变频器在卷接设备中的应用

1 概述

随着我厂卷接包装车间设备的更新，对卷包车间工艺条件的技术要求也越来越高，同时为了降低卷烟生产的成本，我们对卷包车间卷接机组集中工艺风力与风力除尘系统进行了改造。

1.1 现有设备存在的不足

改造前设备是九五技改安装的设备，控制方式简单，功能不完善，无风速监测和闭环控制，因而风速不够稳定，不能根据烟机开启的数量实现风机的自动调节。同时电机利用率也低，浪费大量电能，且不能及时了解风门的运行情况和故障报警，不能保证车间新设备的工艺指标。在启动或停止过程中，还会产生很大的电气和机械冲击。

1.2 设计思路及方案

设计新系统要为卷包车间13 台卷接机组提供集中工艺风力以及风力送丝除尘自动监控功能，希望该系统具有：

1)动态显示卷接包工段工艺风力、风力送丝及除尘系统工艺流程;

2)自动调节风压风量，保证系统稳定运行，提高机台有效作业率，同时达到节能效果;

3)提供系统远程操作功能，在中央控制室即1 概述随着我厂卷接包装车间设备的更新，对卷包车间工艺条件的技术要求也越来越高，同时为了降低卷烟生产的成本，我们对卷包车间卷接机组集中工艺风力与风力除尘系统进行了改造。

1.1 现有设备存在的不足

改造前设备是九五技改安装的设备，控制方式简单，功能不完善，无风速监测和闭环控制，因而风速不够稳定，不能根据烟机开启的数量实现风机的自动调节。同时电机利用率也低，浪费大量电能，且不能及时了解风门的运行情况和故障报警，不能保证车间新设备的工艺指标。在启动或停止过程中，还会产生很大的电气和机械冲击。

1.2 设计思路及方案

设计新系统要为卷包车间13 台卷接机组提供集中工艺风力以及风力送丝除尘自动监控功能，希望该系统具有：

1)动态显示卷接包工段工艺风力、风力送丝及除尘系统工艺流程;

2)自动调节风压风量，保证系统稳定运行，提高机台有效作业率，同时达到节能效果;

3)提供系统远程操作功能，在中央控制室即可完成系统的启动、停止、参数设定工作;

4)在线报警功能，系统实时监控工艺设备的运行状态，以明确的信息，定位指示故障类型和原因，使故障得到及时排除。

对此，针对卷接机组集中风力供给系统的特点，采用西门子S7-300 控制系统、Profibus-DP 现场总线控制技术、人机界面操作系统，利用变频调速技术对系统进行恒压负反馈控制，使系统在不同负荷下运行稳定，确保卷接机组正常工作，同时节约电能。

2 集中工艺风力平衡与风力送丝除尘系统方案设计

系统的总流程图如图1 所示。系统总流程是观察了解整个工艺风力与风力送丝除尘系统运行的窗口。

图1 中，设备运行和停止采用颜色变化方式进行表示。(绿色)表示风机运行状态、阀门打开状态、气动平衡阀打开、电机运行状态;(红色)表示风机停止状态、阀门关闭状态、气动平衡阀关闭、电机停止状态。

送丝管道吸丝时有虚线显示，非吸丝状态虚线消失。

在卷接机组上有两个指示灯，右边为风机上电指示，左边为烙铁放下指示(机组工作)，红灯表示停止，绿灯表示运行。

2.1 系统的功能

从图1 中，我们能够详细观察整个系统运行状态并且可以完成送丝、风速设定等操作任务，该系统能够完成卷包车间13 台卷接机组的供丝任务。具体划分为：3 套集中工艺风力与除尘系统———以FC1、FC2、FC3 表示，其中FC1包括1#~3# 卷接机组(3 台ZJ17)与12#~13# 卷接机组(2 台MK95)、FC2 包括4#~7#(4 台ZJ17)卷接机组、FC3包括8#~11#(4台ZJ17)卷接机组，为其提供生产需要的负压风力和除尘;2 套风力送丝———以FS1、FS2 表示，分别为1#-7#、8#-13# 卷烟机供丝和除尘。如表1 所列。

2.2 工艺改造内容

每个系统主管上各设置1 个压力传感器，用于检测和控制系统的风压变化，集中式工艺风力与除尘系统通过变频器控制风机的转速，形成负压，为已拆除风机的卷接机组提供稳定、平衡的生产工艺条件，在各台机组的卷烟机支管上，装有压力传感器，用以检测负压值。在各台机组的接装机支管上，也装有气动平衡阀，用以减少机组在非工作条件下对其它机组的影响。风力送丝系统通过变频器控制风机的转速，形成负压，将喂丝机中的烟丝通过送丝管道，以适当的速度输送到各个卷接机组的储丝箱。在每台卷接机组的吸丝回尘管上安装有电动调节阀和孔板流量计，通过控制阀门的开度，调节风速的变化。孔板流量计用于检测送丝的风速。同时，吸丝回尘管上还安装了补风阀和吸丝阀，两者形成一开一闭的切换状态。在吸丝状态下，吸丝阀门打开，补风阀关闭，吸丝回尘管中的负压可以将喂丝机中的烟丝送至卷接机组的储丝箱;在非吸丝状态下，吸丝阀关闭，补风阀打开，模拟吸丝工作状态，用于减少整个风力系统的扰动，进而保持其它送丝管道的风速稳定。[!--empirenews.page--]

3 电控系统设计

3.1 网络组成

网络结构图如图2 所示，清楚地显示电控系统的组成。

电控系统采用1 套西门子S7315-2DP 控制(PLC 模块组件包括PS307、CPU315、EPROM、SM321、SM322、SM331、SM332、MP370、DP 接头)。

S7315-2DP 作为Profibus-DP 主站，8 个I/O 箱(5个在卷包车间，3 个在除尘房)及3 台DanfossVLT5000 系列通用变频器作为从站，该系统由西门子STEP7 语言和ProTooL CS 组态软件开发而成。作为上位机的MP370 触摸屏显示现场控制画面，可以进行各系统相关工艺参数设置和启停控制，并通过Profibus-DP 网与各除尘系统的变频

器、各现场I/O控制箱进行数据交换。系统中主要设备的重要信息均可在MP370 触摸屏上显示，如变频器参数、卸料阀状态以及各除尘系统的压力等工艺参数信息等。

卷包车间设置的5 个I/O 控制箱(AE4#-AE8#)(卷包车间分布I/O 及网络组件为CPU224、EM277、EM221、EM223、EM231、EM235、EM232、TD400)采集卷接机组原配风机和电烙铁无源触点信号，以供系统的风机启停和接装机支管上的气动阀门调节。

除尘房设置的3 个I/O 控制箱(AE1#-AE3#)(ET200S、电源模板、DI模板、DO模板、馈电器、DP接头)，用以控制除尘器卸料电机、检测压力传感器的状态。

改造后网络通信在人机界面中，提供了网络诊断信息和现场I/O 箱上安装的“自动/检修/手动”选择开关、隔离开关等电器设备的状态，用以快速故障定位和检修维护时防止误操作。

3.2 变频器的选用及操作

FC1、FC2、FC3 除尘电机的具体参数为功率90 kW，频率50 Hz，电压380 V，2 极，额定电流146.5 A;FS1、FS2 风送电机功率为55 kW，额定电流为103 A。改造前用的是Y-吟降压启动，操作工根据车间生产情况手动控制电机的启停，在操作过程中，不仅会出现早启晚停的现象，而且不能根据烟机开启的数量实现风机的自动调节，浪费大量电能。在启动或停止过程中，还会产生很大的电气和机械冲击，影响设备的寿命。

DANFOSS 变频器功能强大，性能优越，调试和运行简单。VLT5000系列变频器在VVC控制基础上发展为VVCplus控制方式，使得变频器在低速(0~10 Hz)范围内动态特性得到了改善，速度精度也得到了提高。这次改造变频器选用型号为VLT5102 C20 ST RO F10，变频器接受来自安装在管道上的压力传感器、I/O 箱及PLC 的信号，实现对风机的自动调节，调整管道负压的大小，来完成送丝和除尘任务。在变频器的控制上分压力控制和频率控制，压力控制是PI 闭环控制，系统以恒定的压力来控制;频率控制是开环控制，风机以固定的转速运行。如果卷接集中工艺除尘系统反映风力不够，可以在“设定参数”画面中调高变频器的运行频率或者调高设定压力;如果没有风力，则检查变频器是否跳闸或防火阀关闭。如果是变频器跳闸，则记录故障代码，用“停风机”断电后重新上电。

在PLC及触摸屏出现故障时，为了不影响卷包车间的生产，可以采用变频器手动控制风机，将变频器从“REMOTE”模式切换到“LOCAL”模式，可在面板上控制实施。

3.3 功能设计

该系统调试完毕运行后达到了方案提出时的效果：

1)显示1#-13#卷接机组提供工艺风力与风力送丝除尘功能的工作情况;

2)实现网络诊断并指示I/O 箱本地选择按钮急停按钮和断路器、隔离开关等电器设备的工作情况;

3)实现各个系统的开机/停机操作，工作参数设定等任务;

4)集中显示整个系统的报警消息，可以详细了解发生报警的具体部位、时间、故障描述。

4 变频系统改造效果

本系统2007年5 月调试成功通过验收，经过一年的平衡运行表明，采用PLC、现场压力检测装置及VLT5000 系列变频器构成的闭环自动控制系统，是卷烟机组除尘系统中一次全面的智能升级，具有以下优点。

与未改造前的手动系统相比，系统节电效果明显，FC1、FC2、FC3电机额定电流由146.5 A降为105 A 左右，FS1、FS2 电机额定电流平均由103 A降为69 A 左右。

改造后的电流下降率为

通过一年运行，从系统的整体运行情况来说，每年就能比改造前节省大约30%的电能，节能效果显著。

自采用了变频调速技术调试完毕投入运行后，卷接工艺风力平衡和恒压供给，改善了卷接设备工艺风力性能，降低了车间噪声水平，改善了车间作业环境;集中工艺风力除尘系统，采用自动控制技术，实现了系统运行状态和参数的实时监控。

在目前的烟草行业中，少人值守，无人值班的要求越来越高，采用PLC、变频器、风压检测装置组成的闭环控制系统，做到了在线监控，实时了解和掌握变频器等设备的运行状态，完全能满足上述要求。

5 结语

通过以上案例介绍，以Profibus-DP为基础的PLC 与变频器的自动化控制代替原有的机械触点式继电器控制系统，在我厂卷包车间卷接机组集中工艺风力与风力除尘自动监控系统中得到充分应用。从系统投入生产来看，控制系统稳定、操作简单、可视化的人机界面让人一目了然，可以说这次改造是成功的。