西门子6ES7211-0AA23-0XB0使用选型
一、ZJ17卷接机组 PLC 改造介绍
1.1原控制系统缺点
ZJ17卷接机组原来的电控系统采用逻辑电路板和继电器的控制方式，信号变换处理由专用的电子卡实现。缺点主要表现在如下几个方面：
◆元器件数量多
经统计，在ZJ17机组的电控箱中（不包括SRM电控部分），元器件数量在220个以上。其中有触点元器件大约180个，占电控箱元器件总数80%以上，电控系统故障点很多，稳定性较差。用户反映因元器件触点而使机组停机停产的，占故障发生率的40%左右。
电控箱元器件的专用件多，达150个以上，虽说大部分已国产化，但寿命短、质量不稳定，而进口件订货周期长，给维修更换以及备件的采购带来不便。
◆连接线多、接点多
经统计，连接线约2000根，接点量约4000个，其中80%接点为插接式。维修工作量大，故障查寻也麻烦，这也是系统不稳定的重要因素之一。
◆电子卡故障较多
除SRM（重量控制系统）电子箱外，YJ17、YJ27电子箱共有41块电子卡。电子卡采用插接式连接，因烟厂烟尘较多，环境较差，加之国内采购的电子元件质量得不到严格保证。电子系统故障较多，时好时坏，难查寻。
◆可维护性较差
电控箱、电子箱出故障后，需根据故障提示，再根据电路图分析，经过繁琐的查找、测试方可找出原因。
1.2PLC控制系统改造的必要性
随着时间的推移，机器电气部分老化严重，故障率逐年提高，影响了烟厂的正常生产。在此情况下，采用PLC技术对电气系统进行改造显得非常必要。
我们认为，不论是进口的PROTOS70还是国产的ZJ17卷接机组，现用的电控系统技术是较落后的。ZJ17机组电控系统PLC技术改造很有必要，势在必行。
采用PLC控制技术具有以下优势：
◆元器件数量大大减少
一个PLC模块可实现很多元器件功能，元器件将减少140个以上，比例超过60%，绝大部分电子卡被取消；
◆连接线及接点大大降低
新系统的连接线总数约500根，接点数量约1000个，原先需多个元器件组成的电路，在PLC中通过软件实现，取消了中间接点，系统的可靠性大大提高，故障大大降低；
◆可维护性增强
PLC系统具有自诊断功能。系统外围或内部出现故障时，能直观显示、维修非常方便；
◆可与上位机联网，实现数据传送及数据管理；
◆可通过国际互联网，实现远程通讯及远程诊断；
1.3PLC控制系统改造系统简介
ZJ17 卷接机组 PLC控制系统是由常德烟草机械有限责任公司和深圳市鸿捷源自动化系统有限公司联合开发的，已经在多家卷烟厂成功地应用了一年以上的时间。
该系统采用德国西门子公司S7-400系列PLC作为控制系统核心部分，辅以一体化工控机代替原有的控制系统，取消了原来绝大部分的电子箱，大大地提高了系统的可靠性。具有如下优点：
⑴采用先进的PROFIBUS-DP现场工业总线 ，将VE、SE和MAX控制部分、阀岛（FESTO）、变频器（LENZE）等单元均作为PROFIBUS-DP的子站，方便调试和维护,SRM重量控制系统和烟支检测系统则通过CANBUS总线与HJY-1人机界面交互系统相连。使用两层总线形式，即管理层使用CANBUS总线，控制层使用PROFIBUS总线。做到了控制信息和管理信息在物理上得到了分离，保证系统的安全可靠。大限度地利用已有技术方案，并且在技术上向PROTOS 1-8、PROTOS90E靠拢。可以为引进新烟机做好技术储备。
⑵故障率低。由于PLC控制器具有防震、防尘、抗干扰等优点，大大地提高了系统性能，平均无故障时间可达十万小时以上。
⑶操作直观、方便。全汉化的计算机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数、查询产量、消耗等，有故障显示，报警功能。
⑷维修方便。由于采用的都是国际上通用的软、硬件，便于工厂技术人员掌握，备品备件可在国内选购，或由本公司协助采购。
⑸增加数据采集系统，可方便地显示每班所用的卷烟纸、水松纸、滤嘴棒等辅助材料的消耗及各种生产数据的统计。
⑹由于采用了高性能的工控计算机，能够为生产车间的计算机化管理提供网络接口。
⑺PLC程序的设计完全按照原来逻辑线路的控制原理，并参考了PROTOS1-8和PROTOS90E的程序设计结构，符合烟厂操作工的维护和使用习惯。根据用户的要求可以将原来的温控系统采用软件PID控制。
⑻针对逻辑线路板控制的PROTOS 70或ZJ17卷接机组的PLC电控改造，现场的工作时间为7至10个工作日。
◆VE电控柜
PROFIBUS-DP 子站一
◆SE电控柜
PROFIBUS-DP 子站二
CPU 414-2DP PROFIBUS-DP 主站
◆MAX电控柜
PROFIBUS-DP 子站三
◆阀岛
PROFIBUS-DP 子站四
◆变频器
PROFIBUS-DP 子站五
二、ZJ17卷接机组人机界面交互系统 HJY-1 （ IT80 ）介绍
用于替换原进口 PROTOS70机组及国产ZJ17卷接机组中的IT80，并作为PLC电控系统的标准配套改造。HJY-1是SRM系统的监视器，也是SRM系统进行人机对话的界面。
HJY-1在原IT80的基础上新增加了专家故障诊断系统和数据采集系统。图1是HJY-1的外形图，其显示界面分为三个区域：
界面顶端——标题区：显示报告编号、名称、机器编号、运行状态以及系统时间等信息。
界面中间——报告区：显示卷接机组的生产信息和相关数据，点击相应的菜单按钮，显示报告内容、故障诊断（含图形提示画面，如图2、3、4所示）、数据采集显示（如图5、6所示）等。
界面底端是一排菜单按钮，根据操作的需要可触摸相应的按钮。
针对原IT80控制系统的特点，并考虑到与原IT80系统的完全兼容，HJY-1采用德国西门子公司带有触摸屏的SIMATIC PANELPC一体化工控机代替原控制系统。其优点如下：
⑴采用工业级的一体化工作站，CPU Pentium Ⅲ 500M,RAM 128M,硬盘10G或以上，bbbbbbs NT4.0（bbbbbbs2000）操作系统，12″或15″液晶触摸屏。方便操作者使用。
⑵故障率低。西门子工控机具有防震、防尘、抗干扰等优点，大大地提高了系统性能。
⑶为了方便烟厂操作人员的维修和维护，重新设计了卷接机组的故障显示系统，并按照PROTOS 1-8的方式增加了故障的专家诊断系统。
⑷操作直观、方便。全汉化的计算机界面，方便操作人员了解设备状况，修改工艺参数、查询产量、消耗等。
⑸增加准确的数据采集系统，可方便地显示每班所用的卷烟纸、水松纸、滤嘴棒等辅助材料的消耗及各种生产数据的统计。
⑹增加机组的调试和运行参数设置菜单，并可按需要设置相应的保护密码。方便机组操作人员的使用和管理。
⑺由于采用了高性能的工控计算机，能够为生产车间的计算机化管理以及厂内的ERP系统提供网络接口，实现数据传送和管理。还可通过国际互联网，实现远程通讯和远程诊断，更好地为用户服务。
⑻在故障显示画面动态地指示各个检测元器件的状态，以及相应的调整方法和元器件的型号说明；
⑼增加随机说明书和电器图纸的电子文档，方便操作工的维修和操作，当用户打开电器图纸帮助文档时，可以根据元器件的型号查找其所对应的电器图纸，在显示的图纸中双击高亮显示的元器件名称即可弹出一个窗口显示该元器件的型号和调试说明等内容。
图 1 HJY-1 外观示意图
注：将原来的IT80改造为HJY-1型PROTOS70卷接机组人机交互系统，现场工作时间小于一个小时！
图 2 VE故障帮助示意图
图 3 SE故障帮助示意图
图 4 MAX故障帮助示意图
图 5 数据采集棒形图显示
图 6 数据采集实时显示
图 7 动态显示系统
图 8 在线电气图纸
图 9 在线帮助文件
三、ZJ17卷接机组新型烟支重量控制系统 HJY SRM-N3 介绍
新型烟支重量控制系统针对原SRM 与重量控制有关的程序进行解读，并完全按照其控制模式重新编程，采用 CAN-BUS 总线技术与上位机通讯，并采用 INbbb公司的 C196 系列 16 位单片机作为主控制器，以更适应当前烟机技术的发展。
本系统充分利用了 C196系列单片机的特点，用一个单片机实现原 SRM 系统重量控制的功能，包括 MRK2 板、 KIK 板、 SCBP 板和 DCP板的全部功能。
应用大量开发软件开发适合重量控制系统的CAN-BUS 总线模块，使 SRM 重量控制系统可以与 CAN-BUS 连接，从而与供丝、卷烟、接嘴各部分的 PLC（改造后的系统）交换数据，并与触摸屏通信，显示各种报告并接收各种设定参数。
本系统具有以下特点：
1、重量计算更加精细，控制更加合理，分析原系统在核扫描器信号的读取、补偿、线性修正、数字滤波、重量换算等的处理方法；在重量计算、调节控制等方面更加准确可靠，更加准确地控制烟支单支克重，平均重量偏差也优于原系统。
2、改进了控制算法，增加了Fuzzy-PID算法，专家系统，对重量偏差进行修正。可以对曾经发生过的偏差事件有记忆和经验分析，带有人工智能的特性功能。提高了重量控制克服扰动的性能，收敛更快。终使得烟支重量的正态分布曲线更陡，标准偏差得到改善。
3、 整机设计时，考虑了电气连接和机械安装的兼容性。 既可以与PLC结合组成新一代的烟机控制系统，也可以直接取代老机器的SRM和IT80，实现老机组的技术改造。重新设计的接口可以方便地与多种系统相连，包括新的微波扫描装置。
4、设计结构更为紧凑，可靠性大大提高。由于集成度的提高，功耗大幅度下降，温升下降，提高了可靠性。新的重量控制系统体积相当于老SRM的一半左右，而重量仅有老SRM的三分之一左右。
5、 通信速率更高。采用CANBUS总线时，高通信速率可达12M bit/s。相比于老SRM与IT80之间9.6Kbit/S的通信速率，系统的实时性更强。
6、 对109报告进行改进，动态显示烟支压实端位置分布曲线图，更加方便质量的监督和管理 。
109 报告
7、 增加了113报告，即偏差趋势显示报告。以横坐标代表生产的烟支数量，纵坐标代表重量偏差，动态的显示所生产烟支的重量偏差。
113 报告
8、增加了114报告，即偏差分布显示报告。本报告显示了1万支烟里各种重量偏差的烟支数量分布图。采用移动平均的算法，每一千支烟刷新一次。
114 报告
9、内置的网络功能，为企业的信息管理提供了坚实的基础。
图 9 新型烟支重量控制系统
注：将原来的 SRM系统改造为新型烟支重量控制系统，现场工作时间小于一个小时！
四、检测系统（适用于PROTOS70 、 PASSIM7000 等）
新型烟支检测控制系统（HJYCIS-N1 ）由我公司完全按照 PROTOS70 原型机的烟支检测控制模式重新编程，采用 CANBUS 总线技术，并采用INbbb 公司的 C196 系列 16 位单片机作为主控制器，以更适应当前烟机技术的发展。
本设计充分利用了 C196系列单片机的特点，用一个单片机实现所有得控制功能，包括松头检测、漏气检测、 OTIS 外观检测等等。
应用大量开发软件开发适合烟支检测控制系统的CANBUS 总线模块，使 HJYCIS 烟支检测系统可以与 CANBUS 连接，从而与供丝、卷烟、接嘴各部分的 PLC（改造后的系统）交换数据，并与触摸屏通信，显示各种报告并接收各种设定参数。
HJYCIS-N1烟支检测系统
本系统具有以下特点：
◆ 控制更加准确，由于采用了高性能的单片机（C196）及高速数模转换电路等先进技术，使得在卷烟机以每分钟7000支运行的时候能够完成对每支烟80次的采样；相比于原来的10次采样大大提高了采样的次数，提高了采样精度并降低了控制的偶然性，能够更加准确的进行控制；
◆ 优化松头和漏气检测，原来的烟支检测采用 I 2C总线与面板通信，很容易影响到松头和漏气的检测，而HJYCIS-N1采用先进CANBUS总线通信（高通信速率能够达到12Mbit/S）,完全杜绝了通信对检测的影响；
◆ 增加高速剔废阀好坏的检测，由于采用了自主设计的软硬件，针对在生产运行中经常出现的高速剔废阀失效进行判断，避免了因为剔废阀工作不正常而造成的对有缺陷烟支的漏剔现象；
◆ 调试方便， 通过CANBUS总线将上位机（HJY-1）与HJYCIS-N1通信，所有的参数设置和调试均采用全图形化界面在HJY-1人机交互系统中完成。由于极高的通信速率（高可达12Mbit/S）,操作人员可以在HJY-1人机交互系统中观察到漏气传感器、空头传感器和OTIS传感器的实时波形，并通过控制移位脉冲更jingque的选择采样点，从而提高控制精度；
CIS 控制参数
图形调试系统 - 松头调试
图形调试系统 - 漏气调试
◆ 接线简单方便，采用压接端子替换原来的接插件，使得更换元器件更加方便，模块式的安装也大大方便了现场的改造。
注：将原来的 SRM系统改造为新型烟支重量控制系统，现场工作时间小于一个小时！