1. 引言
卷煙工業(yè)是中國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)之一，卷煙工業(yè)的技術(shù)進步和生產(chǎn)效率的提高對國民經(jīng)濟的發(fā)展有著重要意義。中國煙草工業(yè)總公司從80年代初期開始進口卷煙生產(chǎn)線，主要有MOLINS，PROTOS，SASIB，GD，F(xiàn)OCK等公司的產(chǎn)品，其中以英國MOLINS公司的MARK系列卷煙生產(chǎn)線進口最多。S9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線是MOLINS公司的最新也是最后型號的卷煙機械，它綜合了MARK-9-5和MARK-10卷煙生產(chǎn)線的優(yōu)點，設(shè)計先進，結(jié)構(gòu)合理，控制功能完善，易于操作。盡管Super9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線具有上述優(yōu)點，但是在現(xiàn)場的使用中仍然暴露出很多不足，主要有以下幾個方面：
（1） 其電控系統(tǒng)核心采用8085微處理器，配以大量的專用電路板，因而通用性差，故障率高。由于MOLINS公司的轉(zhuǎn)產(chǎn)，專用電路板更換困難，不易維修。
（2） 故障和機器運行狀態(tài)顯示過于簡單，僅用17個指示燈表示60余種故障和運行狀態(tài)，一旦發(fā)生故障，難以迅速判斷故障原因，不利于迅速排除故障，保障機器連續(xù)運行。
（3） 運行參數(shù)修改必須在停機狀態(tài)下在專用的電路板上進行，采用撥動開關(guān)設(shè)置，因而不能連續(xù)修改參數(shù)，調(diào)節(jié)范圍廣，且不能在運行中調(diào)節(jié)。
（4） 設(shè)備維修或故障排除時沒有專門的設(shè)備判斷故障是電氣引起還是由機械引起的，難以測試各個動作點有無故障。
（5） 生產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計簡單，只統(tǒng)計成品煙一項，不能保存統(tǒng)計結(jié)果。
（6） 邏輯控制功能已經(jīng)固化，不能進行修改。
基于上述問題，Super9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線的改造勢在必行。
2. 系統(tǒng)概述
Super9又簡稱超9，是一部每分鐘能生產(chǎn)6500只無嘴煙支的卷煙機，與它配合工作的接嘴機是PA9。Super9卷煙機與PA9接嘴機以機組形式提供給用戶。它將煙絲、卷煙紙卷制成符合工藝要求的普通圓形雙倍長煙支，送入接嘴機進行二次分切、接裝濾嘴后，形成普通的帶過濾嘴的煙支。為了實現(xiàn)高速、高效率、低材料消耗的功能，機器具有許多一流的功能，這些功能是由電機、烙鐵、離合器、繼電器、高壓空氣電磁閥和真空電磁閥完成的。輸入到這些電器硬件的部件的控制信號是來自開關(guān)或經(jīng)過邏輯電路處理后的傳感器信號。輸出信號主要用來控制電機、電磁閥等。本系統(tǒng)的輸入信號大約有110個，輸出信號大約有70個。
Super9卷煙機主要由供料系統(tǒng)、供紙印刷系統(tǒng)、煙條成型系統(tǒng)、切割系統(tǒng)四大部分組成。它的工藝流程主要分為以下六個步驟：進料、送料、卷煙紙的輸送、卷制、切割、煙支輸出。PA9接嘴機主要由許多鼓輪、濾嘴棒、水松紙供給裝置等組成。它的工藝流程主要分為以下五個步驟：濾嘴備制、組合煙支、水松紙準備、包卷、轉(zhuǎn)向和輸出。
3.控制系統(tǒng)硬件構(gòu)成
在深入分析研究原有系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用西門子SIMATIC S7-300可編程序控制器為下位機工控機為上位機開發(fā)了Super9/PA9濾嘴卷煙生產(chǎn)線控制系統(tǒng)。SIMATIC S7-300是一種模塊式的結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)構(gòu)成和擴展都十分方便。本系統(tǒng)硬件組態(tài)如表1：
模塊 具體名稱 數(shù)量 備注
CPU模塊 CPU314 1 PLC的核心模塊，由微處理器和存儲器組成。
數(shù)字量輸入模塊DI32xDC24V 4 32個輸入點
DI 16xDC24V, Alarm 1 16個輸入點，帶硬件和診斷中斷
DO 16xDC24V/0.5A 5 16個輸出點
DO 16xRel.AC120V/230V 1 16個輸出點，負載電壓24~120/230VDC48~120/230VAC
模擬量輸入輸出模塊AI4/AO2 1 支持4個模擬量輸入，2個模擬量輸出
高速計數(shù)模塊 FM350-2 COUNTER 1 用于高速的精確計數(shù)
通信模塊 CP 340-RS232C 1 用于PLC和上位機的通信
電源模塊 PS 307 5A 1 為其他模塊提供DC24V電源
接口模塊 IM 365 2 用于擴展機架
表 1：系統(tǒng)硬件組態(tài)
4.控制系統(tǒng)主要軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件包括下位機PLC控制軟件和上位機人機界面軟件。下位機編程軟件采用的是STEP7 V5.2，主要功能是完成系統(tǒng)的編程和組態(tài)；上位機軟件采用Visual Basic,主要功能是實現(xiàn)人機界面，把當前機器的運行狀態(tài)、運行速度、故障狀態(tài)等信息顯示出來。
下面主要介紹下位機PLC控制軟件及實現(xiàn)。
下位機PLC控制軟件用來完成生產(chǎn)工藝的全部任務(wù)，該軟件開發(fā)的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)自動化的成敗。整個系統(tǒng)編程采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計，使軟件結(jié)構(gòu)更為簡潔，可移植性好，便于修改和調(diào)試。主控程序OB1中決定什么情況下調(diào)用哪個功能（FC），自PLC運行后OB1循環(huán)往復的執(zhí)行，每個功能（FC）用來完成不同的過程任務(wù)。
本系統(tǒng)用到的組織塊及功能如下：
OB塊：程序循環(huán)塊OB1、中斷服務(wù)塊OB40、暖啟動塊OB100
FC塊：高速計數(shù)子程序、安全連鎖、S9故障狀態(tài)子程序、料斗部分動作、換盤紙子程序、PA9部分機器故障狀態(tài)、PA9電機及切刀濾棒控制、水松紙部分控制、煙支剔除、開機清理等、狀態(tài)顯示、機器速度設(shè)定及處理、機器幾種運行狀態(tài)、機器啟動運行、下位機往上位機船的參數(shù)、:通信模塊、上位機傳參數(shù)的初始化
PLC控制程序的總體結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。
