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PLC-DCS在纸板生产自动化系统上的应用

　　1、引言

　　DCS分散控制系统(又称集散控制、分布式控制系统)，是在单回路微机控制系统基础上发展起来的，其综合了计算机技术、通讯技术、CRT显示技术和过程控制技术，采用分层分级的结构形式和分散控制、集中操作、分级管理、分而自治的设计原则，解决了过去计算机控制危险集中、常规模拟仪表功能单一、过于分散和人机联系不方便的缺点。DCS的安全可靠性、通用灵活性、优良的控制和综合管理能力，使其在工业控制领域中得以广泛应用。

　　瓦楞纸板作为目前使用普遍的包装材料，广泛用于电器产品、日常用品等包装。在现代大规模工业自动化水平相对落后和工业、经济建设高速发展的我国，横切机和堆叠机等机组组成连续生产工艺过程。目前国内瓦楞纸板生产化处于相对落后状态。

　　本监控系统采用以可编程控制器PLC为基础的集散控制系统，将PLC作为现场采集控制站，利用Ethernet和Profitbus进行数据通信，完成了对广东肇庆嘉隆瓦楞纸板生产线的工况显示、生产操作、订单管理和出货管理，Zui终实现了企业管理—控制一体化。

　　2、系统总体结构及通信网络

　　2.1、系统总体结构

　　嘉隆瓦楞纸板生产线监控系统采用如图1所示的分布式计算机监控系统。它分为3级结构：现场级、控制级和管理级。

系统总体结构图

　　第一级为现场级。由安装在现场的3个PLC子站辅与其它测量控制设备(如编码器、红外测量仪、变频器等)进行各种数据采集、生产线的现场控制。为现场采集控制器完成现场信号的输入输出，根据给定的工作程序进行数据处理、控制输出，并且将处理结果送操作站。PLC站采用德国VIPA公司的产品，包括一个CPU站和两个I/0站，其配备如下：

　　V200CPU站：主要包括CPU288L、FM250、SM221和SM222等模块。主要用于粘合机和横切机各种状态信号的采集和控制信号的输出。

6、喷粉及纸张的静电消除

　　在印刷时，纸张与橡皮布摩擦会产生很高的静电，影响收纸并导致纸张蹭脏，要使用静电消除器消除纸张上的静电。在彩色印刷时，防止纸面上油墨的粘连，在收纸时，要在印刷纸面上喷上给粉。为了保证胶印机的印刷质量和可靠工作，要考虑以卜环节：

　　1、纸张厚度的检测

　　为了防止多张纸进入滚筒，称为“双张”故障，在实际控制上，凡是50g以上的纸张由微动开关进行检测，50g以下的纸张微动开关检测不出来，采用对射式光电传感器对其厚度进行检测。开机后，对进入印刷机的头三张纸的厚度分别进行测定，算出平均值取其1.5倍作为标准值，以后对每张纸进行检测，凡是大于此值的纸张判定为“双张”，停机并报警，这里的光电模拟信号的模数转换、数值运算及输出由PLC完成。

　　2、纸张到位

　　在印刷过程中，由于送入的纸张歪斜会造成废品，要使用反射式光电传感器作为检测元件对其进行故障测定。

　　3、合压控制

　　送入压滚筒的纸张，要在滚筒的一定位置送入，进行合压，无后续纸张时，及时离压，否则会在以后的印刷时造成背面“蹭脏”现象，但要求在连续印刷时要锁定合压，防止印刷小纸张时，每过一张纸就离压一次。这里的印刷周期作为标准，由电感传感器取出信号。打码合压的要求也同样如此。

　　4、重复码控制

　　所制文件或多联发票时，需要打印若干相同号码的印张，其印张数与拔码盘存入数据存储器进行比较，一旦数据相同，就发出信号，驱动拔码机构进行拔号。

　　5、水墨辊的运行控制

　　水墨辊的运行速度影响印刷质量，要保持水墨平衡状态。其速度要对应于主传动的速度，从变频器取出主机的速度模拟量，A/D转换后，调整比例因子，输出对应的脉冲或脉宽，控制伺服电机，达到水墨平衡的效果

　　6、互锁，连锁控制

　　为了保证安全，正、反点车之间需要互锁，运转与点动之间需要互锁。在收纸台下降到板限位置时停止输纸;在运转时，如果机电的护罩被打开时，要立即停车，防止意外事故发生。

　　7、对PLC的输出进行保护

　　胶印机的大部分输出执行器采用电磁铁驱动机械结构实现控制的，虽然PLC的继电器可以直接使用，但电感性负载对触点不利，一旦出现问题，要更换或检查PLC的输出继电器不是一般用户能做到的，我们采用PLC继电器控制外部继电线圈，由外部继电器触点控制电磁铁，便于故障的检测和排除，延长PLC的使用寿命。

　　应用分析

　　原先，我们使用集成电路设计成控制电路，采用门电路，触发器，计数器，模拟开关等集成电路，其控制系统稳定可靠，但灵活性差，其优点是成本低，其输入与输出是并行工作的，速度快。但在市场经济的环境下，产品不断地改进与更新，对控制系统不断提出新的要求，集成电路控制系统跟不上发展的需要，开始采用PLC控制。在胶印机中，50g以下纸张的厚度检测和水墨平衡的调节是通过模数转换，经过运算而取出控制信号的，模数转换时间，经查阅有关资料，一般在200us左右，加上传输时间应小于250us，胶印机Zui高速度按12000RPH计算，一个运行周期为0.3秒，纸张在前规位置停留可供检测的时间约在0.15s左右，模数转换可采用中断方式进行信号的检测，若程序长度为1K，其扫描周期不会大于2ms，可在相邻的扫描周期内检测到纸厚信号，可以在0.15s时间内做出反应动作，而水墨辊的检测无严格时间限制可忽略不考虑。2001年接触到施耐德公司NEZA产品，现在已应用在A45，A46胶印机上，经过调试，满足了这两个型号产品的技术要求。