陈 晓　简 文　曾 杰　李 颖

（湖南中烟工业有限责任公司郴州卷烟厂，湖南　郴州　423000）

GDX2机组新型胶位控制系统开发与应用

陈 晓简 文曾 杰李 颖

（湖南中烟工业有限责任公司郴州卷烟厂，湖南郴州423000）

摘要：鉴于GDX2包装机组原商标胶位控制系统控制精度低、故障率高、智能化低，易引发设备故障，存在质量隐患，自主开发了新型的胶位控制系统。大幅提升了胶位控制系统的控制精度与智能化程度，并对控制系统实现了过程参数化管理与控制，提升了产品质量及设备效率。

关键词：GDX2包装机组；控制系统；检测；智能化

一、问题的提出

湖南中烟郴州卷烟厂GDX 2机组装备的折边涂胶、小盒第二涂胶、条包涂胶3套涂胶装置中液位控制系统的结构与控制原理基本一致，主要由胶水液位检测部分、信号处理与控制部分、胶水加注部分3个部分组成。

1.工作原理

通过电容式传感器对胶缸内的胶水液面进行实时监测，当液面底低于传感器所设定的灵敏度时，传感器输出胶水液面低的信号给主控制系统进行分析与处理，处理完后控制系统输出注胶信号给下胶嘴控制阀，控制阀得电后控制下胶嘴打开，胶水加注使胶缸后液面上升，当液面达到传感器所设的灵敏度时关闭液位低信号，控制系统随即关闭注胶信号，胶位控制过程完成。

2.控制系统不足

（1）检测器无法对液位实行数字化监测，从而控制精度低，且胶位的调整受部件安装位置影响，繁琐、又不直观。由于胶水液位检测器采用的是普通电容式传感器，完全依靠调整传感器的灵敏度来控制胶水液面高度，然而灵敏度又受检测器周围环境如温度、湿度、附近金属体、传感器表面洁度等的影响，所以胶位控制精度不高。同时胶水液面高度因涂胶轮的转动造成胶面的波动，不能真实的反映胶位，造成注胶信号错误，出现胶水溢出缸体或胶量过多与不足的产品质量除患。

（2）控制系统的智能化程序不高。胶位控制系统中元器件出现故障时不能完全实行自我诊断，易发生控制系统异常带来的设备故障与质量隐患。在整个GD的控制系统中虽然对输入点的断线与输送点的短路与断路实行了自我诊断，但无法及时正确传递因传感器的本身发生了灵敏度变化、表面不洁、胶缸内胶水表面结皮等原因产生的胶位低信号，造成注胶不及时，从而引发由于商标纸胶量过少带来的质量问题。同样不能及时因下胶嘴故障无法有效关闭加注胶水的情况进行诊断，从而造成胶量过大的质量隐患与胶水溢出后造成的设备污染。

随着设备控制向精准化、精细化、智能化的方向发展需要，以及设备过程控制采用参数化、模块化的控制需求。非常必要开发了GDX 2机组新型胶位控制系统。新型系统的开发，完善原系统的两大不足，大幅提升胶位控制系统的控制精度与智能化程度，并对此系统的过程实行参数化管理与控制。从而达到了提升产品质量，减少设备故障，提升设备效率目的。

二、设计思路

1.高精度液位数据采集

以小盒第二胶缸改进为例（图1、图2为胶缸部件示意图），通过对胶位控制系统的分析，要实现精准控制，首先要将原系统电容式胶位检测器更换成带实时液位数据输出的检测器，然后通过增加GD公司的专用压频转换器将信号送入GD主控制系统，即完成高精度的液位数据的采集。

图1

图2

2．编写新型胶位控制系统的源代码

对采集到的胶位液面高度数据进行整理与处理，信息被送入GD主控制系统中，根据所编写的控制程序进行分析与处理来完成相应的控制。

3．编写新的程序控制代码

结合原机源代码，编写新的程序控制代码，实现如下功能。

（1）因图1中的小盒胶缸整体安装在一个比较封闭位置，正常运行时操作人员不能目视胶液的情况。新系统能够将收集过来实时液位数据显示到原机的OPC触摸屏上，使操作工能够实时掌握当前胶位的液面信息。

（2）对图2相应液面高度的数据进行采集与研究，并将研究所得的相应液位高度数值通过原机的OPC触摸屏进行输入。控制程序根据设定的液位高度参数与传感器的实时数据进行比较，然后将比较的结果与机组设备运行信号进行分析与处理，便可完成高精度的液位控制、低液位停机与报警、胶路堵塞监测与报警、注胶嘴失控监测与报警、传感器故障与报警等功能。

三、电路原理图设计方案

1.小盒胶缸液面检测原理图

根据GD主控制柜内IO点的设计要求，结合GD机组原机电器原理图的设计特性，以及新型胶位传感器的接口特性，对新型胶位控制系统的电器原理图展开设计工作。最终设计出如下的小盒胶缸液面检测原理图（图3）。

图3

2.小盒胶缸液面检测原理图分析

新型胶位检测器（2S452/G）检测到的液位高度后输出对应的电压信号（0～10V）,此电压信号送入新增加的压频转换器（2A452）内进行模数转换，转换后的液位采样数据通过相关的连接电缆送入GD控制柜内2号输入板的第8号通道。

3.小盒胶缸的注胶控制电路

采用原机所设计的电路与电器元件，通过GD控制系统输出注胶信号给下胶嘴控制阀，控制阀得电后控制下胶嘴打开，胶水加注使胶缸后液面上升，完成注胶流程。

4.软件程序设计

新型小盒胶缸的控制系统的控制软件分为3个部分。

（1）胶水液面高度数据的采集与数据处理。

（2）液面高度数据与OPC上所设的参数对比分析与处理。

（3）加胶信号的输出以及相关报警信号与停机信息的输出，具体的流程图如图4所示。

当X 2小盒胶缸安装到位后，数据采集程序开始运行，采样周期定时器开始启动，当定时器运行到OPC上所给定的采样定时值时，程序对小盒胶缸液面高度的数值进行读取，同时将读取的数据进行分析与处理，并转换成单位为毫米的液面高度实时数据，将此数据送到原机的OPC上胶位显示数据框。实现了实时数据显示功能；程序处理后的液面高度数据再与OPC上所定的3个液面高度参数进行比较，当液面高度低于所设定的最低液面高度参数时，设备立即停机，并将“小盒胶缸液面过低”的红色信息送到设备OPC上进行显示；当液面高度高于所设定的最高液面高度参数时，设备立即停机，并将“小盒胶缸液面过高”的红色信息送到设备OPC上进行显示；当液面高度低于所设定的正常液面参数时，程序注胶条件进行判断，如正常则输出注胶信号，当液面高度达到所设定的正常液面参数时，关闭注胶信号，完成胶缸液面的精准控制。

5.程序编写

根据以上的流程图，对胶位控制程序进行编写，并将在OPC上所显示的参数项、故障指示灯、红色信息等功能集成到胶位控制程序。

图4

四、系统实施及效果验证

将软件、控制程序模拟调试后，上机进行安装与调试。多次根据现场的实验情况对程序进行了修改。为确保改进达到设计效果，根据原理和设计的目的，特制定了实验检验方法。

1.实验方法

将小盒胶缸内的胶水全部清空，然后将胶缸安装到位，查看原机OPC上小盒胶缸液位显示是否为“0”mm；然后再将胶缸取出，拿一直尺放入胶缸内，以便观察胶水的液面高度，人工添加胶水到25mm，胶缸安装到位，查看原机OPC上小盒胶缸液位显示是否为“25”mm；如显示不对，将偏差值记录好，修改控制程序，再进行实验，直到实际值与显示值相吻合。数据显示正常后，打开OPC胶缸液面设定功能，将液面最低值改为26mm，OPC上应该立即显示“小盒胶缸液面过低”的红色信息；再将值改为默认的15mm后，按复位按钮后，红色的停机信息将相应的消失。打开OPC胶缸液面设定功能，将液面最高值改为24mm，OPC上应该立即显示“小盒胶缸液面过高”的红色信息；再将值改为默认的45mm后，按复位按钮后，红色的停机信息将相应的消失。进入OPC上胶缸液面设定功能，将正常的液面设定值改为27mm，注胶阀打开，胶水注入胶缸内，当液面达到27mm后，注胶阀关闭。

2.实验效果

根据制定的实验方法，对改进后的新型小盒胶缸控制系统进行了连续多次的现场模拟实验。实验结果表明，每次都能够达到实验目的。通过3个月的运行情况表明，改进后新型小盒胶缸控制系统，运行稳定可靠，达到了当初所要设计的效果。

五、结语

通过对GDX 2原胶位控制系统进行分析与研究，针对原胶位控制系统控制精度低，故障率高，智能化程序低，易引发设备故障与质量隐患的问题，成功的开发了一套新型的胶位控制系统。通过模拟、样机安装、调试、试验与设备生产过程中的使用情况，表明了新型的胶位控制系统设计方案有效，整个系统能可靠稳定运行，从而实现了对小盒胶位的实时显示，高精度的液位控制、低液位停机与报警、胶路堵塞监测与报警、注胶嘴失控监测与报警、传感器故障与报警的功能。大幅提升胶位控制系统的控制精度与智能化程度，并对此系统的过程实行参数化管理与控制。从而达到了提升产品质量，减少设备故障，提升设备效率目的。

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[2]刘贺阳，张建勋，孙天发，王德吉GDX I包装机组铝箔纸自动拼接系统的设计应用[J].烟草科技，2010（2）：20－22.

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中图分类号：TP272

文献标识码：B

文章编号：1671-0711（2016）01-0044-03

收稿日期：（2015-11-03）