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SIEMENS潯之漫智控技術（上海）有限公司

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KDF2纖維濾棒成型機組是煙廠生產(chǎn)卷煙濾棒的設備。經(jīng)過十幾年的應用，原有機組逐漸顯示出技術上的局限性：機械結構復雜；電控系統(tǒng)相對落后；生產(chǎn)環(huán)境比較差，噪音響；維修難度高，能源利用率低等。因此，原有機組越來越不適應現(xiàn)代生產(chǎn)要求。
　　 為此，筆者參照上*的高速濾棒成型設備的設計原理，結合國內市場的需求和機組的特點，運用伺服傳動系統(tǒng)的優(yōu)良特性及PLC在工業(yè)控制中的優(yōu)勢，設計了此套控制系統(tǒng)。
　　 1 系統(tǒng)概述
　　 纖維濾棒成型機組控制和傳動系統(tǒng)采用了Lenze公司的伺服系統(tǒng)、Digital公司的觸摸式控制屏和西門子公司的PLC，分別通過MPI和DP通訊控制。

　　 纖維濾棒成型機通過二次開松、增塑劑添加、卷制成形、刀盤切斷和排列裝盤的過程生產(chǎn)濾棒。　　　　
　　2 控制策略　　
　　(1) 對增塑劑添加的控制策略
　　 起初延用原系統(tǒng)的欠阻尼響應曲線的控制方式。但是，在實際調試過程中，發(fā)現(xiàn)該控制方式存在一定的缺陷，具體表現(xiàn)為：每天*次上電開機時，增塑劑存儲器中增塑劑積累時間過長，造成一段時間內濾棒增塑劑含量過低。根據(jù)售后服務部門的反饋，某些煙廠為保證濾棒質量往往會剔除*盒濾棒。這樣會有較大的浪費。　　
　　 產(chǎn)生這種情況是因為煙廠每天工作結束時或者CPU重啟時機組都會停機，并排空存儲器中的增塑劑。由于欠阻尼響應到達設定值時間過長，造成開始階段濾棒增塑劑含量過低。日常生產(chǎn)班次中，每次停機不排空增塑劑，而是在存儲器中保有一定儲存量?！　?
　　 根據(jù)自動控制原理，車速斜坡響應可以分為過阻尼響應、臨界阻尼響應和欠阻尼響應。理論上說，臨界阻尼響應是的控制方式，這種響應方式既實現(xiàn)了控制的快速性又實現(xiàn)了控制的穩(wěn)定性；過阻尼響應是為了穩(wěn)定性犧牲快速性；欠阻尼響應則是為了快速性犧牲穩(wěn)定性。然而，臨界阻尼由于條件過于苛刻，在實際控制中是無法實現(xiàn)的?！　?
　　 根據(jù)剩余的兩種響應曲線的特性，筆者認為CPU啟動時使用欠阻尼響應曲線，其理由是：CPU啟動狀態(tài)下，對增塑劑積累時間的要求優(yōu)先于增塑劑含量的穩(wěn)定性；而其他狀態(tài)下使用過阻尼響應曲線，此時對含量的穩(wěn)定要求優(yōu)先于積累的快速性?！?
　　 因此，利用S7-300啟動時的組織塊OB100在CPU啟動中只執(zhí)行一次的特性，對增塑劑伺服電機的控制方式依據(jù)機組不同的啟動狀態(tài)采取了不同響應曲線下的控制方法。具體來說，在CPU啟動時（此時增塑劑存儲量必定為零），通過啟動組織塊OB100中送出高速運轉命令至增塑劑伺服電機，使控制曲線成為欠阻尼響應狀態(tài)以實現(xiàn)對存儲器中增塑劑的快速積累。而在非CPU啟動狀態(tài)，控制增塑劑伺服電機的FC功能塊將送出普通速度命令，使控制曲線成為比較接近臨界阻尼的過阻尼響應狀態(tài)?！?
　　 新的設計*避免了CPU重啟時帶來的增塑劑積累過慢的問題、減少了廢品數(shù)量，因此這樣的設計不會影響正常生產(chǎn)狀況時增塑劑含量的穩(wěn)定性?！　?
　　(2) 對濾棒剔除支數(shù)的計算策略
　　 在纖維濾棒成型機的生產(chǎn)中，為保證濾棒質量，每當速度低于一定的設定值時，機組就會剔除此時的濾棒。此時機組的速度是不斷變化的，按通常方式無法計算出具體的剔除支數(shù)。這對統(tǒng)計生產(chǎn)效率帶來了相當?shù)睦щy?！　?
　　 筆者可以得到動態(tài)的車速反饋，但這條反饋曲線是不斷波動和變化的非線性曲線。對于非線性曲線，數(shù)學上只能夠采用面積積分求解的計算方法。對于此項目就是要求給出一定時間內主電機的圓周行程，即機組一段時間內所生產(chǎn)的濾棒長度。　
　　 從這一角度出發(fā)，筆者考慮采用了對車速進行模擬積分的計算方法，即從積分的基本定義出發(fā)，求出剔除時間內的濾棒生產(chǎn)長度L=Σ(Δv*Δt)，再除以單個濾棒長度得剔除支數(shù)的計算方法?！　?
　　 按照積分的定義要求，積分求解是在一定條件下才能夠成立。這個條件就是Δt要足夠的小即Δt→0。在實際過程中，近似認為Δt=20ms時可以滿足條件。此時，計算得出的濾棒支數(shù)與實際濾棒支數(shù)的誤差在±3支以內。在精度上，以zui高生產(chǎn)速度3300支/分鐘計（此時濾棒長度為120mm），±3支的精度是*可以滿足精度要求。所以筆者認為只要將Δt控制在20ms時就可以滿足積分求解的條件?！　?
　　 原系統(tǒng)的PLC掃描一周的時間高達幾十毫秒，顯然不滿足要求。而此項目采用的S7-315-2DP，其單指令掃描周期為10μs級、整個掃描周期被縮短為7~8ms，這樣就滿足了積分計算的要求。