黄深海, 周奇峰, 马 臣, 张振峰, 袁国安



卷接机组集中工艺风力系统的改造与应用

黄深海1, 周奇峰2, 马 臣3, 张振峰4, 袁国安4

(1. 贵州中烟工业有限责任公司 铜仁卷烟厂 设备技术信息科, 贵州 铜仁, 554300; 2. 山东中烟工业有限责任公司 济南卷烟厂, 山东 济南, 250104; 3. 山东中烟工业有限责任公司 青岛卷烟厂, 山东 青岛, 266101; 4. 衡阳三力高科技开发公司, 湖南 衡阳, 421001)

对集中工艺风力系统将风力合理分配到每台卷接机组, 并根据其自身状态实现风力自动平衡进行了研究. 采用PLC和PROFIBUS-DP现场总线控制技术, 构建工艺风力自动平衡控制系统, 确保卷接机组所需工艺风力连续、有效、稳定的供给. 以贵州省某卷烟厂卷包A车间4组卷接机组构建的集中工艺风力与除尘系统平衡控制技术的应用为例, 探讨了其集中工艺风力平衡经济型控制系统的构成和应用效果. 通过与其它平衡控制模式的比较, 得出风力平衡经济型控制系统具有一定的实用性和推广价值.

卷接机组; 工艺风力; 风力平衡; PLC; PROFIBUS-DP

卷接机组集中工艺风力系统早在上世纪90年代初开始研究, 并陆续在卷烟厂得到应用[1—3], 但随着卷烟厂卷接设备的不断更新, 对集中工艺风力系统的稳定性及可靠性的要求越来越高[4—5], 加之电子技术的飞速发展, 其控制技术也在不断更新与完善[6—7]. 中、小卷烟厂卷接设备更新较慢, 自动化程度相对较低, 但卷烟工艺对风力系统的要求同样需要稳定可靠. 因此, 必须研究一种经济型控制方案, 满足卷烟工艺风力的需要, 实现中、小卷烟厂卷接机组集中工艺风力系统的稳定与可靠.

1 系统的构成与风力平衡原理

1.1 系统构成

卷包A车间共有PASSIM7000卷接机组4套, 拆除了PASSIM卷接机组自带的高压风机, 建立了1套卷接机组集中工艺风力与除尘系统(系统代号FC1).

FC1工艺风力系统如图1所示, 系统由1台大风机、1台除尘器、1个消声器、除尘管网、风力平衡阀(M1、M2、M3、M4)和电控系统组成. FC1工艺风力系统为4台卷接机组提供工艺风力, 在每台接嘴机除尘支管道装有风力平衡阀, 在除尘系统主管道上安装1个压力传感器.

图1 FC1集中工艺风力系统

1.2 控制系统构成

选用SIEMENS品牌PLC作为控制器, 触摸屏作为系统的人机界面, 现场采用分布式I/O站与PLC构建PROFIBUS-DP分布式控制系统, 风机调速采用变频器, 除尘主管道上安装压力传感器, 接嘴机除尘支管上安装气动碟阀用于动态平衡. 控制系统结构如图2所示.

1.3 风力平衡原理

卷接机组在待机和跑条的时候, 接嘴机鼓轮上没有烟支遮盖, 在没有风力平衡措施的情况下, 该支路进风量急剧增加, 引起系统风压下降, 导致系统和其它卷烟机的压力波动. 采用系统总管恒压控制和接嘴机风力平衡阀措施, 组建风力平衡经济型控制系统, 实现系统和卷接机组风力自动平衡和动态调节, 满足卷接机组工艺风力压力稳定的需要.

系统恒压控制措施. FC1工艺风力系统为4台卷接机组提供工艺风力, 由于每台卷接机组在运行的过程中风量会小幅波动, 特别是在有卷接机组跑条时, 风量的变化会引起系统压力波动, 为确保FC1系统风力压力稳定, 采用了恒压控制措施.

接嘴机风力平衡阀. 每台卷接机组的接嘴机上安装风力平衡阀, 从卷接机组上提取风机信号、烙铁信号、检修试机信号进入分布式I/O站ET200S, 通过PLC和PROFIBUS-DP分布式I/O建立接嘴机风力平衡阀动态调节, 确保卷接机组不管在待机、生产和跑条的状态下, 每台卷接机组进入的风量基本稳定, 实现卷接机组工艺风压力稳定.

2 改造内容

2.1 控制系统器件选型

① 控制器为SIEMENS品牌PLC S7-300, 型号为CPU315-2DP, 带PROFIBUS-DP总线接口;

② 配置1台MP377触摸屏, 安装在除尘房控制室PLC柜上, 用于系统工艺流程监控;

③ 分布式I/O站采用ET200S, 配置适当的I/O模块, 2个I/O站分别安装卷包车间和除尘房;

④ 配置1台DANFOSS VLT5100系列IP20防护等级的变频器, 安装在控制柜内, 配置DP通讯卡, 通过PROFIBUS-DP总线调节风机转速;

⑤ 配置E+H品牌PMC131系列的压力传感器;

⑥ 配置EBRO品牌EB5系列气动蝶阀.

2.2 动态平衡的实现

恒压控制. 利用PLC控制器、变频器、主管道压力传感器及风机构成闭环控制系统, PLC控制器将系统风压的检测值与设定值进行比较, 根据偏差的大小, 由控制器的PI算法自动输出信号到变频器, 调节风机转速, 实现系统主管道压力恒压的控制目的.

接嘴机风力平衡. 从卷接机组上提取原风机、烙铁和检修信号, 当接嘴机风机信号为ON时, 接嘴机进入待机状态, 控制风力平衡阀开启到小开度(约1/3), 为了便于水松纸和滤棒的吸附, 接嘴机到位负压要大于3 000 Pa的风压; 当接嘴机风机信号为ON并且烙铁信号也为ON时, 开启风力平衡阀至全开, 接嘴机到位负压要大于9 000 Pa的风压; 卷接机组运行过程中跑条, 此时接嘴机上的风量是正常生产时的几倍, 为了减少对整个系统风力的冲击(风量增大, 压力降低), 此时烙铁信号为OFF时(尽管接嘴机风机信号为ON), 风力平衡阀应自动关小(约1/3); 当接嘴机处于停机状态, 接嘴机风机信号为OFF时则风力平衡阀自动关闭; 接嘴机检修需要试风时, 则必须接嘴机检修试机为ON, 并且接嘴机风机信号为ON, 此时风力平衡阀自动全开.

每台卷接机组的风力平衡阀根据机组状态实现风力自动平衡控制, 确保每台卷接机组进入的风量基本稳定, 实现系统风力风量基本稳定, 这是保证系统压力恒定的基本前提.

2.3 控制系统程序

PLC程序. 控制系统PLC程序设计是基于西门子的STEP7 V5.5软件平台, 该平台提供了性能卓越、高效便利的开发环境. 在STEP7的环境下, PLC程序设计的主要步骤有: ① 根据控制器类型创建工程; ② 硬件组态: 在导轨上依次配置各个模块、分配模板I/O地址、配置PROFIBUS-DP总线和参数设置及配置各ET200S I/O站内的模板并分配I/O地址; ③ 编译成功并下载到CPU315-2DP控制器中; ④ 以梯形图编程方式创建程序块, 包含组织块OB1、OB82、OB85、OB86、OB87、OB121等, 功能块(子程序)FC10、FC11、FC13、FC20, 数据块DB1、DB2、DB5、DB10、DB11、DB12、DB13、DB20等; ⑤ 建立现场总线PROFIBUS-DP专用数据块DB101和DB102, 建立报警信息数据块DB100; ⑥将程序块及数据块下载到CPU315-2DP控制器中, 将PLC控制器置于运行状态.

监控软件设计. 触摸屏MP377上的监控系统基于西门子公司组态软件winccflexible2007开发而成. 该MP377支持工业以太网TCP/IP协议、PROFIBUS-DP及MPI方式与S7-300通信, 在STEP7对PLC完成硬件组态和I/O地址定义及创建数据块的基础上, 在winccflexible编辑模式下, 通过对变量、通道和节点参数的定义(指定地址), 就可以与PLC控制器之间建立网络连接, 使MP377能够访问PLC控制器的各种资源, 实现整个控制系统的数据交换, 达到全数字化监控的目的. 工艺风力平衡控制系统界面见图3.

图3 系统监控界面

为了保障监控系统安全运行, 系统设置用户登录窗口, 涉及系统启动/停止、控制方式以及参数设定等操作, 根据不同操作人员分别建立用户帐号和口令, 以限制非法用户的使用. 在运行过程中, 一旦出现故障, 系统会根据故障类别自动发出不同的报警提示. 点击有报警图标的分画面按钮, 可以进入报警信息画面, 得到具体的报警指示和详细信息.

3 效果分析

卷接机组集中工艺风力平衡控制系统目前存在多种模式: ① 接嘴机风力平衡无级调节阀, 该模式阀门为定位器无级调节, 角度控制精准, 待机开度可以在触摸屏上设定, 在卷烟机停机时, 可以关闭该支路, 但系统必须具备总管补风平衡措施, 避免系统极端工况时风机喘振; ② 卷烟机自动风压平衡器可以实现卷烟机正常生产过程中支路风力恒压控制, 在停机或风室打开检修的时候, 还可以关闭或关小该支路; ③ 本文采用了经济型控制系统, 手动风压平衡器+接嘴机风力平衡阀, 该平衡器为手动型, 在初期调试期间, 用于静态平衡系统管网; 风力平衡阀为开关型气动电磁阀, 待机开度由人工机械定位, 在运行过程中根据卷接机组信号自动控制; 接嘴机风力平衡无级调节阀、总管补风平衡装置和自动风压平衡器的确有它的优越性能, 但初期投资较高; 在系统运行过程中, 卷烟机打开风室的机会也不多; 接嘴机风力平衡阀虽然只有2个工作状态, 在待机和停机的时候, 该平衡阀处于关小状态, 这样就不需要总管补风平衡装置了, 也避免了风机喘振现象; 由于本例中的系统内卷接机组数量较少(只有4台), 投资也不宽裕, 采用经济型控制系统是比较理想的选择.

4 结论

该系统于2011年3月正式投入运行以来, 与技改前相比, 取得了如下应用效果: ① 系统具备全数字化监控功能, 实现风力平衡及工艺参数可视、可调、可控; ② 根据卷接机组的负荷变化, 自动调节系统风力, 系统风压波动加权平均值1.8%, 风量波动加权平均值4.2%; ③降低了总装机容量, 节约电耗约23%.

运行效果表明, 该卷接机组集中工艺风力平衡经济型控制系统运行稳定、可靠, 达到了预期的设计目标, 在中小型卷烟厂具有极大的推广意义.

[1] 朱思明, 戴石良, 袁一军, 等. 卷接工艺风力供给方法及装置[P]. 中国专利, ZL92109157.5. 1994-11-20.

[2] 袁国安. 我国烟草粉尘治理技术现状与发展[A]. 衡阳市烟草学术年会论文集[C]. 衡阳: 衡阳市烟草专卖局, 2001.

[3] 袁国安. 卷烟工艺风力供给方法与除尘技术的研究[A]. 中南七省(区)烟草学术片会论文集[C]. 海口: 海南省烟草专卖局, 2002.

[4] 戴石良, 李国荣, 袁国安, 等. 卷接机组风力集中供给方式的研究与应用[J]. 烟草科技, 2004(10): 10—12.

[5] 桑全阳, 袁国安. 某卷烟厂卷接机组集中风力与除尘系统的应用[J]. 工业安全与环保, 2005(5): 11—12.

[6] 王怀杰, 张振峰, 李国荣, 等. 卷接设备集中工艺风力与除尘自动监控系统的设计[J]. 烟草科技, 2006(5): 11—14.

[7] 张振峰, 马臣. 卷接机组工艺风力平衡电控与监控系统[J]. 湖南工业大学学报, 2006, 20(2): 105—108.

Improvement and application of centralized air supplying system for cigarette makers

HUANG Shen-hai1, ZHOU Qi-feng2, MA Chen3, ZHANG Zhen-feng4, YUAN Guo-an4

(1. Tongren Cigarette Factory, Guizhou Branch of China Tobacco Industy Corporation, Tongren 554300, China; 2. Ji’nan Cigarette Factory, Shandong Branch of China Tobacco Industy Corporation, Ji’nan 250104, China; 3. Qingdao Cigarette Factory, Shandong Branch of China Tobacco Industy Corporation, Qingdao 266101, China; 4. Sunny High-Tech R&D Company, Hengyang 421001, China)

The air supplying reasonable assigned to each unit in the centralized air supplying system, and achieve homeostasis were studied according to its own state. The PLC and the PROFIBUS-DP BUS control technology has been used, which helps air supply continuously, efficaciously and stably. As the example of 4 cigarette makers in a cigarette factory in Guizhou Province, the composing and effect of economic control system of air supplying system and its uses of balance control technology in dust removal system were analyzed. Compared with other systems, it was concluded that this technology offered many advantages and it was beneficial to technology elevation in middle or small cigarette factories. It has certain practicability and popularization value.

cigarette makers; centralized air supplying system; balance of air supplying; PLC; PROFIBUS-DP

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.03.019

TS 43

1672-6146(2013)03-0085-04

email: tr1964@126.com.

2013-03-07

(责任编校: 江 河)