符桂
深圳烟草工业有限责任公司
摘要：随着我国烟草行业的发展，为追求更高效的卷烟生产和产品质量等，进行卷烟自动化生产线的设计和应用，已经成为装备制造业的重点研究领域之一。本研究以卷烟生产过程中的自动供胶为目标，该系统采用西门子S7-1200PLC，模块化设计，可根据用户的乳胶使用种类和机台的分布情况，对供胶系统和接收系统的数量进行合理配置，控制系统灵活组态，从而实现对现有卷烟生产工艺的自动化生产。
关键词：PLC；S7-1200；供胶系统；
0.引言
卷烟各类白乳胶的使用，是卷烟生产过程中至关重要的一环。[[[] 李聚魁，李成名，芮海涛.卷烟机本地自动供胶系统的研制[J].电子制作，2012(12x),167-167.]]全自动白乳胶输送系统适用于卷烟厂的卷接包车间，可对卷接包机组使用的各类白乳胶进行真空脱气处理并自动输送和供给到各机组胶缸。该系统的使用，可改善由于乳胶中气泡造成的烟支卷接和包装搭口粘接不牢问题。全自动的加胶方式代替了人工加胶方式，杜绝了人工加胶可能造成的环境污染和乳胶因中转放置而干结的问题。同时，集中供胶规范了车间辅料管理，避免原料浪费，提高了乳胶的有效利用率。[[[] 白乳胶自动输送系统使用说明书.20]]
1.系统概述
该系统采用西门子S7-1200PLC，模块化设计，可根据用户的乳胶使用种类和机台的分布情况，对供胶系统和接收系统的数量进行合理配置，控制系统灵活组态，从而实现对现有卷烟生产工艺的自动化生产。供胶系统在运行时，实时监测传感器的反馈，并根据生产时系统的运行状态，对气动角阀和伺服电机等执行机构发出相应的控制指令，从而实现对胶缸液位、重量、压力等各类生产参数的实时监控和准确控制，[[[] 杨晓雯.西门子PLC在冷轧生产自动化控制中的应用[J].中国金属通报,2020(4),152,154.]]达到白乳胶的自动输送和供给。
2.系统硬件设计
2.1系统组成及功能
供胶系统由人工加胶槽、真空罐、气动角阀、真空泵、螺杆泵、传感器、触摸屏、声光报警灯、电控柜和管路组成。
桶装乳胶由人工通过加胶槽倒入大胶箱。气动角阀内置电磁阀，并具有打开和关闭反馈输出，能够实时的检测角阀的状态。真空泵抽吸真空，利用负压把加胶槽的白乳胶吸入真空罐中，并且除去白乳胶的气泡。真空罐配有称重传感器，控制系统根据重量信息自动完成脱气充胶过程。真空罐采用一备一用的设计保证系统的可持续工作能力。电控柜：每个供胶系统独立一套电气控制系统与供胶单元集成一体。伺服电机通过速度控制螺杆泵将白乳胶由管道输送到指定机台。触摸屏是系统信息的反馈和操作平台，能够实时的反馈系统参数和系统状态。
2.2系统控制原理
卷烟供胶控制系统如图1所示，胶缸采用导向脉冲式液位传感器，真空胶罐采用称重式液位传感器，真空罐加装浮球开关作为液位检测的最后一道保障措施。真空管道、真空罐、压缩空气管道采用模拟量输入型压力传感器，可以通过人机界面实时显示压力和真空罐液位。各种控制阀岛采用电磁阀控制气动角阀，自带电气反馈信号，交流接触器控制真空泵。
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图1卷烟控制系统结构
Figure 1 . Structure of cigarette control system
在供胶系统运行时能够实时监测 2 个真空罐的胶量液位，A罐液位高于高液位时，PLC系统通过控制伺服电机速度驱动螺杆泵向用胶点供胶，并在A罐液位低至下限值时，通过气动角阀关闭 A罐出胶，启动真空泵向A罐进胶，同时B罐开始工作向机台胶缸供胶。
本供胶系统选用西门子S7-1200型基本模块CPU1215C、数字量直流扩展模块SM1223和模拟量直流扩展模块SM1231组成控制器，[[[] 张喜萍.基于PLC的通风机监控系统的研究与应用[J].煤矿机械,2018(9),163-164.
]]系统采集胶罐称重传感器、胶缸液位传感器、压力传感器、阀岛反馈信号、控制按钮/开关信号，以及根据传感器反馈信号对气动角阀、伺服电机进行控制供胶系统的进胶和出胶。生产人员可通过人机界面实时观察的系统的工艺反馈参数和系统运行状态，从而控制设备的持续安全运行。
2.3系统通信网络
人机界面、伺服电机和主控PLC间的通讯方式为PROFINET通讯，而各个传感器，真空泵，各个气动角阀与主控PLC之间的信号交互则是通过I/O口实现的。在通信网络建立好后，主控PLC通过各个传感器的信号反馈信息，从而对执行机构发出相应的指令，各执行机构按主控指令执行，并通过传感器反馈实时运行状态。依据反馈的状态信息，主控系统进而对下一次整个系统的运行进行控制协调，从而实现对整个系统的运行控制。系统通信网络图见图 1。
2.4 PLC系统I/O口分配
根据供胶系统设计要求，该控制系统有1个16入/16出数字量输入输出模块、1个8点模拟量输入模块。首先结合设计需求的输入输出信号分配相对应的I/O口，因此I/O 口分配如表 1 所示。
表1 控制系统I/O口分配表
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3.系统软件设计
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图2 供胶系统控制流程图
Figure 1 . Flowchart of General Control System
供胶系统的控制流程如图 2 所示。当A罐液位大于中液位，增压泵压力小于设定上限，A罐进胶关，B罐出胶关，主控PLC驱动气动角阀开A罐出胶，同时主控PLC根据B罐液位传感器反馈，决定是否进胶。主控PLC系统随时依据液位传感器、压力传感器等反馈的状态信息，对下一次系统的循环运行进行控制协调，从而保证系统的可持续运行。
4.结论
随着工业现代化的发展，自动化生产线在卷烟生产的过程中占有不可或缺的地位。自动化生产线的控制系统具有提升生产效率，可靠性高，易于维护等特点，极大满足了企业的卷烟生产需求。本设计中采用西门子S7-1200PLC模块作为控制核心，实现了白乳胶的自动输送和供给到各机组胶缸，它的应用为卷烟生产注入了新的活力，集中规范了卷烟生产过程的管理，极大地提高了企业的生产效率和产品质量，同时也降低了卷烟企业的生产成本，使企业获得更大的经济效益。