烟草行业皮带秤宽流量控制系统的设计应用
发布时间：2016-07-02
1 梗丝皮带秤在应用的情况及存在的问题
制丝车间混丝掺兑是制丝工艺中非常重要的工序，其中梗丝掺兑的均匀性直接影响着烟丝的产品质量。梗丝秤在大比例生产时，掺兑精度良好，达到了工艺要求的≤0.8%，而泰山“秀”系列产品以及合作加工品牌的梗丝掺兑比例小，较为小比例仅为4%，折合掺兑瞬时流量约为160kg/h。而梗丝秤的设计流量范围为200-2000kg/h，显然梗丝秤无法满足生产工艺要求。为了满足生产的需要，我们不得不采用了借用残丝设备的方法，残丝秤的设计流量范围为100-500kg/h，即从梗丝柜中先接出梗丝倒入残丝喂料机，梗丝经提升带、通过残丝皮带秤实现梗丝的掺兑。采用借用残丝设备的方法掺兑梗丝，即增大了梗丝的造碎率，又不利于现场的生产管理，并占用了大量人力的资源。
2 皮带秤宽流量控制系统方案设计
2.1 确定使用双速电机方案
为了既能保障梗丝掺兑的控制精度，又能缩短改造的实施工期，我们采用“双速电机+变频器”。双速电机的原理（图1）
双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。 根据公式；n1=60f/p可知异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。 此图介绍的是较为常见的单绕组双速电动机，转速比等于磁极倍数比，如2极/4极、4级/8极，从定子绕组△接法变为YY接法，磁极对数从p=2变为p=1。 转速比=2/1=2
2.2 方案预期效果的测试
我们在生产任务相对宽松的中试线混丝段进行预期效果测试，在混丝段梗丝秤安装了一台功率为0.25KW的双速电机进行试验，测试的流量范围为实际生产所需的范围，在叶丝主秤上挂码模拟自动生成的叶丝流量，在梗丝秤上过实物（梗丝），（备注：实际的生产中，叶丝秤作为主秤，其它的梗丝秤、膨胀丝秤、残丝秤等都是依据叶丝主秤的流量，按工艺比例进行搀兑）。
测试的结果：梗丝秤的搀兑精度≤0.055%，满足工艺要求的≤0.8%，试验结果良好。
2.3 确定双速电机的型号
根据生产的实际情况，确保皮带秤满足较为低瞬时流量为160kg/h，此时的皮带秤状态是稳定的，而变频器的运行频率不低于10Hz。为了既满足大流量的控制，又满足小流量的控制，我们计算出了双速电机的速比：1：40
根据SEW减速电机的速查表，我们选择双速减速电机的型号为：DT90L8/4
-转速： 700/1400rpm
-变频器50Hz时，输送带速度较为大可达到6.5m/s
-满足皮带秤大流量使用
-输出功率：0.75KW
-双速减速机功率：0.44KW
-原变频器满足使用要求，不用更换
2.4 方案的实施情况
我们在采用双速电机控制实现宽流量设计的前提下，尽可能保留了原有的主回路，在此基础上增加高低速切换接触器，利用PLC程序自动实现高低速的切换功能，并实现高低速转换互锁，满足安全需要。
2.4.1 双速减速机控制方式
我们根据双速减速机的原理，使用三角形接法时，此为低速运行；使用星形接法时，此为高速运行，通过接触器来改变接线方法（图3）。
2.4.2 变频器控制方式
优化变频器的控制方式，当主控柜通过网络发出运行信号时，梗丝秤变频器才会通过PLC的输出信号启动运行。
2.4.3 电机冷却风机控制方式
原减速电机没有冷却风扇，我们单独为冷却风扇设计了控制电路，使用带辅助触点的单极开关可以在风扇异常时，给PLC反馈故障信号；风扇主回路同时接受PLC控制，与变频器同时起停，延长风扇的使用寿命。
2.4.4 高低速切换模式、高低速切换点选择（图4）
2.4.5 图纸、程序设计（图5）
2.4.6 效果验证
我们对设计效果进行验证，统计了2011年10-12月份部分生产小比例梗丝掺兑的掺兑精度，得出其平均掺兑精度为0.047%，远小于工艺要求的≤0.8%。统计图表如表1。
效果证明：梗丝秤拓宽了自己的生产能力，不仅能进行大比例的均匀掺兑，还可以进行小比例的均匀掺兑，稳定的梗丝流量，满足了制丝生产的工艺需求，为卷烟较为终质量提供有力保障。
3 项目推广与应用
在随后三年的使用中，“皮带秤宽流量控制系统”运行稳定、可靠，已成功应用在生产线上，我们可以将成功的经验总结后，推广应用到其它的皮带秤（叶丝秤、叶片秤等）。
作者简介：李军，工程师，主要从事：电气维修、网络维护。
制丝车间混丝掺兑是制丝工艺中非常重要的工序，其中梗丝掺兑的均匀性直接影响着烟丝的产品质量。梗丝秤在大比例生产时，掺兑精度良好，达到了工艺要求的≤0.8%，而泰山“秀”系列产品以及合作加工品牌的梗丝掺兑比例小，较为小比例仅为4%，折合掺兑瞬时流量约为160kg/h。而梗丝秤的设计流量范围为200-2000kg/h，显然梗丝秤无法满足生产工艺要求。为了满足生产的需要，我们不得不采用了借用残丝设备的方法，残丝秤的设计流量范围为100-500kg/h，即从梗丝柜中先接出梗丝倒入残丝喂料机，梗丝经提升带、通过残丝皮带秤实现梗丝的掺兑。采用借用残丝设备的方法掺兑梗丝，即增大了梗丝的造碎率，又不利于现场的生产管理，并占用了大量人力的资源。
2 皮带秤宽流量控制系统方案设计
2.1 确定使用双速电机方案
为了既能保障梗丝掺兑的控制精度，又能缩短改造的实施工期，我们采用“双速电机+变频器”。双速电机的原理（图1）
双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。 根据公式；n1=60f/p可知异步电动机的同步转速与磁极对数成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。 此图介绍的是较为常见的单绕组双速电动机，转速比等于磁极倍数比，如2极/4极、4级/8极，从定子绕组△接法变为YY接法，磁极对数从p=2变为p=1。 转速比=2/1=2
2.2 方案预期效果的测试
我们在生产任务相对宽松的中试线混丝段进行预期效果测试，在混丝段梗丝秤安装了一台功率为0.25KW的双速电机进行试验，测试的流量范围为实际生产所需的范围，在叶丝主秤上挂码模拟自动生成的叶丝流量，在梗丝秤上过实物（梗丝），（备注：实际的生产中，叶丝秤作为主秤，其它的梗丝秤、膨胀丝秤、残丝秤等都是依据叶丝主秤的流量，按工艺比例进行搀兑）。
测试的结果：梗丝秤的搀兑精度≤0.055%，满足工艺要求的≤0.8%，试验结果良好。
2.3 确定双速电机的型号
根据生产的实际情况，确保皮带秤满足较为低瞬时流量为160kg/h，此时的皮带秤状态是稳定的，而变频器的运行频率不低于10Hz。为了既满足大流量的控制，又满足小流量的控制，我们计算出了双速电机的速比：1：40
根据SEW减速电机的速查表，我们选择双速减速电机的型号为：DT90L8/4
-转速： 700/1400rpm
-变频器50Hz时，输送带速度较为大可达到6.5m/s
-满足皮带秤大流量使用
-输出功率：0.75KW
-双速减速机功率：0.44KW
-原变频器满足使用要求，不用更换
2.4 方案的实施情况
我们在采用双速电机控制实现宽流量设计的前提下，尽可能保留了原有的主回路，在此基础上增加高低速切换接触器，利用PLC程序自动实现高低速的切换功能，并实现高低速转换互锁，满足安全需要。
2.4.1 双速减速机控制方式
我们根据双速减速机的原理，使用三角形接法时，此为低速运行；使用星形接法时，此为高速运行，通过接触器来改变接线方法（图3）。
2.4.2 变频器控制方式
优化变频器的控制方式，当主控柜通过网络发出运行信号时，梗丝秤变频器才会通过PLC的输出信号启动运行。
2.4.3 电机冷却风机控制方式
原减速电机没有冷却风扇，我们单独为冷却风扇设计了控制电路，使用带辅助触点的单极开关可以在风扇异常时，给PLC反馈故障信号；风扇主回路同时接受PLC控制，与变频器同时起停，延长风扇的使用寿命。
2.4.4 高低速切换模式、高低速切换点选择（图4）
2.4.5 图纸、程序设计（图5）
2.4.6 效果验证
我们对设计效果进行验证，统计了2011年10-12月份部分生产小比例梗丝掺兑的掺兑精度，得出其平均掺兑精度为0.047%，远小于工艺要求的≤0.8%。统计图表如表1。
效果证明：梗丝秤拓宽了自己的生产能力，不仅能进行大比例的均匀掺兑，还可以进行小比例的均匀掺兑，稳定的梗丝流量，满足了制丝生产的工艺需求，为卷烟较为终质量提供有力保障。
3 项目推广与应用
在随后三年的使用中，“皮带秤宽流量控制系统”运行稳定、可靠，已成功应用在生产线上，我们可以将成功的经验总结后，推广应用到其它的皮带秤（叶丝秤、叶片秤等）。
作者简介：李军，工程师，主要从事：电气维修、网络维护。
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