PROTOS卷煙機VE計量槽及電控系統(tǒng)升級改造

摘要：VE喂絲機是PROTOS卷接機組的喂料裝置。其作用是將前置工序加工的煙絲進行整理、定量、并將均勻連續(xù)的煙絲條供應(yīng)SE機。計量槽是VE喂絲機的組成部分。輸送帶由一直流電機驅(qū)動。電機根據(jù)機器運轉(zhuǎn)速度和散料通道內(nèi)料位監(jiān)測器監(jiān)測到的實際料位高度信號→電機無級調(diào)速→改變帶速→改變送絲量，使散料滑道內(nèi)的料位高度盡可能的保持穩(wěn)定。電機速度的調(diào)節(jié)及控制通過機器上的A6插件（SE）及系列傳感器來實現(xiàn)。本文主要介紹了PROTOS卷煙機VE計量槽及電控系統(tǒng)的升級改造步驟及效果。由于改造前計量槽經(jīng)常跑空或堵煙絲，嚴(yán)重影響機車的設(shè)備效率，故對VE計量槽及電控系統(tǒng)進行升級改造。改造后的計量槽運行可靠、故障率低、維護方便。改造后機車效率明顯提高。

關(guān)鍵詞：計量槽、跑空、堵煙絲

　　一、引  言
　　VE喂絲機由料斗、定量喂料裝置、吸絲成型裝置、風(fēng)機系統(tǒng)和傳動系統(tǒng)組成。VE喂絲機是PROTOS卷接機組的喂料裝置。其作用是將前置工序加工的煙絲進行整理、定量、均勻連續(xù)的煙絲條供應(yīng)SE機。其工作過程為：煙絲→風(fēng)送→集絲箱→預(yù)分配器→儲料區(qū)→提升輸送帶→散料滑道→磁軌去鐵磁性物質(zhì)→棘輥從滑道中定量取出煙絲，平滑軌適得煙絲能順利的從滑道中輸入棘輥→快輥把煙絲梳出針輥→皮帶輸送機上→均勻煙絲層→皮帶輸送煙絲→上空氣噴射器→彈絲轆→結(jié)合下空氣噴射器→煙絲進入吸絲通道→吸絲通道內(nèi)的煙絲→吸絲網(wǎng)帶→煙絲條→煙槍。上空氣噴射器吹落煙絲時較重?zé)熃z及雜質(zhì)→螺旋輸送機→分離器進行分離。煙絲條形成后由平整器（SRM或MR1）修整。源信號來自裝在刀頭上的掃描器。去除的煙絲→輸送帶→振槽回送到煙絲儲存區(qū)。由提升帶→與新煙絲合并→喂料

　　二、改造前的系統(tǒng)組成
　　原電氣系統(tǒng)為繼電器組件和邏輯控制板、運算控制板組合控制方式，控制方式陳舊，故障檢測及維護比較麻煩，易損件過多，備件多、維修費用高，影響生產(chǎn)效率；并且原機器進廠較早，電氣件也存在老化問題，急需更新；另外針輥電機與陡角輸送電機為直流電機，造價高、需維護、易損壞，使用壽命短；其次這兩個電機采用直流調(diào)速板控制速度，調(diào)速板的調(diào)整不便，也存在壽命短的問題；再者，堆料槽料位控制與普托90E新機比較存在缺陷，主要反映在，控制板SE A0-A6易損，料位控制不夠穩(wěn)定，易造成堆料槽滿、陡角電機頻繁啟停，或堆料槽排空、堵塞而導(dǎo)致主機停車，從而造成原材料的浪費和生產(chǎn)效率下降。

　　三、系統(tǒng)改造技術(shù)方案
　　針對以上問題，經(jīng)在生產(chǎn)現(xiàn)場的實地考察與調(diào)研，我對此控制系統(tǒng)進行了如下改造，設(shè)計成新型電氣控制系統(tǒng)，以適應(yīng)我廠生產(chǎn)的需要。
　?。ㄒ唬?、新型控制系統(tǒng)的解決方案
　　將所有的邏輯、運算功能控制器件和電路板取消，用可編程序控制器（PLC）取而代之，由可編程序控制器完成所有邏輯及運算處理；取消直流電機調(diào)速板，用變頻調(diào)速器和伺服控制器代替；改直流電機為交流電機；改9點檢測堆料槽料位控制方式為15點檢測料位控制方式。
　　1. 將數(shù)字量直接接入可編程序控制器
　　各種按鈕、限位開關(guān)和開關(guān)式傳感器及其它設(shè)備的連鎖信號、控制信號接入到可編程序控制器的數(shù)字輸入模板，由可編程序控制器的中央處理器CPU進行識別檢測。
　　2. 由可編程序控制器直接輸出數(shù)字控制信號
　　本機的執(zhí)行器件以及給其它設(shè)備的信號通過數(shù)字輸出模板直接接到接線端子上，可編程序控制器進行邏輯運算后直接輸出各種信號（如：報警，接觸器控制信號，變頻器啟動信號、閥門啟動等）。
　　3. 直流伺服電機換為三相交流電機
　　M9陡角輸送電機，要求跟蹤主機速度，原直流伺服電機與速度控制板N1配合,完成此項任務(wù)，由于調(diào)速器無速度顯示不便監(jiān)視，調(diào)速板上4個速度控制電位器的調(diào)整需要一定的經(jīng)驗，不方便。
　　使用普通三相電機與變頻調(diào)速器配合，技術(shù)成熟，調(diào)速穩(wěn)定，接線簡單，壽命長，并且速度由可編程序控制器直接輸出模擬量控制。M16針輥電機，同樣要求跟蹤主機速度，更加快速、嚴(yán)格、精確。原機工作方式與M9陡角輸送電機相同，也存在同樣的問題?？紤]到具體針輥工作所要求的快速跟隨特性，在此我選用通用伺服控制器代替變頻調(diào)速器，實現(xiàn)技術(shù)要求。
　　4. 15點檢測料位，分辨率更高，速度運算更精確
　　采用15個料位檢測開關(guān)，料位更準(zhǔn)，速度計算量化更細(xì)；可編程序控制器的專用計算方法使速度跟隨性更快、更好，替代原計算控制板。
　　5. 新系統(tǒng)維持原電源線路設(shè)計
　　電源供給系統(tǒng)維持原設(shè)計、各路電源輸出的保護不變、電機工作斷路器和接觸器不變，保留A49頻壓轉(zhuǎn)換器和F4電機過熱保護器。
　?。ǘ?、新系統(tǒng)的構(gòu)成及原理
　　該系統(tǒng)集合了可編程序控制器、變頻調(diào)速器、伺服控制器，組成控制核心；它與外圍傳感器等輸入部件和執(zhí)行機構(gòu)驅(qū)動器共同構(gòu)成一個完整的體系。無論是與其它設(shè)備的通訊，還是本機的狀態(tài)檢測，動作的完成均可以完美的實現(xiàn)，達(dá)到并超過原機功能和技術(shù)指標(biāo)。
　　作為當(dāng)今最流行的控制模式，它具有明顯的優(yōu)勢：硬件結(jié)構(gòu)簡單，維護簡便易行，故障率低，控制快速、精確。
　　1．可編程控制系統(tǒng)
　　作為控制核心，它除了可以完成它所擅長的邏輯控制功能，并且已經(jīng)成功開發(fā)了多種運算功能，計算精度也很高；專用控制功能（如PID控制、步進電機控制、高速布爾控制）；特殊的應(yīng)用功能（如與不同類型、不同品牌的設(shè)備進行通訊等）。它廣泛的應(yīng)用于各種自動控制領(lǐng)域，現(xiàn)在的所有控制，它幾乎都能實現(xiàn)。
　　該系統(tǒng)采用西門子公司的S7-300可編程序控制器，擴展的數(shù)字輸入模板可接收48路開關(guān)信號，擴展的數(shù)字輸出模板可輸出48個開關(guān)值，模擬擴展板具有四路模擬輸入和二路模擬輸出。除了滿足本設(shè)備現(xiàn)有工作要求外，為將來擴展功能也留下一定的余量，并且很容易與將來整機的可編程控制改造聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)現(xiàn)場總線的控制。
　　軟件使用梯形圖編程，應(yīng)用了邏輯組合、定時器、計數(shù)器、數(shù)學(xué)運算、PID運算等的功能。
　　數(shù)字輸入與輸出在前面板上均有指示燈，能實時反映輸入輸出部件的狀態(tài)，可在檢查故障時，進行參照。
　　另外，采用的可編程序控制器各種模板，無特殊型，便于采購。
　　2．電源系統(tǒng)
　　電源系統(tǒng)維持原設(shè)計，每一路交直流電都安裝過流保護開關(guān)，采用施耐德的動力型小型斷路器，分?jǐn)嗨俣瓤欤浑姍C動力輸出采用西門子3VU型斷路器均進行了保護，可靠性得以保證；電機的接觸器為西門子3TF型。
　　控制信號電源均統(tǒng)一為直流24V；電機為交流220V（有二相或三相的）或三相380V，沒有變動；接觸器控制電和閥門等執(zhí)行器件用電均為交流110V；原變壓器不變即可滿足使用。
　　3．直流電機的改造
　　本供絲機上只有兩臺直流電機，其它的都為交流電機，鑒于以上直流電機的弊端，將其改為交流伺服電機。
　　針輥電機M16的速度由主機SE卷煙部分速度脈沖RCP決定，RCP經(jīng)過本機的轉(zhuǎn)換器A49轉(zhuǎn)換為0-10V電壓信號，由其設(shè)定為針輥電機的速度。
　　針輥電機M16與卷煙機速度必須配合精確、快速，否則，卷出的煙支達(dá)不到指標(biāo)，或是過松或是過密，將由核掃描器檢出并剔除，同時引起停車。選用三菱的交流電機伺服控制器和與其匹配的交流伺服電機，可以更加完美的達(dá)到控制精度的要求，專業(yè)級的組合通用而簡便，調(diào)整簡便，速度還具有可視性，速度匹配值可調(diào)，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，種種優(yōu)越性顯現(xiàn)非常突出。取剔了原速度控制板N2和直流電機。
　　陡角輸送電機M9的速度由主機卷煙速度與堆料槽的料位雙重因素決定，原系統(tǒng)有一個專門的算法計算出電機速度的設(shè)定值，此設(shè)定值由主機SE上的A0-A6板算出后，傳送到本機的陡角電機速度控制板N1，由其控制供煙給堆料槽的速度。
　　這種控制中，A0-A6板易損壞，N1調(diào)速板不易調(diào)整，速度不可監(jiān)測，速度控制不夠穩(wěn)定；除此之外，本機與卷煙機SE的信號連線過多，堆料檢測的9個光電開關(guān)信號要傳送到卷煙部分的A0-A6板，還要把控制信號返回給本機，連線復(fù)雜，不便維修。新型系統(tǒng)采用可編程序控制器直接接收料位信號和SE部分的速度信號，運用PID算法計算速度設(shè)定值，由其設(shè)定變頻調(diào)速器的速度，帶動普通交流電機，替代了原調(diào)速板N1和直流電機。此種控制完全克服了原方式的弊病，而且便于維護、價格便宜。
　　4．堆料槽料位檢測的改造
　　原為9點檢測，改為15點檢測，與普托90E的檢測和運算方式一樣。更換了光電檢測板和信號接收控制板。如下圖所示：

　　四、改進后的成果分析
　　改造后PROTOS卷煙機VE新型計量槽監(jiān)控及電控系統(tǒng)的性能主要表現(xiàn)為：
　　設(shè)備的故障點少、維護保養(yǎng)簡單、成本低。
　　以PLC為控制核心，軟件完成邏輯控制、數(shù)值分析、計算等功能，取消原線路板及繼電器控制，故障點少、維護保養(yǎng)簡單、成本低，提高了設(shè)備的有效作業(yè)率。
　　計量槽料位相對均勻、供料平穩(wěn)，不發(fā)生堵塞、空料現(xiàn)象：計量槽料位檢測點由9點改為15點，范圍寬，軟件實現(xiàn)陡角帶電機速度調(diào)節(jié)，使其速度調(diào)節(jié)平滑、料位相對平穩(wěn)，增加檢測計量槽內(nèi)煙絲上表面的凸凹，調(diào)整其相對平穩(wěn)改善后車布料的均勻度