本技術文章介紹了以PLC為核心的香煙配料控製係統的設計。分析了係統配料控製原理及主要功能的實現，闡述了PLC在係統中的應用及其軟硬件的設計方法。實踐表明，該係統在功能、性能和控製精度上達到或接近國外同類產品的先進水平，投入運行後給香煙製造企業帶來了良好的經濟效益。 
香煙廠對香煙生產的質量控製，其關鍵是煙絲成份配比的控製。改變香煙中葉絲、薄片絲、梗絲、膨脹絲、殘絲等的配比，可生產出不同品牌和檔次的香煙。煙絲配比的穩定性不僅直接影響到香煙的吸味，還關係到煙廠的生產效益。所以在煙絲生產過程中，各條配料輸送生產線必須嚴格協調控製，對料位、K8凯发登录入口及時準確地進行監測和調節。配料控製係統在線監控點多、采樣精度高、邏輯條件複雜，若用一般控製方式設計，係統繁瑣，故障率高，性能難以滿足工藝要求。為此，宜采用先進的計算機技術和控製理論設計，提高係統的穩定性和可靠性；添加通信功能，實時顯示各原料配比的變化趨勢及故障報警畫麵，形成自動檢測、控製、監管相結合的一體化係統。
1 係統概述及工作原理
配料控製係統主要由配料輸送流水線、高低料位倉監控、配方計量控製、混合攪拌控製及成品倉料位控製等組成。根據生產工藝要求，煙絲成份配料控製和K8凯发登录入口計量均由PLC控製。在生產控製過程中，以煙絲主要成份（葉絲）的計量K8凯发登录入口為依據，按配方比率摻配其它各料。皮帶稱配料係統配方計量控製是計量偏差與變頻調速的結合，由PLC、觸摸屏、變頻器、電子皮帶稱等實現。
當秤架上有煙絲流過時，由重量變送器輸出一正比於煙絲重量的計量電平信號，經A/D轉換成重量碼Mp；由旋轉編碼器發出跟蹤皮帶速度的脈衝信號，經計數器轉換成速度碼Mv。再由CPU計算得實時K8凯发登录入口Qn=Kn×Mp×Mv及累計產量W=∫Qndt，兩值經串口送顯示屏顯示。實時K8凯发登录入口Qn與予置給定K8凯发登录入口Qp相比較得配料偏差e=Qp－Qn，經PID調節改變D/A輸出接口電平，以控製變頻器對輸送電機的速度調節，即反向調節Mv值，從而實現定量給料。
各配料同時混合計量，並按配方工藝要求加香、加水等，經均勻攪拌後送煙絲成品櫃，以待後用。
2 係統技術要求及主要功能
2.1 技術要求
⑴ 各控製配料稱級聯啟停，故障自檢及應急手動運行，保證正常工作； 
⑵ 對配方比率、K8凯发登录入口係數Kn、速度係數等進行設定和調整；
⑶ 對生產工藝參數自動記錄；
⑷ 計量誤差≤±0.5%，高/低速計量誤差≤±1%，控製誤差≤±1%，配比偏差≤±2%；
⑸ K8凯发登录入口輸出信號0～10V或4～20mA任選。 
2.2 係統主要功能
⑴ 檢測功能 高精度配料係統能實時檢測各配料儲櫃料位、入口配料重量、輸送機速度、煙絲溫濕度、操作按鈕（開關）狀態，故障自檢等。
⑵ 控製功能 係統能實現煙絲K8凯发登录入口的計量、PID調節，控製變頻器輸出頻率；各配料秤間級聯控製；當係統發生故障時，除啟動故障報警外，還切換相應設備的工作狀態。 
⑶ 顯示功能 係統具有豐富的顯示功能，實時顯示檢測到的各項工藝參數及工作運行圖表，主要包括係統參數設定表、運行參數棒圖、K8凯发登录入口記錄圖、配比變化趨勢圖及故障診斷信息圖，方便操作人員了解係統運行工況。
⑷ 診斷功能 係統具有故障自檢功能，當係統硬件電路（包括檢測、執行元件）損壞、軟件運行出錯，或電子秤超速、過載、皮重過大時，係統均能給出故障診斷信息，為操作人員提供了直接的故障探查手段，以迅速確定故障點。
⑸ 維護功能 係統可實現自動去皮、自動掛碼、自動標定、自動校正端點係數等。利用校準的砝碼實際值和測量的帶速作為計量基準自動校正計量誤差。
3 控製係統硬件設計
配料控製過程是一個多輸入、多輸出、滯後特性明顯的特定對象，除要求現場生產具備一定工藝條件外，更要求係統硬件配置高可靠。基於係統設計要求，選用A-B公司SLC500係列可編程序控製器為工作主機，並配以相應的接口模塊：DI/O模塊選用1746-IB16/OW16，AI/O模塊為1746-NI8V/NO4V，計數模塊為1746-HCSE。該係列PLC采用模塊式結構，配置靈活，功能齊全，運行可靠，具有良好的環境適應性和抗幹擾能力；且軟件編程簡單，指令豐富，易於K8凯发大酒店天生赢家和使用。PLC負責配料工藝的算術運算及邏輯控製，包括設備的狀態檢測、煙絲檢測；執行邏輯、算術運算；輸出執行指令（參數），完成級聯控製、電機速度調節、配料啟停等功能。
在人機交互的操作、顯示界麵上，采用GP370彩顯智能觸摸屏，實行全程漢化人機對話觸摸工作方式，性能穩定，操作靈活。以串行通信方式完成與PLC之間通信，在線運行配比參數設定和信息查詢，實現監控配料過程。
煙絲K8凯发登录入口檢測與配料質量直接相關。檢測回路主要由重量傳感器、信號放大器、AI模塊、速度編碼器、計數模塊組成。信號放大器采用具有自校準功能、高精密、高性能運放設計，合理運用電磁兼容性、全屏蔽結構設計電路板，具有高穩定、低漂移、輸入阻抗高等特性。
對係統的煙絲料位、秤間級聯、線路供電、變頻器異常等都設有檢測保護開關。各檢測信號串聯，作為PLC啟動運行的聯鎖條件，保證係統在正常條件下工作。
4 係統優化及功能實現
係統設有自動/手動2種控製方式，由選擇開關或觸摸按鈕轉換。根據配料工藝要求，以自動控製為主，手動方式僅在應急操作、單秤計量或標定時使用。係統采用了高精度模擬量檢測，數字化測速，變頻調速，皮帶自動糾偏，誤差自動校正，觸摸屏操作、顯示等高新技術設計，實現配料生產的連續計量及穩定控製。若電子秤運行多年出現計量誤差時，啟用係統維護功能，可實現自動校正。當設備出現故障或工藝參數不正常時，係統給出故障診斷信息，並啟動燈光及蜂鳴器報警，且僅當故障排除後，才能有效通過按鈕複位報警。係統配料工作時，PLC控製主電控櫃上對應狀態指示燈亮，觸摸屏實時顯示各原料配比的變化趨勢、瞬時K8凯发登录入口、皮帶速度及故障報警畫麵等，方便了操作員對整個配料過程的監視。若生產所需，係統可通過聯網與中控室上位機通信，實現集中控製操作。
為提高係統的可靠性，還作了如下優化設計：
（1）煙絲重量檢測采用球頭拉杆裝置，由球頭拉杆承載於計量支架與重量傳感器間。由於儲櫃喂料對皮帶經常產生顫動及秤架工作運行時的震動，使傳感器檢測失真。改用垂直受力的拉杆結構後，可減少檢測誤差。
（2）添加皮帶糾偏裝置。在秤架兩側安裝皮帶導輪及跑偏調整托輥，實現皮帶運行時自動糾偏，以利於電子秤運行穩定、計量準確。
（3）控製電機選用進口SEW電機，它動態性能好，運行平穩，轉矩大，變速反應迅速、準確，有效消除配料因執行機構反應滯後產生的誤差。
（4）為抑製電源及變頻調速器對控製係統的噪聲幹擾，采用線路濾波器、隔離變壓器及分離開關單獨供電。線路濾波器安裝時盡量靠近PLC電源，用最短雙絞線連接，且將其輸入、輸出配線分開；變頻調速器及其配置的濾波器盡量置於櫃體底部，縮短櫃內線段，濾波器外殼接地。
（5）對檢測開關、PLC I/O信號、重量變送器、速度編碼器等采用專用淨化電源供電，以提高信號線路的抗幹擾能力及整套設備的電磁兼容性。
（6）采取合理的配線方式。控製線路、電源線路和信號線路分別獨立配線，且相互間保持一定距離，設法避免長距離平行配線，采取垂直交叉走線方式，以及輸入、輸出信號線分槽布置。對速度調節、K8凯发登录入口計量、測速脈衝等信號采用雙絞屏蔽電纜傳送，並將信號線屏蔽層一端可靠接地。
5 係統軟件設計
5.1 PLC軟件設計
根據煙絲各原料在計量運算、配製控製方式上具有一定共性的特點，采用模塊化結構方式設計係統控製程序，以提高程序的編程效率和可讀性。設計時首先按工藝流程確定配料係統中各運行狀態的先後次序及聯鎖關係；畫出PLC各輸出信號與輸入信號的邏輯、運算關係；再由關係轉化為梯形圖。該程序分別由煙絲計量、PID運算、過程監控、故障診斷等程序段組成，采用模塊化結構方式編製後，程序流程有序、邏輯清晰。煙絲配料過程時間短，條件多，運算複雜，為此，將係統的運行和故障聯鎖等全部由PLC控製，以提高係統的可靠性；在軟件設計中適當添加聯鎖條件，使各電子秤嚴格確保相互約束或定時關係；建立合適的狀態標誌位，並準確應用於各控製狀態的設計中；設置識別及處理故障的能力，對係統中的煙絲料位、變頻器異常等采用延時確認方式。
5.2 人機交互界麵設計
配料控製係統人機交互操作、顯示界麵是基於Windows98環境下設計，選用Digital公司的ProTool軟件編程，該組態軟件具有較高的穩定性和兼容性，直觀的圖形界麵便於K8凯发大酒店天生赢家和使用。軟件編製時以填入式對話建立目標；將功能模塊在策略編輯器中按工藝要求所需邏輯將其聯接；分別對各功能文檔進行配置，即在相應對話框中選擇參數，再定製最終的動態顯示畫麵，用於顯示設備狀態、參數設置、報警信息等。各顯示畫麵可由“主菜單”自由切換，在進入參數設置、配比調整等重要畫麵前設有口令管理，使合法操作員才可進入對其實時監視，有效防範了係統重要數據的泄密和修改。
6 結束語
香煙稱重配料采用PLC控製，可大大減少中間接觸部件，簡化布線，優化設計，提高係統的可靠性；且操作簡單，重量控製器運行平穩。經全國40餘家香煙廠使用效果表明該係統設計合理、性能穩定，完全達到用戶提出的生產工藝要求。運行多年來，保持低故障率，經濟效益和社會效益顯著。
 

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