西门子S7-200在ZB47B细支包装机组条包美容器自动排空系统中的应用

黄盛隆 苏猛 魏继刚

【摘 要】ZB47B细支包装机组在设备停机时，条包美容器中的条包烟无法自动排出，需要操作人员人工将其取出，这样不仅增大了操作人员的劳动强度，而且长时间在美容器中无法排出的条包烟有被加热过度的风险。为了提高工作效率，减少操作人员的劳动强度和杜绝质量隐患，采用西门子S7-200可编程逻辑控制器为主体，设计一套条包美容器自动排空系统，实现美容器内的条包自动排出功能。

【关键词】可编程逻辑控制器;传感器;自动控制技术

1 排空系统自动控制要求及工艺流程

1.1 排空系统自动控制要求

自动排空功能需要满足以下几个条件：ZB47B细支包装机组设备停机时间超过15秒，防止条烟包在美容器内加热时间过长;条包透明纸加热美容器与条烟包分离，防止推杆推条烟包时，与美容器相撞挤坏推杆;设备盘车手轮在原点位置，自动排空条烟包时禁止盘车和启动设备，防止挤坏推杆;排空推杆处于原点初始位置;加热美容器出口有条烟包存在;手动排空按钮没有被按下。此时西门子200PLC内部程序控制输出信号使电磁阀得电，气路导通推动气缸带动排空推杆动作，将加热美容器内的条包烟自动推出加热通道。当加热美容器出口处无烟包，并且排空推杆不在原点初始位置，此时西门子200PLC内部程序控制输出信号使电磁阀失电，气路关闭，气缸带动排空推杆返回初始位置，完成一次停机自动排空过程，等待再次满足排空条件后下一循环的排空过程。

自动排空免除功能。按下自动排空免除功能按钮，将不再执行自动排空功能，即使满足排空设定时间及其他条件，烟包排空推杆也不动作。

1.2 排空系统工艺流程

自动排空工艺流程：

2 排空系统自动控制硬件配置

2.1 西门子S7-200可编程序逻辑控制器的性能选择及参数分配

2.1.1 西门子S7-200可编程序逻辑控制器的性能及原理

西门子S7-200PLC功能强大，有6种CPU模块，最多可以扩展7个扩展模块，扩展到256点数字量I/0或45路模拟量I/O，最多有24KB用户程序存储空间和10KB用户数据存储空间，CPU指令处理周期短，每执行1K语句仅需要0.8毫秒，最高计数频率为200KHZ，高速输出最高频率为100KHZ。S7-200的程序结构简单清晰，由主程序、子程序和中断程序組成。编程软件使用方便，支持梯形图、语句表和功能块图多种编程语言。

西门子S7-200可编程逻辑控制器的工作原理。控制器工作方式有运行和停止两种模式。在CPU模块的面板上用发光二极管显示当前的操作模式。开关拨到运行模式时，CPU通过执行用户程序来实现控制功能，开关拨到停止模式时，CPU不执行用户程序，处于停止状态。PLC通电后，会对软件和硬件进行初始化操作，初始化后会开始一种周而复始的工作方式，这种工作方式称为循环扫描工作方式。每次循环的时间称为扫描周期，由读取输入、执行用户程序、处理通信请求、CPU自诊断、改写输出等五个阶段组成。

2.1.2 西门子S7-200可编程序逻辑控制器的选择

按照条包美容器自动排空系统的设计要求，此次控制器的选择需要6个输入点和5个输出点。因为西门子S7-200可编程序逻辑控制器有程序结构先进，存储结构灵活，体积小，价格低等优点，所以我们本次选用 SIEMENS CPU224 DC/DC/DC（6ES7 214-1AD22-0XB0）型号的控制器，该控制器有I0.0至I0.7和I1.0至I1.5共14个输入点。采用了双向光电耦合器，24V直流极性可任意选择，控制器接口1M为输入端子I0.0至I0.7的公共端，2M为I1.0至I1.5输入端子的公共端。Q0.0至Q0.7和Q1.0至Q1.1共10个输出点组成，Q0.0至Q0.4共用1M和1L公共端，Q0.5至Q1.1共用2M和2L公共端，在公共端上需要通入合适的电源，为可编程序逻辑控制器的负载供电。选用的该款控制器可完全满足自动排空系统的需要。

2.1.3 自动排空系统S7-200可编程序逻辑控制器I/O分配表

输入信号：

I0.0 条烟推杆原点检测信号

I0.1 条烟包存在检测信号

I0.2 包装机组设备停机信号

I0.3 自动功能免除按钮信号

I0.4 手轮脱开检测信号

I0.5 美容器烙铁与条烟包靠近信号

输出信号：

Q0.0 断开设备启动传感器信号K901

Q0.1 自动排空系统电磁阀Y902

Q0.2 断开美容器与条包靠近电磁阀信号K903

Q0.3 自动排空系统状态指示灯H904

Q0.4 断开辅机设备主电机无源制动信号K905

2.2 传感器及控制继电器的选择

条烟推杆原点检测与手轮脱开检测，由于检测的都是金属物体并且需要高电平输出，所以采用PNP型电感式传感器。条烟包存在检测，因为条烟包此时仍然在美容加热器中，避免传感器被高温损坏，影响检测效果及缩短使用寿命，所以传感器需要与条烟包保持一定的距离，采用10-30VDC光电传感器。控制继电器采用24V直流控制继电器，体积小，工作可靠。

3 自动排空系统的接线与程序编制

程序段1，I0.2停机信号。I0.2的常开、I0.3的常闭和I0.4的常开串联接入定时器T254的IN端，PT端赋值150，定时器时基设定100ms。

程序段2，自动标志位。定时器T254的常开与I0.0的常开，I0.1的常开，I0.4的常开，I0.3的常闭，I0.5的常闭串联接入SR触发器M0.1的S置位端，M0.1输出OUT端输出线圈M0.2。M0.2常开与I0.0常开，上升沿触发指令串联后，再并联I0.3常开，接入SR触发器M0.1的R复位端。

程序段3，推杆延迟退回。M0.2的常开与I0.1的常闭串联接入定时器T253的IN端，PT端赋值1，定时器时基设定100ms。

程序段4，自动排烟。定时器T254的常开与I0.0的常开，I0.1的常开，I0.4的常开，I0.3的常闭，I0.5的常闭串联接入SR触发器M0.3的S置位端，M0.2常开与I0.1常闭，定时器T253常开串联后，再并联I0.3常开，接入SR触发器M0.3的R复位端。

程序段5，Q0.1排烟电磁阀。M0.3常开接入线圈Q0.1。

程序段6，Q0.0断开启动传感器信号，Q0.3指示灯。M0.1常开输出线圈Q0.0和Q0.3。

程序段7，Q0.2断开条美容器电磁阀。M0.1的常开接入SR触发器的S置位端，输出端OUT输出线圈Q0.2，M0.1的常闭与I0.3的常开并联后接入M0.1的复位端R。

程序段8，Q0.4断开主电机无源制动信号。M0.1的常开与I0.2的常开串联接入M1.1的S置位端，M1.1的OUT端输出线圈Q0.4，M0.1的常闭与I0.3的常开并联接入M1.1的R复位端。

参考文献：

[1] 廖常初.S7-200PLC编程及应用[M].3版.北京：机械工业出版社，2018.

[2] 廖常初.PLC基础及应用[M].3版.北京：机械工业出版社，2014.

[3] 熊幸明.电气控制与PLC[M].北京：机械工业出版社，2011.

[4] 王化祥，张淑英.传感器原理及应用[M].天津：天津大学出版社，2007.

作者简介：

黄盛隆（1988），学历本科，主要研究方向：自动控制系统。

（作者单位：山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂）