摘要：

PASSIM卷烟机接装部分靠拢鼓轮的升降是通过逻辑气路来实现的，其核心部件是逻辑气路板。该气路板是英国MOLINS公司定做的专用件，价格昂贵，结构复杂。它既是控制部分又是执行部分，功能集中。在日常使用过程中，该气路板的动作受气源的压力、灰尘、水分等因素的影响明显，而且该气路板需实现多路气转换，导致其可靠性低，易磨损、寿命短，且不方便维修，需对其进行改进。

为了提高系统的可靠性和使用寿命，降低维护成本，便于维修，我们将控制器和执行器分离，采用PLC作为控制部分，电磁阀作为执行部分，重新设计了靠拢鼓轮升降、搓板清洁气路系统。经过数月运行，该系统运行稳定、可靠，故障率低（尚未发生故障），目前正在我厂逐项修机台更换。

关键词：

PASSIM 靠拢鼓升降系统 PLC 电磁阀

一、现状分析

PASSIM卷烟机是英国MOLINS公司在上世纪90年代设计生产的高速卷烟机，其设计生产速度为8000支/分钟。由于机器设计时间较早，其主控制器为西门子S5-135U PLC。该PLC功能较弱、输入输出点较少，因此该机器有许多分系统都是由辅助的逻辑电路和逻辑气路完成。其接装机靠拢鼓轮升降系统采用的就是逻辑气路控制模式，实现靠拢鼓轮升/降，搓接板锁紧/放松，清洁等功能。该逻辑气路板在机器设计之初具有一定的先进性，体积小、功能强、无需外围辅助电路等，但在PLC使用日益普遍的今天，其相对于“PLC控制+电磁阀执行”模式，缺点表现得十分明显：

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1、结构复杂，稳定性差。由于该逻辑气路板集成逻辑运算与多气路转换等功能于一身，其内部包含多个不同类型的气动元件，比较复杂，其内部多路气转换容易互相影响，故障率较高。

2、外围因素影响明显，可靠性低。气源的压力、灰尘、水分等因素，对该气路板影响较大，常出现气源气压有所变化，该逻辑气路板无法换气等故障。

3、功能过于集中，不便于维修。该逻辑气路板将逻辑气动部件、转换阀集于一身，出现故障时不便于日常维护。

4、专用部件，价格高。由于该部件需实现特定的逻辑功能，为英国MOLINS公司专门定制的专用件，其价格较高，使用不经济。

因此我们将采用西门子S7-200 PLC和电磁阀对靠拢鼓轮升降系统进行改进。

二、PLC特点与S7-200技术特性介绍

PLC即可编程控制器，是一种专门为各种工业应用而设计的控制装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的生产过程。它具有以下特点：

1、可靠性高，抗干扰能力强

高可靠性是电气控制设备的关键性能。PLC由于采用现代大规模集成电路技术，采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。

2、功能完善，适用性强

PLC发展到今天，已经可以用于各种规模的工业控制场合。除了逻辑处理功能以外，现代PLC大多具有完善的数据运算能力，可用于各种控制领域。

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3、系统设计、维护方便，容易改造

PLC用存储逻辑代替接线逻辑，大大减少了控制设备外部的接线，使控制系统设计及建造的时间大大缩短，同时维护也很方便，更重要的是可以通过修改程序，使设备实现不同的功能。

4、体积小，重量轻，能耗低

以超小型PLC为例，其底部尺寸小于100mm，重量小于150g，功耗仅数瓦。由于体积小很容易装入机械内部，是实现机电一体化的理想控制器件。

西门子S7-200系列在集散自动化系统中发挥着强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的领域。如：钻床，铣床，磨床，化工机械，烟草机械，中央空调，电梯控制等。S7-200系列PLC一共有4个不同的基本型号的8种CPU，本系统将采用CPU222 DC输入DC输出型号，主要参数见表1。

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表1 S7-200 CPU222主要参数

该机可连接2个扩展模块，6K字节程序和数据存储空间，4个独立的30kHz高速计数器，2路独立的20kHz高速脉冲输出，1个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，非常适合于小点数控制的微型控制器。

三、方案设计与实现

为了提高靠拢鼓轮升降系统的稳定性与可靠性，便于日常维护，降低维修成本，我们采用西门子S7-200 PLC（CPU222 DC输入\输出）作为控制器，2个双线圈2位5通电磁阀和1个单线圈2位3通电磁阀，作为执行器重新设计靠拢鼓轮升降气路系统。

1、新方案特点

新的靠拢鼓轮升降控制系统与原有的逻辑气路板控制系统相比具有如下特点：

（1）电路简单，可靠性高。因为采用西门子S7-200作为控制器，其可靠性高、抗干扰能力强，外围电路简单。

（2）气路隔离，稳定性好。采用多个独立的气动单元作为执行件，避免气路转换时互相影响，大大提高了系统的稳定性。

（3）PLC控制，功能更强。因PLC本身具备强大的逻辑、时序运算功能，通过编制程序，可以实现更加丰富的功能。

（4）采用双线圈电磁阀，防止意外失电。采用双线圈电磁阀，即使系统意外掉电，也能保持气路输出状态不改变，保证设备安全运行。

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（5）标准化，模块化。该系统为一个独立的模块，便于安装，移位等，并将其标准化，包括输入/输出接口标准化，功能标准化，使其能适用于不同型号的PASSIM卷烟机

（6）便于维护，成本降低。采用的都是通用型部件，采购成本明显降低。PLC上有各种输入输出指示，极大的方便故障判断，各电磁阀都可单独更换，十分便于维修。

2、系统工作流程

PASSIM卷烟机靠拢鼓轮升降系统逻辑关系：在PA前门联锁打开时，按靠拢鼓下降按钮（该按钮位于防护罩内），靠拢鼓升降气缸下降，搓接板锁紧气缸松开（此时搓接板可以抽出），200毫秒后清洁阀打开；当前门联锁关闭后，清洁阀关闭，同时靠拢鼓轮升降气缸上升，锁紧气缸将搓接板锁死，完成整个流程。具体流程见图1。

图1 靠拢鼓轮升降系统工作流程图

3、电路设计与程序设计

整个电路包括3大部分，及信号输入部分，PLC控制部分，电磁阀执行部分。为了简化电路，节省成本，降低系统故障率，我们采用的输入信号都为原机信号，及接装机（PA）前门联锁信号，搓接板到位信号，靠拢鼓轮释放按钮信号（DEC放下）等。电路见图2

图2 靠拢鼓轮升降系统电器原理图

程序设计梯形图，见图3：

图3 S7-200程序梯形图

输入输出点定义说明：

I0.0:DEC放下（按钮脉冲信号,该按钮在防护罩内，因此在前门联锁未打开时，无法按压该按钮）

I0.1:搓板到位检测（状态信号）

I0.2:PA前门联锁闭合（状态信号）

Q0.0:DEC上升 Q0.1:DEC放下 Q0.2:搓接板锁紧

Q0.3:搓接板放松 Q0.4：清洁阀打开

四、结束语

该系统通过采用PLC控制方式大大提高了其可靠性，而采用多个独立的气动单元保证了气路转换的稳定性，明显降低了系统的故障率，而采用通用配件，将会大大降低维修成本。为了防止机器复杂的电磁环境对PLC和电路造成影响，我们将该系统集成于一个标准的金属盒内，通过PASSIM卷烟机常用的14针插头进行电气连接，而气路采用6mm标准气管接头进行连接，使得该系统标准化，模块化，可移植性好，目前已在我厂多台PASSIM卷烟机上安装。外观如图4：

图4 改造后靠拢鼓升降系统模块