用后取得了良好的效果。

1 實(shí)施過程

1.1 靴壓毛毯噴水裝置的實(shí)施方案

本項(xiàng)目采用西門子PLC 控制器實(shí)現(xiàn)靴壓毛毯噴水裝置的手動(dòng)和自動(dòng)噴水功能，程序全部自主開發(fā)。本項(xiàng)目的具體實(shí)施方案如下。

根據(jù)實(shí)際情況，在靴壓部位安裝5 條自動(dòng)噴水管道，5 條管道的位置如圖1 所示，每條管道上有4 個(gè)噴頭，可對(duì)靴壓的上下2 床毛毯進(jìn)行自動(dòng)噴水潤(rùn)濕。其中1 號(hào)、2 號(hào)和3 號(hào)管道用于上毛毯潤(rùn)濕，用1 號(hào)電磁閥控制；4 號(hào)和5 號(hào)用于下毛毯潤(rùn)濕，用2 號(hào)電磁閥控制，電磁閥的電壓為24 V。有一個(gè)總進(jìn)水閥控制5 條管道的進(jìn)水，紙機(jī)運(yùn)行時(shí)總進(jìn)水閥關(guān)閉，紙機(jī)停止并需要對(duì)毛毯潤(rùn)濕時(shí)可將總進(jìn)水閥打開。

圖1 靴壓毛毯噴水管道位置

1.2 電控系統(tǒng)概述

本項(xiàng)目采用西門子S7-200 的PLC 控制器、觸摸屏、開關(guān)電源、空氣開關(guān)、端子排、導(dǎo)線、電柜等電氣設(shè)備及材料制作自動(dòng)噴水裝置的電控系統(tǒng)。S7-200 的PLC 控制器具有結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、指令功能強(qiáng)大和功能模塊豐富的優(yōu)點(diǎn)，非常適合于此項(xiàng)目。PLC 控制器與觸摸屏之間采用的是RS485 通信，RS485 通信工業(yè)應(yīng)用成熟，具有較高的通信速率和較強(qiáng)的抑制共模干擾能力。此電控系統(tǒng)將PLC 工業(yè)控制中的數(shù)字邏輯、人機(jī)界面、通信技術(shù)以及控制技術(shù)融合在一起，具有較高的技術(shù)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(xiàng)目采用的S7-200 的PLC 控制器的型號(hào)為CPU226 DC/DC/DC，它有24 個(gè)輸入點(diǎn)數(shù)，16 個(gè)輸出點(diǎn)數(shù)，輸入輸出均為直流24 V，輸入端I0.0～I(xiàn)1.4 共用1 M，I1.5～I(xiàn)2.7 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(gè)中間繼電器，1 號(hào)電磁閥接在Q0.0 中間繼電器KA1 的常開觸點(diǎn)上，2 號(hào)電磁閥接在Q0.1 中間繼電器KA2 的常開觸點(diǎn)上。

圖2 PLC 外部接線

1.4 PLC 編程

PLC 編程設(shè)備的功能是編制程序、修改程序、測(cè)試程序，并將測(cè)試合格的程序下載到PLC 系統(tǒng)中。為了降低編程設(shè)備的成本，目前廣泛采用個(gè)人計(jì)算機(jī)作為編程設(shè)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(tǒng)在Windows 平臺(tái)上運(yùn)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(duì)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(dòng)切換的程序

圖4 編寫自動(dòng)啟動(dòng)及停止和噴水時(shí)間設(shè)置的程序

圖5 編寫1 號(hào)毛毯（上毛毯）噴水裝置自動(dòng)和手動(dòng)開啟及關(guān)閉的程序

圖6 編寫2 號(hào)毛毯（下毛毯）噴水裝置自動(dòng)和手動(dòng)開啟及關(guān)閉的程序

1.5 觸摸屏畫面組態(tài)

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

圖7 用組態(tài)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(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 所示，狀態(tài)顯示與梯形圖中的指令的對(duì)應(yīng)關(guān)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(duì)應(yīng)關(guān)系

表2 狀態(tài)顯示與梯形圖中的指令的對(duì)應(yīng)關(guān)系

操作說明：

（1） 當(dāng)點(diǎn)擊“手自動(dòng)切換”按鈕時(shí)，“自動(dòng)”和“手動(dòng)”狀態(tài)顯示可來回切換。

（2） 在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，設(shè)置噴淋時(shí)間的分鐘數(shù)，然后點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，“1 號(hào)”“2 號(hào)”和“運(yùn)行”狀態(tài)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(dāng)設(shè)置的噴淋時(shí)間到，停止噴水，然后間隔100 min 后再次噴水，如此循環(huán)。

（3） 在手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下，點(diǎn)擊“1 號(hào)啟動(dòng)”則“1號(hào)”狀態(tài)指示燈亮起且1 號(hào)毛毯噴水裝置的電磁閥得電從而使噴頭開始噴水，點(diǎn)擊“1 號(hào)停止”則“1 號(hào)”狀態(tài)指示燈熄滅且1 號(hào)噴水裝置停止噴水；點(diǎn)擊“2 號(hào)啟動(dòng)”則“2 號(hào)”狀態(tài)指示燈亮起且2 號(hào)毛毯噴水裝置的電磁閥得電從而使噴頭開始噴水，點(diǎn)擊“2 號(hào)停止”則“2 號(hào)”狀態(tài)指示燈熄滅且2 號(hào)噴水裝置停止噴水。

2 使用效果評(píng)估

2.1 應(yīng)用效果圖

該噴水裝置在設(shè)計(jì)、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(dòng)噴水裝置安裝并應(yīng)用后的效果。

圖8 電氣接線實(shí)物

圖9 觸摸屏操作畫面

圖10 自動(dòng)噴水裝置開啟的場(chǎng)景

2.2 效果評(píng)估

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

（2） 此自動(dòng)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(dòng)模式下可以實(shí)現(xiàn)中班之后到下個(gè)早班之前這段時(shí)間自動(dòng)循環(huán)噴水，大大降低人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，消除人工潤(rùn)濕的安全隱患。

（3） 此自動(dòng)噴水裝置使用效果良好，避免毛毯起皺從而影響開機(jī)走紙，并且可以延長(zhǎng)毛毯的使用壽命，可以實(shí)現(xiàn)降本增效。

（4） 此自動(dòng)噴水裝置可做成獨(dú)立系統(tǒng)，與紙機(jī)條線控制分開，且具有互鎖功能，也可參與條線聯(lián)動(dòng)控制。

（5） 此自動(dòng)噴水裝置具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算如下。

此裝置安裝后，每天中班停機(jī)之后下班之前將自動(dòng)噴水裝置開啟，在觸摸屏上設(shè)置噴淋時(shí)間即可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)循環(huán)噴水，不需要人為的其他操作，每天上早班開機(jī)之前將自動(dòng)噴水裝置關(guān)閉，這樣可減少2 名潤(rùn)濕毛毯的操作人員，用工費(fèi)用約每人每小時(shí)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(shù)約為125 天，平均每天潤(rùn)濕毛毯的時(shí)間約為8 h，則每年可節(jié)約人力成本約為36×2×125×8=72 000 元。

此裝置的投入成本明細(xì)如表3 所示。

表3 投入成本明細(xì)

綜上所述，2022 年產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益約為56 100元。此裝置未來將持續(xù)投入使用，從而不斷產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。

結(jié)束語

本項(xiàng)目對(duì)靴壓毛毯自動(dòng)噴水裝置的研究及其電控系統(tǒng)進(jìn)行探索，利用西門子S7-200 的PLC 開發(fā)出一套靴壓毛毯自動(dòng)噴水裝置的電控系統(tǒng)，使用情況良好，具有降低操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生了一定的經(jīng)濟(jì)效益，能夠滿足生產(chǎn)的需要。