變頻器在卷接設(shè)備中的應(yīng)用

1 概述

隨著我廠卷接包裝車間設(shè)備的更新，對(duì)卷包車間工藝條件的技術(shù)要求也越來越高，同時(shí)為了降低卷煙生產(chǎn)的成本，我們對(duì)卷包車間卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力與風(fēng)力除塵系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

1.1 現(xiàn)有設(shè)備存在的不足

改造前設(shè)備是九五技改安裝的設(shè)備，控制方式簡單，功能不完善，無風(fēng)速監(jiān)測和閉環(huán)控制，因而風(fēng)速不夠穩(wěn)定，不能根據(jù)煙機(jī)開啟的數(shù)量實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)電機(jī)利用率也低，浪費(fèi)大量電能，且不能及時(shí)了解風(fēng)門的運(yùn)行情況和故障報(bào)警，不能保證車間新設(shè)備的工藝指標(biāo)。在啟動(dòng)或停止過程中，還會(huì)產(chǎn)生很大的電氣和機(jī)械沖擊。

1.2 設(shè)計(jì)思路及方案

設(shè)計(jì)新系統(tǒng)要為卷包車間13 臺(tái)卷接機(jī)組提供集中工藝風(fēng)力以及風(fēng)力送絲除塵自動(dòng)監(jiān)控功能，希望該系統(tǒng)具有：

1)動(dòng)態(tài)顯示卷接包工段工藝風(fēng)力、風(fēng)力送絲及除塵系統(tǒng)工藝流程;

2)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)壓風(fēng)量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高機(jī)臺(tái)有效作業(yè)率，同時(shí)達(dá)到節(jié)能效果;

3)提供系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作功能，在中央控制室即1 概述隨著我廠卷接包裝車間設(shè)備的更新，對(duì)卷包車間工藝條件的技術(shù)要求也越來越高，同時(shí)為了降低卷煙生產(chǎn)的成本，我們對(duì)卷包車間卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力與風(fēng)力除塵系統(tǒng)進(jìn)行了改造。

1.1 現(xiàn)有設(shè)備存在的不足

改造前設(shè)備是九五技改安裝的設(shè)備，控制方式簡單，功能不完善，無風(fēng)速監(jiān)測和閉環(huán)控制，因而風(fēng)速不夠穩(wěn)定，不能根據(jù)煙機(jī)開啟的數(shù)量實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。同時(shí)電機(jī)利用率也低，浪費(fèi)大量電能，且不能及時(shí)了解風(fēng)門的運(yùn)行情況和故障報(bào)警，不能保證車間新設(shè)備的工藝指標(biāo)。在啟動(dòng)或停止過程中，還會(huì)產(chǎn)生很大的電氣和機(jī)械沖擊。

1.2 設(shè)計(jì)思路及方案

設(shè)計(jì)新系統(tǒng)要為卷包車間13 臺(tái)卷接機(jī)組提供集中工藝風(fēng)力以及風(fēng)力送絲除塵自動(dòng)監(jiān)控功能，希望該系統(tǒng)具有：

1)動(dòng)態(tài)顯示卷接包工段工藝風(fēng)力、風(fēng)力送絲及除塵系統(tǒng)工藝流程;

2)自動(dòng)調(diào)節(jié)風(fēng)壓風(fēng)量，保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，提高機(jī)臺(tái)有效作業(yè)率，同時(shí)達(dá)到節(jié)能效果;

3)提供系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作功能，在中央控制室即可完成系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、參數(shù)設(shè)定工作;

4)在線報(bào)警功能，系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控工藝設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，以明確的信息，定位指示故障類型和原因，使故障得到及時(shí)排除。

對(duì)此，針對(duì)卷接機(jī)組集中風(fēng)力供給系統(tǒng)的特點(diǎn)，采用西門子S7-300 控制系統(tǒng)、Profibus-DP 現(xiàn)場總線控制技術(shù)、人機(jī)界面操作系統(tǒng)，利用變頻調(diào)速技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行恒壓負(fù)反饋控制，使系統(tǒng)在不同負(fù)荷下運(yùn)行穩(wěn)定，確保卷接機(jī)組正常工作，同時(shí)節(jié)約電能。

2 集中工藝風(fēng)力平衡與風(fēng)力送絲除塵系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的總流程圖如圖1 所示。系統(tǒng)總流程是觀察了解整個(gè)工藝風(fēng)力與風(fēng)力送絲除塵系統(tǒng)運(yùn)行的窗口。

圖1 中，設(shè)備運(yùn)行和停止采用顏色變化方式進(jìn)行表示。(綠色)表示風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、閥門打開狀態(tài)、氣動(dòng)平衡閥打開、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài);(紅色)表示風(fēng)機(jī)停止?fàn)顟B(tài)、閥門關(guān)閉狀態(tài)、氣動(dòng)平衡閥關(guān)閉、電機(jī)停止?fàn)顟B(tài)。

送絲管道吸絲時(shí)有虛線顯示，非吸絲狀態(tài)虛線消失。

在卷接機(jī)組上有兩個(gè)指示燈，右邊為風(fēng)機(jī)上電指示，左邊為烙鐵放下指示(機(jī)組工作)，紅燈表示停止，綠燈表示運(yùn)行。

2.1 系統(tǒng)的功能

從圖1 中，我們能夠詳細(xì)觀察整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)并且可以完成送絲、風(fēng)速設(shè)定等操作任務(wù)，該系統(tǒng)能夠完成卷包車間13 臺(tái)卷接機(jī)組的供絲任務(wù)。具體劃分為：3 套集中工藝風(fēng)力與除塵系統(tǒng)———以FC1、FC2、FC3 表示，其中FC1包括1#~3# 卷接機(jī)組(3 臺(tái)ZJ17)與12#~13# 卷接機(jī)組(2 臺(tái)MK95)、FC2 包括4#~7#(4 臺(tái)ZJ17)卷接機(jī)組、FC3包括8#~11#(4臺(tái)ZJ17)卷接機(jī)組，為其提供生產(chǎn)需要的負(fù)壓風(fēng)力和除塵;2 套風(fēng)力送絲———以FS1、FS2 表示，分別為1#-7#、8#-13# 卷煙機(jī)供絲和除塵。如表1 所列。

2.2 工藝改造內(nèi)容

每個(gè)系統(tǒng)主管上各設(shè)置1 個(gè)壓力傳感器，用于檢測和控制系統(tǒng)的風(fēng)壓變化，集中式工藝風(fēng)力與除塵系統(tǒng)通過變頻器控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，形成負(fù)壓，為已拆除風(fēng)機(jī)的卷接機(jī)組提供穩(wěn)定、平衡的生產(chǎn)工藝條件，在各臺(tái)機(jī)組的卷煙機(jī)支管上，裝有壓力傳感器，用以檢測負(fù)壓值。在各臺(tái)機(jī)組的接裝機(jī)支管上，也裝有氣動(dòng)平衡閥，用以減少機(jī)組在非工作條件下對(duì)其它機(jī)組的影響。風(fēng)力送絲系統(tǒng)通過變頻器控制風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，形成負(fù)壓，將喂絲機(jī)中的煙絲通過送絲管道，以適當(dāng)?shù)乃俣容斔偷礁鱾€(gè)卷接機(jī)組的儲(chǔ)絲箱。在每臺(tái)卷接機(jī)組的吸絲回塵管上安裝有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和孔板流量計(jì)，通過控制閥門的開度，調(diào)節(jié)風(fēng)速的變化?？装辶髁坑?jì)用于檢測送絲的風(fēng)速。同時(shí)，吸絲回塵管上還安裝了補(bǔ)風(fēng)閥和吸絲閥，兩者形成一開一閉的切換狀態(tài)。在吸絲狀態(tài)下，吸絲閥門打開，補(bǔ)風(fēng)閥關(guān)閉，吸絲回塵管中的負(fù)壓可以將喂絲機(jī)中的煙絲送至卷接機(jī)組的儲(chǔ)絲箱;在非吸絲狀態(tài)下，吸絲閥關(guān)閉，補(bǔ)風(fēng)閥打開，模擬吸絲工作狀態(tài)，用于減少整個(gè)風(fēng)力系統(tǒng)的擾動(dòng)，進(jìn)而保持其它送絲管道的風(fēng)速穩(wěn)定。[!--empirenews.page--]

3 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 網(wǎng)絡(luò)組成

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖如圖2 所示，清楚地顯示電控系統(tǒng)的組成。

電控系統(tǒng)采用1 套西門子S7315-2DP 控制(PLC 模塊組件包括PS307、CPU315、EPROM、SM321、SM322、SM331、SM332、MP370、DP 接頭)。

S7315-2DP 作為Profibus-DP 主站，8 個(gè)I/O 箱(5個(gè)在卷包車間，3 個(gè)在除塵房)及3 臺(tái)DanfossVLT5000 系列通用變頻器作為從站，該系統(tǒng)由西門子STEP7 語言和ProTooL CS 組態(tài)軟件開發(fā)而成。作為上位機(jī)的MP370 觸摸屏顯示現(xiàn)場控制畫面，可以進(jìn)行各系統(tǒng)相關(guān)工藝參數(shù)設(shè)置和啟?？刂?，并通過Profibus-DP 網(wǎng)與各除塵系統(tǒng)的變頻

器、各現(xiàn)場I/O控制箱進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。系統(tǒng)中主要設(shè)備的重要信息均可在MP370 觸摸屏上顯示，如變頻器參數(shù)、卸料閥狀態(tài)以及各除塵系統(tǒng)的壓力等工藝參數(shù)信息等。

卷包車間設(shè)置的5 個(gè)I/O 控制箱(AE4#-AE8#)(卷包車間分布I/O 及網(wǎng)絡(luò)組件為CPU224、EM277、EM221、EM223、EM231、EM235、EM232、TD400)采集卷接機(jī)組原配風(fēng)機(jī)和電烙鐵無源觸點(diǎn)信號(hào)，以供系統(tǒng)的風(fēng)機(jī)啟停和接裝機(jī)支管上的氣動(dòng)閥門調(diào)節(jié)。

除塵房設(shè)置的3 個(gè)I/O 控制箱(AE1#-AE3#)(ET200S、電源模板、DI模板、DO模板、饋電器、DP接頭)，用以控制除塵器卸料電機(jī)、檢測壓力傳感器的狀態(tài)。

改造后網(wǎng)絡(luò)通信在人機(jī)界面中，提供了網(wǎng)絡(luò)診斷信息和現(xiàn)場I/O 箱上安裝的“自動(dòng)/檢修/手動(dòng)”選擇開關(guān)、隔離開關(guān)等電器設(shè)備的狀態(tài)，用以快速故障定位和檢修維護(hù)時(shí)防止誤操作。

3.2 變頻器的選用及操作

FC1、FC2、FC3 除塵電機(jī)的具體參數(shù)為功率90 kW，頻率50 Hz，電壓380 V，2 極，額定電流146.5 A;FS1、FS2 風(fēng)送電機(jī)功率為55 kW，額定電流為103 A。改造前用的是Y-吟降壓啟動(dòng)，操作工根據(jù)車間生產(chǎn)情況手動(dòng)控制電機(jī)的啟停，在操作過程中，不僅會(huì)出現(xiàn)早啟晚停的現(xiàn)象，而且不能根據(jù)煙機(jī)開啟的數(shù)量實(shí)現(xiàn)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，浪費(fèi)大量電能。在啟動(dòng)或停止過程中，還會(huì)產(chǎn)生很大的電氣和機(jī)械沖擊，影響設(shè)備的壽命。

DANFOSS 變頻器功能強(qiáng)大，性能優(yōu)越，調(diào)試和運(yùn)行簡單。VLT5000系列變頻器在VVC控制基礎(chǔ)上發(fā)展為VVCplus控制方式，使得變頻器在低速(0~10 Hz)范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)特性得到了改善，速度精度也得到了提高。這次改造變頻器選用型號(hào)為VLT5102 C20 ST RO F10，變頻器接受來自安裝在管道上的壓力傳感器、I/O 箱及PLC 的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，調(diào)整管道負(fù)壓的大小，來完成送絲和除塵任務(wù)。在變頻器的控制上分壓力控制和頻率控制，壓力控制是PI 閉環(huán)控制，系統(tǒng)以恒定的壓力來控制;頻率控制是開環(huán)控制，風(fēng)機(jī)以固定的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。如果卷接集中工藝除塵系統(tǒng)反映風(fēng)力不夠，可以在“設(shè)定參數(shù)”畫面中調(diào)高變頻器的運(yùn)行頻率或者調(diào)高設(shè)定壓力;如果沒有風(fēng)力，則檢查變頻器是否跳閘或防火閥關(guān)閉。如果是變頻器跳閘，則記錄故障代碼，用“停風(fēng)機(jī)”斷電后重新上電。

在PLC及觸摸屏出現(xiàn)故障時(shí)，為了不影響卷包車間的生產(chǎn)，可以采用變頻器手動(dòng)控制風(fēng)機(jī)，將變頻器從“REMOTE”模式切換到“LOCAL”模式，可在面板上控制實(shí)施。

3.3 功能設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)調(diào)試完畢運(yùn)行后達(dá)到了方案提出時(shí)的效果：

1)顯示1#-13#卷接機(jī)組提供工藝風(fēng)力與風(fēng)力送絲除塵功能的工作情況;

2)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)診斷并指示I/O 箱本地選擇按鈕急停按鈕和斷路器、隔離開關(guān)等電器設(shè)備的工作情況;

3)實(shí)現(xiàn)各個(gè)系統(tǒng)的開機(jī)/停機(jī)操作，工作參數(shù)設(shè)定等任務(wù);

4)集中顯示整個(gè)系統(tǒng)的報(bào)警消息，可以詳細(xì)了解發(fā)生報(bào)警的具體部位、時(shí)間、故障描述。

4 變頻系統(tǒng)改造效果

本系統(tǒng)2007年5 月調(diào)試成功通過驗(yàn)收，經(jīng)過一年的平衡運(yùn)行表明，采用PLC、現(xiàn)場壓力檢測裝置及VLT5000 系列變頻器構(gòu)成的閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)，是卷煙機(jī)組除塵系統(tǒng)中一次全面的智能升級(jí)，具有以下優(yōu)點(diǎn)。

與未改造前的手動(dòng)系統(tǒng)相比，系統(tǒng)節(jié)電效果明顯，F(xiàn)C1、FC2、FC3電機(jī)額定電流由146.5 A降為105 A 左右，F(xiàn)S1、FS2 電機(jī)額定電流平均由103 A降為69 A 左右。

改造后的電流下降率為

通過一年運(yùn)行，從系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況來說，每年就能比改造前節(jié)省大約30%的電能，節(jié)能效果顯著。

自采用了變頻調(diào)速技術(shù)調(diào)試完畢投入運(yùn)行后，卷接工藝風(fēng)力平衡和恒壓供給，改善了卷接設(shè)備工藝風(fēng)力性能，降低了車間噪聲水平，改善了車間作業(yè)環(huán)境;集中工藝風(fēng)力除塵系統(tǒng)，采用自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在目前的煙草行業(yè)中，少人值守，無人值班的要求越來越高，采用PLC、變頻器、風(fēng)壓檢測裝置組成的閉環(huán)控制系統(tǒng)，做到了在線監(jiān)控，實(shí)時(shí)了解和掌握變頻器等設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，完全能滿足上述要求。

5 結(jié)語

通過以上案例介紹，以Profibus-DP為基礎(chǔ)的PLC 與變頻器的自動(dòng)化控制代替原有的機(jī)械觸點(diǎn)式繼電器控制系統(tǒng)，在我廠卷包車間卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力與風(fēng)力除塵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)中得到充分應(yīng)用。從系統(tǒng)投入生產(chǎn)來看，控制系統(tǒng)穩(wěn)定、操作簡單、可視化的人機(jī)界面讓人一目了然，可以說這次改造是成功的。