谢乐机 邱文瀚 何良胜 简庆龙

摘要：本文系统分析了加香筒设备的驱动方案，进行了制丝线圆筒类设备转速变频控制方式的设计，详细论述了改造变频器的选型与搭建，设计了系统控制程序和人机界面，进行了系统调试，结果表明本研究精确实现了转速可控化，成功地解决了生产工艺要求。

关键词：流量控制;变频调速;触摸屏控

我国烟草企业，其制丝车间大部分圆筒类生产设备均由昆船烟机机械成果实现了转速可控化的现实，成功地解决的生产上的工艺要求厂制造，应用于各种大中型烟草生产厂，基本上加料、加香均由此机型设备进行完成;由于产能及品牌类型的不断增加，圆筒类设备也需进行相关性的升级改造，才能满足工艺上的需求;本次研究主要针对圆筒类设备的转速控制，如何有效地适应品牌之间的转换，使对产能上的提高及烟丝的工艺水平稳定。

由于在原设计上，圆筒类设备出厂时均设定了一恒定的简体转速（即50HZ），无法满足现时生产需求，因此，通过以往的改造经验及充分利用设备的先进性，通过技术手段，对相关内容进行改造，预期达到生产线的需求。圆筒类设备外型如图1所示。

1 技术分析

1.1 圆筒类的生产转速固定问题

在设备所在的生产线原设计上，是以某一品牌进行设计的，现时的生产能力为4000kg/h，参照该设备的设备技术资料显示，最大产能可达到6000kg/h，但由于该生产线上的生产品牌类型增加，烟丝工艺上产生了对该台设备旋转的速度上提出了要求，因此对控制产能的速度成为关键的目标。按以往的经历，控制一台电机的运行速度，最为可靠的就是使用变频技术进行控制，在现时的生产线上，圆筒类简体的旋转速度直接影响产能的速度，其驱动源自于由其厂家标准配置的一台减速电机（电机为功率为5.5kw、输出1400r/mm，厂家为SEW）并通过传统的接触器线圈式电路进行吸合接通三相电源，因此运行频率则固定为50HZ，因此，運行频率的不可变化，成为了现时工艺上的瓶颈。（相关电路图、程序图随附件上）

1.2 人机操作界面问题

目前我厂使用的触摸屏为Wonderware公司的Intouch触摸屏，其操作方式为操作人员登录操作界面上，以按钮形式操作设备的启动、停lE及维保等等;但由于早期厂家没有开发出相关于操作人员能对该设备的筒体转速进行控制的相关画面，导致后期改善的空间严重缩小，无法对设备的简体转速进行改动及监控。

1.3 采用变频器控制改造的必要性与可行性分析

变频器的使用技术早已成熟，现时的电机转速输出及控制频率均大多数由其负责，因此，变频器控制的改造是一门可靠、有效的技术。对于异步电动机来说，变频是比改变转差率、磁极对数来得更加简单有效。

2 电路及程序控制方面更新改造分析

2.1 加香筒驱动简体原电路分析

原设计为传统模式的接触器主电路，通过接触器的吸合，即可输出电源380V进行电机运行，然而接触器的线圈，则交由PLC输出模块的Q2.1输出24VDC去完成，从而启动简体的启动。

2.2 改造变频器选型与搭建分析

然而控制信号则由然而使用变频器的话，只需将原电路上的KM1拆除，换上变频器的380VAC进线端，出线端则连接电机即可。由于我厂大多数采用丹佛斯VLT2800系列的变频器，该款变频器主要有以下重大的工程特点：

（ 1）VIT2800能通过STEP7编程软件的组态找到其GSD文件，能直接认出，方便编程使用。

（2） VLT2800能使用附件网卡的转换，可以改变通讯形式，例如有PROFIBUS、RS485及profibus等等。

因此，在该次改造上，选取了VLT2800系列变频进行改造，由于我厂的安全规定，隔离开关必须在空气开关之下，因此，每次断电都能确保变频器处于断电状态。

2.3 硬件组态配置及程序修改方面

对硬件上有所增加，我们就必须将S7-400 PLC上的硬件组态进行同步更新;系统的通讯依靠工控网profibus进行，因此，变频器的组态就应该挂在其profibus网上，在profibus的网络上，挂上一变频器，同时，我们还得到一个初始的10地址，由于profibus网络是以网络形式进行通讯，因此必须具有相应的IP地址才能正确配对。

2.4 程序修改方面

在增加变频器的过程，系统自动生成了一对10地址，该10地址就是对应着变频器的关键两个控制字PCD1、PCD2（在主站对从站时）及状态字PCD1、PCD2（从站对主站时）。结合实际，PLC发出指令地址：PQW256是PCD1、PQW258是PCD2，同样，PLC接收数据时：PIW256是PCD1、PIW258是PCD2（如图2）。

在程序上，我们要控制变频器的关键要素为：启动（左右转）、停止及控制运行频率三样。然而PIW1对应的16进制字就是控制变频器的运行状态（即启停），PIW2将一个16进制数的频率写入变频器。PCD1为控制字，执行变频器的基本操作。可以使变频器以一定的频率启停。控制字共16位，每位代表不同的涵义。如：16#047C为启动变频，16#0434为惯性停车。PCD2为过程数据，控制频率的地址定义，50HZ对应16进制数为0-4000H，十进制为16384，因此，即1H2-327。在本次项目中，还添加了减速比：50H2/15，作为HZ对转速的比例转换（参考设备说明）。

切换到自控程序开始计算，5秒内转换为原自控程序进行生产，开始自动执行调整而不再固定。现阶段使用了PLC型号图如图2所示。

利用对圆筒类设备的工作原理上的技术，结合柬埔寨实际使用环境和物料的变化，在原基础上优化了非受控及可调整环节进行了定义，使整体程序上有所改进，明显地降低的烘丝机每批次干燥烟丝总量。

根据圆筒类设备的工作原理特性，在“尾料阶段”筒温是按出口处的水分仪作为参照对象进行调试，因此在该水分仪未检测到断料前，会一直以正常的生产模式去调控筒壁温度，但此时的筒内物流已经渐渐减少，从而形成一个筒温保持，物料流量形成一个断崖式下降趋势，从而导致此阶段的干燥烟丝形成。根据这一特性，我们进行了一次正交实验，可以得出如下适合在“尾料”阶段，对筒壁温度进行一系列的控制，从而减少此阶段的干燥烟丝产生时间。综合评估，最佳参数条件应为：筒速变频器设定值Hz为45Hz;热交换风板角度%为0%;断流持续时间为20秒。

使用程序预设干预运行参数，有效地在“投料”阶段使用设定程序运行，并能无缝对接原正常生产时所使用的程序。因此，采用程序预设参数进行最佳的工艺条件作为“投料”阶段使用最为适合。

利用时间节点控制筒内温度，使料头趋势斜率提升。入口电子称瞬时>300kg/h，累计量>50kg，约30秒后，加入一预烟丝投料温度为67℃、筒壁運行温度为145℃、温度持续时间为180秒参数修改程序，并确认现场实际显示数值。

出口水份仪检测到烟丝3秒后，切换到自控程序开始计算，5秒内转换为原自控程序进行生产，热交换器风门角度阀开始自动执行调整而不再固定。

入口电子称瞬时<300kg/h，累计量>1200kg，将筒速变频器设定值Hz为45Hz;热交换风板角度%为0%;断流持续时间为20秒，通过对程序的修改，进行二次改造。

目前圆筒类设备平均每批次的“干头燥尾”维持时间约9分钟之内，降低该维持时间，明显地使每批次水份未达标烟丝总量降低。

3 人机界面触摸屏的更新改造

3.1 更新改善人机界面概述

人机界面是操作人员对设备最为直接的控制界面，现代化的工控技术，不再依靠大量的硬件按钮去完成，而是整合在同一操作终端上，这样，不但操作简单、易懂、图形化完整，硬件的状态、故障报警等各方面都比传统方式有优势得多，并加上在经济上，只要完成了一次性的投资，便能减去大部分的硬件、电缆等方面的资金，在日后的改造上，也方便了开发人员的增加功能，减少安装及维修保养的工作量。

3.2 系统的调试与运行

通过以上的改造，我们完成了增加变频器在电路上的控制方式，将原不可控制转速的电机转换为可变化的变频器控制方式。通过运行流程图（图3），我们发现了可以有反馈性的流程图，最大化实现了生产过程中，操作人员根据不同牌号的需求作出相应的生产转速需求。

4 结论

从生产流量曲线震荡过程数据结果（图4）看出，生产流量维持在期望值中，比较地理想;通过变频器的改造方式，成果实现了转速可控化的现实，成功地解决的生产上的工艺要求，在较少的改动及经济成本下完成了项目，同时也为维修人员提供了一个很好的实操平台。

参考文献

[1]吕汀，石红梅.变频技术原理与应用[M].机械工业出版社， 2018.

[2]王廷才.变频器原理及应用[M].机械工业出版社，2018.

[3]何超，交流变频调速技术[M].北京航空航天大学出版社，2014.

作者简介

谢乐机（1967-），男，广东省乐昌市人。大学本科学历（学士学位），机械工程师，从事卷烟厂项目运营管理、机械电气设备管理、卷烟生产管理等方面的研究工作。

邱文瀚（1985-），男，广东省蕉岭县人。大学本科学历（学士学位），工程师，从事烟草机电一体化技术、卷烟生产管理等方面的研究工作。

何良胜（1984-），男，广东省乐昌市人。大学本科学历（硕士学位），机电工程师，从事卷烟厂机械电气设备管理、卷烟厂生产管理等方面的研究工作。

简庆龙（1977-），男，广东省珠海市人。大学本科学历（硕士学位），高级工程师，从事卷烟厂机械电气设备管理、卷烟厂生产管理等方面的研究工作。