摘" 要：FOCKE 700_778的條包稱重系統(tǒng)采用傳統(tǒng)西門子PLC控制，由于設(shè)備老化，該系統(tǒng)存在控制精度低，響應速度慢等缺點，經(jīng)常造成正常條包被誤剔，容易造成條煙堵塞停機，大大降低了設(shè)備效率，并且增加質(zhì)量隱患。該文針對這一問題開展技術(shù)研究，提出一種基于倍福PLC的稱重系統(tǒng)。新系統(tǒng)將稱重傳感器采集的信號，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換，通過高速通信模塊傳送給控制PLC， 經(jīng)過PLC程序處理后，對不合格品進行剔除處理，同時可以在顯示屏上對稱重系統(tǒng)的部分參數(shù)和功能進行修改和設(shè)定。在實際的生產(chǎn)過程中進行效果測試，并長期運行，結(jié)果表明，新稱重系統(tǒng)具有響應速度快、控制精度高、設(shè)備運行可靠度高等優(yōu)點，能夠在煙草行業(yè)設(shè)備中推廣使用。

關(guān)鍵詞：誤剔；倍福PLC；稱重系統(tǒng)；高速通信模塊；響應快

中圖分類號：TP27" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2023）31-0126-04

Abstract： The traditional Siemens PLC control is adopted in the strip and package weighing system of FOCKE 700_778. Due to the aging of the equipment， the system has some shortcomings such as low control precision and slow response speed， which often causes the normal package to be picked up by mistake， which is easy to cause cigarette blockage and shutdown， which greatly reduces the equipment efficiency and increases the hidden trouble of quality. In order to solve this problem， this paper carries out technical research and puts forward a weighing system based on Beckhoff PLC. In the new system， the signal collected by the weighing sensor is transmitted to the control PLC through the analog-to-digital conversion and the high-speed communication module. After being processed by the PLC program， the unqualified products are eliminated. At the same time， some parameters and functions of the weighing system can be modified and set on the display screen. The effect is tested in the actual production process and has been running for a long time. The results show that the new weighing system has the advantages of fast response， high control precision and high reliability of equipment operation， and can be widely used in tobacco industry equipment.

Keywords： error ticking; Beckhoff PLC; weighing system; high-speed communication module; fast response

昆明卷煙廠在20世紀90年代引進并投入使用的FOCKE 700硬盒包裝機，采用雙通道設(shè)計，生產(chǎn)速度可達700包/min。其中，778部分完成條煙的包裝，并輸送給下游機裝箱。778部分入口輸送帶將二五平包煙包組輸送到推子前，由推子將煙包組推入套口中進行下一步的包裝紙包裝。由于推子推入煙包組時，偶爾會造成煙包組卡阻，導致煙包組缺少煙包。為防止缺少煙包的條煙流入到下一道工序，原機在輸出部分加裝了一個條煙稱重系統(tǒng)，采用傳統(tǒng)西門子PLC控制，稱重傳感器對每一條煙進行稱重，并與標準重量進行比較，差值超過一定范圍，就認定為有質(zhì)量缺陷的條煙，并進行剔除。經(jīng)過20多年的生產(chǎn)運行，由于設(shè)備老化，該系統(tǒng)存在控制精度低、響應速度慢等缺點，經(jīng)常造成正常條煙被誤剔，容易造成條煙堵塞停機，大大降低了設(shè)備效率。

為此，本文設(shè)計了一種基于倍福PLC的稱重系統(tǒng)，新系統(tǒng)實現(xiàn)人機互動，界面友好，采用當今工業(yè)控制領(lǐng)域先進的高速通信模塊和數(shù)據(jù)輸入模塊，且PLC運算速度快，實時性強。經(jīng)過長期實踐檢驗，結(jié)果表明新稱重系統(tǒng)很好地解決了大量正常條煙被誤剔除的情況，進一步提高了設(shè)備效率，降低維護成本。

1" FOCKE 700_778稱重系統(tǒng)方案設(shè)計

稱重控制系統(tǒng)由皮帶傳送部分、稱重測量部分及剔除部分組成，其中皮帶傳送部分作為煙條供料的一部分，還包括煙條提升裝置，提升裝置內(nèi)的煙條由底部逐步向上提升，到達頂部出口后，由橫向輸出皮帶輸送給后面的工序，整個系統(tǒng)生產(chǎn)工序流程如圖1所示。

當煙條被橫向輸出輸送帶的凸耳帶帶入橫向傳輸?shù)墓ば蚝?，并跟隨主電機的速度進入到稱重傳感器的工位上，在設(shè)定的凸輪角度內(nèi)，稱重傳感器完成數(shù)據(jù)采集，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換后將數(shù)據(jù)傳送給倍福PLC，PLC將該條煙重量與標準值進行比對，超過一定誤差范圍的條煙被標記為缺陷條煙，通過后序的剔除工位完成剔除動作，而合格的煙條被輸送到下一工序。稱重系統(tǒng)框圖如圖2所示。

虛線框內(nèi)為新稱重系統(tǒng)控制框圖，為方便理解，將倍福PLC與工控機IPC以及觸摸屏的關(guān)系一并畫出。該方案基于倍福（Beckhoff）TwinCAT PLC作為控制核心，完成數(shù)據(jù)采集、傳輸，以及控制信號發(fā)出給執(zhí)行機構(gòu)，并通過Ethernet總線與工控機進行通信，方便后續(xù)查看和操作。稱重傳感器采用HBM的PW4M-OP規(guī)格型號的微型單點稱重傳感器，其特點是基于應變測量原理，具有極高的測量精度和性價比，適用于小包裝的控制任務，過載能力高達額定量程單位10倍；A/D轉(zhuǎn)換器采用HBM AD112D將傳感器所采集到的煙條重量由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送給PLC，HBM AD112高速動態(tài)測量鏈能為多列選別秤提供毫克級數(shù)字化解決方案，其可連接多種型號稱重傳感器，響應速度快，安裝調(diào)試簡單方便，能以極高精度（毫克級）對小型袋裝食品、藥品進行快速分選。高速通信模塊采用Beckhoff EL6021作為串口通信模塊與TwinCAT PLC建立通信，EL6021模塊串行接口支持通過RS-232或RS422/RS485接口連接設(shè)備。在使用時可以選擇獨立于總線系統(tǒng)的全雙工或半雙工模式進行通信，通信信道速度可達115.2 K波特；同時RS232接口通過電隔離信號確保高抗干擾性。

HMI顯示器對整個系統(tǒng)的進程進行過程監(jiān)控顯示以及參數(shù)設(shè)定等功能，可以通過以太網(wǎng)或擴展通信口直接通信。執(zhí)行機構(gòu)采用原機模式，通過電磁閥驅(qū)動氣缸動作，將不合格條煙剔除。

2" 方案實施

方案實施主要完成電氣硬件連接，硬件配置，以及編寫程序以實現(xiàn)相關(guān)功能，具體如下所述。

2.1" 硬件電氣連接

稱重傳感器與AD112D轉(zhuǎn)換器是連在一起使用的，同時將AD112D的輸出信號輸送到高速通信模塊EL6021中，進而輸送到倍福PLC，完成硬件的基本連接。具體部分電氣連接如圖3所示。

圖3只是整個稱重系統(tǒng)部分電氣連接示意圖，其余部分并未畫出。EL6021模塊與倍福子站其他模塊采用K-BUS通信，通過PROFIBUS-DP總線，將數(shù)據(jù)從倍?？刂谱诱緜魉偷奖陡LC，而倍福PLC與工控機采用EtherCat通信，工控機與HMI采用基于USB接口的連接。

2.2" 硬件配置

在完成電氣元器件物理連接后，需在倍福TwinCat中完成硬件配置，完成硬件與軟件I/O點的映射等相關(guān)工作，具體主要由以下4步組成：①成功連接硬件后，設(shè)置IP地址與CX為相同的網(wǎng)段（169.254.70.X），使用TwinCAT System Manage成功連接CX，完成硬件掃描，找到模塊EL6021。②對EL6021進行參數(shù)配置，在COEONLINE選項里面8 000設(shè)置波特率和數(shù)據(jù)格式。③打開PLC Control，新建任務，在Resource窗口，雙擊“LibraryManage”鍵添加串口通信Lib。④在GlobalVariable中聲明變量，添加串口通信程序，在新程序中輸入代碼。

2.3" 軟件實現(xiàn)

2.3.1" 稱重信號處理

煙條是由橫向輸出皮帶傳送的，皮帶傳送伴隨著抖動、精度不高等問題，所以在煙條稱重時存在著干擾信號，需要在程序上對干擾信號進行濾波處理，并判斷信號是否穩(wěn)定，讀數(shù)是否準確，通過數(shù)字濾波對干擾信號處理后，得到更多對程序有用的稱重數(shù)據(jù)。在處理方法上由常見的限幅濾波、限速濾波、中值濾波和滑動平均濾波等。

本文采用中值濾波方法，系統(tǒng)采集的信號是與重量成線性比例變化的模擬量信號，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后輸送到系統(tǒng)，系統(tǒng)啟動生產(chǎn)后采集50條煙的平均值作為標準值，煙條在標準值設(shè)定的±3%范圍內(nèi)作上下波動即可得到較好的效果。所求目標值的平均值為

目標值的實時值為

根據(jù)中值濾波得到的平均值既可以反映這個過程段目標值的數(shù)據(jù)變化，也能克服隨機誤差帶來的不良影響。

2.3.2" PLC主程序設(shè)計

根據(jù)包裝機的工藝流程，煙條傳送過程中的移位標記，機器轉(zhuǎn)動角度等要求，確定各動作的順序和相互之間的邏輯關(guān)系，設(shè)計控制程序。數(shù)據(jù)處理主要有以下4部分組成，數(shù)據(jù)采集部分，標準值中值計算部分，數(shù)據(jù)處理過程，數(shù)據(jù)交互處理，分別如圖4—圖7所示。

除數(shù)據(jù)處理相關(guān)程序外，整個控制系統(tǒng)還設(shè)計提升器堵塞、條煙是否超重、剔除不合格的條煙等程序段，分別如圖8—圖10所示。

其中，在稱重之前很有必要監(jiān)控提升器是否堵塞。否則，一旦提升器發(fā)生堵塞，條煙不會進入稱重工位，程序計算出來的條煙重量為零，就會誤判為壞煙，進而啟動剔除條煙程序。剔除條煙程序剔除系統(tǒng)判定為壞煙的條煙，執(zhí)行機構(gòu)采用原機自帶的電磁閥和氣缸。

3" 運行檢驗

對本次改造活動進行長期目標跟蹤，并對改造前后設(shè)備誤剔條煙頻次進行統(tǒng)計，改造后，誤剔條煙頻次已經(jīng)由400次/月/臺降至22次/月/臺，相當于每天發(fā)生誤剔煙1次，對生產(chǎn)造成的影響可以說是微乎其微，如圖11所示，圖中可以明顯地看到，說明改造取得成功。

4" 結(jié)束語

論文針對FOCKE 700_778條包稱重系統(tǒng)控制精度低，響應速度慢，經(jīng)常造成正常條包被誤剔，容易造成條煙堵塞停機等缺點，設(shè)計了一種基于倍福PLC的新稱重系統(tǒng)，采用相關(guān)高速通信模塊，并集成人機交互界面，重新編寫軟件程序。在實際的運行過程中進行效果檢驗，結(jié)果表明，改進后的新稱重系統(tǒng)具有運行穩(wěn)定、條包誤剔除率低、設(shè)備運行效率高等優(yōu)點，體現(xiàn)出良好的經(jīng)濟價值。

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