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    摘要：無(wú)定量管的喂料裝置穩(wěn)定電子秤流量通過(guò)傳統(tǒng)方式控制是相當(dāng)困難的。因此必須一改三合一定量喂料裝置的傳統(tǒng)控制方式，把電子稱和提升帶作為一個(gè)整體考慮，利用軟齒輪箱技術(shù)，通過(guò)電子稱的運(yùn)行頻率直接控制提升帶變頻器的運(yùn)行頻率，來(lái)實(shí)現(xiàn)提升帶的無(wú)級(jí)調(diào)速，最終達(dá)到無(wú)定量管喂料裝置電子稱上物料的穩(wěn)定運(yùn)行。


   關(guān)鍵詞：電子齒輪；變頻器；喂料管

   煙草行業(yè)氣流干燥機(jī)前添設(shè)喂料機(jī)和電子皮帶秤用于控制和穩(wěn)定進(jìn)入HXD煙絲流量，提高HXD的膨化效果和出口水分的CPK值。HXD來(lái)料煙絲水分26%～30%，在此大水分下采用帶定量管喂料裝置進(jìn)行恒流量控制會(huì)經(jīng)常出現(xiàn)積塊堵料現(xiàn)象，為此需采用不帶定量管的喂料裝置，不帶定量管喂料裝置進(jìn)行恒流量控制采用通常的控制方式是不行的。因此必須設(shè)計(jì)一種新的控制方式來(lái)進(jìn)行無(wú)定量管喂料裝置下恒流量控制。

    1 設(shè)計(jì)思路

   在煙草行業(yè)流量控制方面普遍采用帶定量管喂料裝置（電子秤+定量管+喂料機(jī)）利用定量管上的高、中、低光電管來(lái)調(diào)節(jié)進(jìn)入定量管的物料量（物料高于高料位，低速或停止進(jìn)料；物料在中低料位之間，高速進(jìn)料；物料在高中料位之間，中速進(jìn)料）。然而定量管是垂直安裝，有一定的高度落差，當(dāng)大水分煙絲（氣流干燥機(jī)前煙絲水分26%～30%，）在定量管內(nèi)經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)因?yàn)樽陨碇亓繑D壓造成煙絲結(jié)團(tuán)而引起堵料現(xiàn)象。而不帶定量管的喂料裝置會(huì)使電子秤的煙絲流量波動(dòng)較大，后續(xù)工序的加工難度加大。帶定量管喂料裝置已不能適應(yīng)現(xiàn)代精細(xì)化加工工藝對(duì)大水分煙絲流量控制的要求。為提高大水分煙絲流量控制效果，提高后工序加工的穩(wěn)定性，需設(shè)計(jì)出一種新的控制方法以利于大水分下無(wú)定量管喂料裝置實(shí)現(xiàn)恒流量問(wèn)題的解決。在許多煙草生產(chǎn)廠家，也遇到了同樣的問(wèn)題，因此攻關(guān)無(wú)定量管裝置下實(shí)現(xiàn)恒流量成為當(dāng)務(wù)之急。

    2 設(shè)計(jì)方案

    筆者選擇了不同的機(jī)械和電氣控制點(diǎn)，進(jìn)行交叉組合，形成幾種設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)方案如下：

   方案一：提升機(jī)變頻器采用端子方式，且控制方式是根據(jù)通常設(shè)計(jì)思路利用電子秤上物料實(shí)際流量與設(shè)定流量的偏差大小，電子秤發(fā)出三個(gè)控制信號(hào)，當(dāng)實(shí)際流量大于設(shè)定流量100Kg/h，提升帶低速運(yùn)行，當(dāng)實(shí)際流量在設(shè)定流量±100Kg/h之間時(shí)提升帶中速運(yùn)行，當(dāng)實(shí)際流量小于設(shè)定流量100Kg/h，提升帶高速運(yùn)行。

    方案二：提升機(jī)變頻器采用總線方式，但控制方式采用PID控制方式。在喂料機(jī)程序中重新建立PID控制模型，根據(jù)電子稱傳送來(lái)的設(shè)定流量和實(shí)際流量的誤差調(diào)節(jié)提升機(jī)變頻器的頻率，從而使提升機(jī)的速度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速。此控制方式弊端是電子稱和提升機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定流量控制時(shí)存在不同步性。

    方案三：提升機(jī)變頻器采用總線方式，但控制方式采用齒輪箱控制方式。根據(jù)齒輪變速箱原理，把電子秤、喂料機(jī)作為一整體來(lái)考慮，解決電子稱和提升機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定流量控制時(shí)的不同步問(wèn)題。電子秤相當(dāng)于變速箱的電機(jī)作為控制源，提升帶相當(dāng)于變速箱傳動(dòng)軸作為被控對(duì)象，具體措施是用電子秤皮帶變頻器的頻率作為控制源 ，利用同步變速系數(shù)，來(lái)控制提升帶變頻器的控制頻率。

    針對(duì)三個(gè)方案，筆者分別編程并做了實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。
 
                            表1 提升機(jī)帶速度調(diào)節(jié)方式試驗(yàn)結(jié)果  

                  

    針對(duì)這三種方案利用優(yōu)選法選出了第三種方案為最佳方案。軟齒輪箱方式控制框圖如圖1所示。
  
                     
                                  圖1 軟齒輪箱方式控制框圖
 
    3 設(shè)計(jì)方法

    （1）首先對(duì)提升帶耙釘進(jìn)行梳琉，把耙釘由原來(lái)的15cm削減為10cm，同時(shí)降低均料棍的高度，使其起到撥料和均料作用。這樣可防止提升帶在輸送料的過(guò)程中因耙釘過(guò)長(zhǎng)而導(dǎo)致輸送的煙絲多少不均現(xiàn)象。（2）在喂料機(jī)PLC和電子秤PLC之間利用SCANLANCE交換機(jī)、太網(wǎng)線等硬件建立PROFINET網(wǎng)絡(luò)，在軟件上利用PROFINET網(wǎng)絡(luò)下通訊技術(shù)，建立喂料機(jī)S7-300和電子秤S7-300之間的通訊，簡(jiǎn)化設(shè)備之間通訊線路，縮短通訊時(shí)間，提高響應(yīng)速度。如圖2所示。
 
                  
                           圖2 喂料機(jī)S7-300和電子秤S7-300之間建立通訊

    （3）建立喂料機(jī)S7-300和電子秤S7-300之間通訊后，用FB12、FB13在電子秤和喂料機(jī)之間發(fā)送和接受相關(guān)數(shù)據(jù)如電子秤皮帶頻率、電子稱的設(shè)定流量、電子稱的瞬時(shí)流量等。如圖3所示。
  
                    
                               圖3 電子秤和喂料機(jī)之間發(fā)送和接受相關(guān)數(shù)據(jù)  

    （4）更換提升帶變頻器并安裝網(wǎng)卡，利用編程器在張家口喂料機(jī)程序上組態(tài)變頻器，建立變頻器與張家口喂料機(jī)的PLC之間PROFIBUS-DP通訊。并編寫變頻器控制程序以實(shí)現(xiàn)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線控制提升帶變頻器的速度，達(dá)到無(wú)級(jí)調(diào)速的目的。如圖4所示。
  
                        
                           圖4 喂料機(jī)程序上組態(tài)變頻器，建立PROFIBUS-DP通訊  

   （5）優(yōu)化電子秤控制參數(shù)，更改喂料機(jī)控制程序。利用齒輪變速箱原理，把電子秤、喂料機(jī)作為一整體來(lái)考慮。電子秤相當(dāng)于變速箱的電機(jī)作為控制源，提升帶相當(dāng)于變速箱傳動(dòng)軸作為被控對(duì)象，具體措施是把控制電子秤皮帶變頻器運(yùn)行頻率作為控制源 ，利用同步變速系數(shù)，來(lái)控制提升帶變頻器的運(yùn)行頻率?？刂乒綖椋?br />
    提升帶變頻器的頻率=同步變速系數(shù)K*電子秤皮帶變頻器的運(yùn)行頻率，其中同步變速系數(shù)可通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出：

    先在小流量（2000 Kg/h）下進(jìn)行恒流量控制得到一個(gè)同步變速系數(shù)K1；大流量（6000 Kg/h）下進(jìn)行恒流量控制得到一個(gè)同步變速系數(shù)K2；中流量(4000Kg/h）下進(jìn)行恒流量控制得到一個(gè)同步變速系數(shù)K3。再通過(guò)加權(quán)平均計(jì)算出正常工作時(shí)同步變速系數(shù)K=K1*20%+K3*60%+K2*20%。
         
                     
                                      圖5 控制提升帶變頻器轉(zhuǎn)速的程序 

   因?yàn)殡娮映幼陨碜鳛榭刂菩头Q，其控制方面已做得相當(dāng)完好，這樣把電子秤和喂料機(jī)提升帶作為一個(gè)整體考慮，通過(guò)電子秤皮帶變頻器運(yùn)行頻率控制提升帶變頻器的運(yùn)行頻率就可很好的實(shí)現(xiàn)在無(wú)定量管裝置的情況下實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速來(lái)穩(wěn)定電子秤流量，這里暫將此技術(shù)叫做軟變速箱技術(shù)。其控制程序如圖5所示。

   4 應(yīng)用效果

   設(shè)計(jì)應(yīng)用后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2、表3所示。
  
                      表2 提升機(jī)變頻器利用傳統(tǒng)控制方式（方案一）電子稱流量統(tǒng)計(jì)  
              
 
                      表3 提升機(jī)變頻器采用軟齒輪箱技術(shù)控制方式（方案三）電子稱流量統(tǒng)計(jì)  
               
                 
   通過(guò)應(yīng)用PROFINET網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、電子齒輪箱同步技術(shù)和變頻器網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對(duì)設(shè)備整體程序改造后，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，電子秤流量控制在設(shè)定流量正負(fù)30kg之間，HXD入口流量穩(wěn)定，出口煙絲水分誤差在正負(fù)0.5 之間，完全滿足工藝要求，極大提高了出口煙絲水分CPK指數(shù)。整條烘絲線的設(shè)備瓶頸得到解決，其穩(wěn)定性也得到保證。

   5 結(jié)語(yǔ)

    傳統(tǒng)的帶定量喂料裝置把電子秤和喂料機(jī)提升帶分開(kāi)控制，電子秤上由于有定量管，在正常運(yùn)行過(guò)程中，來(lái)料重量變化較小，基本維持恒重量，電子秤皮帶的速度頻率在設(shè)定流量上下也變化較小，因此電子秤的流量較為穩(wěn)定。

    軟變速箱同步技術(shù)特別適用于大水分下不帶定量管（電子稱上重量變化較大），具有提升帶的喂料裝置，來(lái)控制提升帶的速度實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速，對(duì)于帶有定量管的三合一喂料裝置也適用，可以防止定量管斷料和堵料。即適用于控制型、配比型稱，但不適用于計(jì)量型稱。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] 崔堅(jiān).西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

    [2] 鄧?yán)栌?ATV71與ATV61的Profibus-DP連接[Z].

    張根勤（1978-）

   男，大學(xué)本科，現(xiàn)就職于許昌卷煙廠，主要研究方向?yàn)橹平z設(shè)備及工藝，對(duì)計(jì)算機(jī)、現(xiàn)代控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)也進(jìn)行研究，熟悉圖5 控制提升帶變頻器轉(zhuǎn)速的程序PLC (S7系列)硬件安裝，軟件編程。

   摘自《自動(dòng)化博覽》2012年第三期