基于PLC的烟草包装设备故障诊断技术应用

一、PLC 技术原理概述

1.1 PLC 的基本结构

PLC 主要由中央处理器（CPU）、存储器、输入输出接口、电源等部分组成。CPU 作为核心部件，负责执行用户程序、处理数据和控制整个系统的运行。存储器用于存储用户程序、系统程序以及数据。输入输出接口则是 PLC 与外部设备连接的桥梁，通过输入接口采集设备的运行状态信号，如传感器的检测信号等，再通过输出接口控制外部设备的动作，如电机的启停、阀门的开闭等。电源为 PLC 各部件提供稳定的工作电压[1]。

1.2 PLC 的工作方式

PLC 采用循环扫描的工作方式。在每个扫描周期内，PLC 依次执行输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。在输入采样阶段，PLC 将所有输入端子的状态读入输入映像寄存器中；在程序执行阶段，PLC 按照用户程序的逻辑顺序，对输入映像寄存器中的数据进行处理，并将结果存入输出映像寄存器中；在输出刷新阶段，PLC 将输出映像寄存器中的数据传送到输出端子，以驱动外部负载。这种循环扫描的工作方式使得 PLC 能够实时响应外部信号的变化，保证系统的稳定运行。

二、烟草包装设备常见故障分析

2.1 机械故障

烟草包装设备的机械部件众多，如传动齿轮、链条、输送带等，在长期运行过程中，由于磨损、疲劳、松动等原因，容易出现机械故障。例如，传动齿轮的齿面磨损可能导致传动精度下降，引起包装位置偏差；链条的伸长或断裂会使设备运行中断；输送带的跑偏则会影响烟包的输送质量，导致包装不整齐甚至损坏烟包。

2.2 电气故障

电气系统是烟草包装设备的重要组成部分，电气故障也是常见故障类型之一。电气故障包括电机故障、传感器故障、控制器故障等。电机故障可能表现为电机无法启动、转速异常、过热等；传感器故障可能导致检测信号不准确，影响设备的自动化控制；控制器故障则可能使整个设备控制系统瘫痪，严重影响生产。

2.3 工艺故障

烟草包装工艺对设备的运行要求较高，工艺故障通常是由于设备参数设置不合理、包装材料质量问题或操作不当引起的。例如，包装温度、压力等参数设置不当可能导致包装密封不严、标签粘贴不牢等问题；包装材料的厚度不均匀、韧性不足等质量问题也容易引发包装故障；操作人员对设备的操作不熟练，如送料速度不协调等，同样会导致工艺故障的出现。三、基于 PLC 的烟草包装设备故障诊断技术应用

3.1 故障监测系统搭建

利用 PLC 的输入接口，连接各类传感器，如振动传感器、温度传感器、压力传感器、位置传感器等，对烟草包装设备的关键部位进行实时监测。振动传感器可安装在电机、齿轮箱等易产生振动的部件上，通过监测振动信号的幅值、频率等参数，判断设备是否存在机械故障；温度传感器用于监测电机、轴承等部位的温度，当温度超过正常范围时，可能预示着设备存在过热故障；压力传感器可监测包装过程中的压力变化，确保包装工艺的稳定性；位置传感器则用于检测设备部件的位置状态，如输送带的位置、烟包的输送位置等，防止出现位置偏差导致的故障。

3.2 故障诊断算法设计

在 PLC 中编写故障诊断算法，根据传感器采集到的数据进行分析处理。常用的故障诊断算法包括基于规则的推理算法、神经网络算法、模糊逻辑算法等。基于规则的推理算法是将专家经验和故障特征总结为规则库，PLC 根据采集到的数据与规则库进行匹配，从而判断故障类型和原因。例如，如果振动传感器检测到的振动幅值超过设定阈值，且同时温度传感器检测到的温度也异常升高，根据规则库可判断可能是电机轴承出现磨损故障。神经网络算法则通过对大量故障样本数据的学习训练，建立故障诊断模型，当输入新的传感器数据时，模型能够快速准确地判断故障类型。模糊逻辑算法适用于处理具有模糊性的故障特征，将传感器数据进行模糊化处理，再通过模糊推理得出故障诊断结果[2]。

3.3 故障报警与处理

当 PLC 通过故障诊断算法判断出设备存在故障时，立即启动故障报警系统。故障报警信息可通过指示灯、蜂鸣器等现场设备进行直观显示，同时还可通过通信模块将报警信息传输到上位机监控系统，以便操作人员及时了解设备故障情况。在上位机监控系统中，可对故障信息进行详细记录，包括故障发生时间、故障类型、故障位置等，为后续的设备维护和故障分析提供依据。同时，PLC 还可根据预设的故障处理程序，自动采取相应的措施，如停止设备运行、启动备用设备、调整设备参数等，以降低故障对生产的影响。

四、基于 PLC 的故障诊断技术优势

4.1 提高故障诊断的准确性和及时性

通过实时采集设备的运行状态数据，并运用先进的故障诊断算法进行分析，PLC 能够快速准确地判断故障类型和原因，相比传统的人工诊断方法，大大提高了故障诊断的准确性和及时性。及时发现并处理故障，可有效避免故障的进一步扩大，减少设备停机时间，提高生产效率。

4.2 增强设备运行的可靠性

利用 PLC 对设备进行实时监测和故障诊断，能够及时发现设备潜在的故障隐患，提前采取维护措施，将故障消灭在萌芽状态。这有助于增强设备运行的可靠性，提高设备的使用寿命，降低设备维护成本。

4.3 便于设备的自动化管理

PLC 作为自动化控制系统的核心，与烟草包装设备的其他自动化部件紧密集成，实现了设备的自动化运行和管理。故障诊断功能作为自动化管理的重要组成部分，能够与设备的生产管理系统、质量控制系统等进行数据交互，为企业的生产决策提供有力支持，促进企业生产管理水平的提升。

五、结论

基于 PLC 的烟草包装设备故障诊断技术，通过搭建监测系统、设计诊断算法及实现报警处理，可快速准确诊断故障并保障设备稳定运行。其在提升诊断效率、增强设备可靠性及促进自动化管理方面优势显著，为烟草生产提供有力支撑。随着技术发展，该技术应用将更广泛。未来可结合人工智能、大数据等技术，进一步提升诊断智能化水平，以适应复杂生产需求，助力烟草行业可持续发展。

参考文献

[1]陈开红,李爽,郑兴有,等. 基于神经网络的烟草包装设备故障信号检测方法[J].家电维修, 2024,1): 83-85.

[2]贺莉. 浅谈烟草包装设备维修和质量管理对经济效益的影响[J].绿色包装, 2023, (07): 69-72.

作者简介

姓名：谭大晖性别：男民族：汉出生日期：1999.8.18籍贯：重庆市垫江县职务/职称：无学历：本科研究方向：卷烟包装机组自动化改造