淺談DRC電機在煙草貯絲柜中的應用

2020-03-02 01:14:40陳瑜潘世華熊金

科技創新導報 2020年22期

陳瑜潘世華熊金

摘? 要：在煙草行業中，貯絲柜用于煙絲的貯存，煙絲存放合格后，通過貯絲柜底帶減速電機拖動底帶運轉，將煙絲送至供絲路徑，進入加絲機，最后風送至卷接機組卷制成品。在底帶供絲過程中，發現供絲路徑存在煙絲不連續，在制煙絲水份不穩定，影響產品質量的情況。為此我們通過深入分析，找到了供絲不連續的癥結所在，并提出了三點思考，最終通過引入DRC電子電機系統，解決了供絲不連續的問題。

關鍵詞：貯絲柜? 底帶電機? DRC電子電機? 供絲不連續? 鏈條的張緊與放松

中圖分類號：F273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2020）08（a）-0072-04

Abstract： In the tobacco industry， the tobacco storage cabinet is used for the storage of tobacco. After the storage of tobacco is qualified， the bottom belt is driven by the deceleration motor of the bottom belt of the tobacco storage cabinet to run， and the tobacco is sent to the tobacco supply path， into the tobacco feeder， and finally the air is sent to the coiler unit to roll the finished products. In the process of bottom band tobacco supply， it is found that the path of tobacco supply is not continuous， and the moisture content of tobacco is not stable， which affects the product quality. For this reason， we find the crux of wire supply discontinuity through in-depth analysis， and put forward three considerations. Finally， we solve the problem of tobacco supply discontinuity by introducing DRC electronic motor system.

Key Words： Tobacco storage cabinet; Bottom belt motor; DRC electronic motor; Discontinuous tobacco supply; Tension and relaxation of the chain

貯絲柜主要使煙絲中各種組分混合均勻、使煙絲充分吸收香精、平衡煙絲含水率和溫度，以及貯存煙絲功能。當卷制煙絲時，貯絲柜需向加絲機供給煙絲，整個供絲線路包括貯絲柜底帶出料，供絲路徑（包括三節皮帶和一節振槽）送料，計量管緩存物料供給加絲機，加絲機風送物料給卷接機組。在實際供料過程中，供絲路徑上的煙絲不連貫，時斷時續，造成水分散失，影響在制卷煙質量。

1? 供絲不連續的癥結查找

1.1 供絲路徑煙絲不連續的原因分析

在整個供絲線路中，計量管由約50*30*150cm的有機玻璃腔體構成，有高、中、低三個光電管控制腔體內物料，起著供給與風送煙絲之間的緩存作用，即時存貯物料以備加絲機要料。當計量管內無煙絲或煙絲較少時，供絲路徑和底帶啟動供料，當物料到達高位時，供絲路徑和貯絲柜底帶停止供料。分析發現，當供絲停止后再啟動，底帶電機隨即運行，但貯柜底帶上煙絲卻沒有立即輸出，造成供絲路徑此時無煙絲覆蓋，經過約8～20s后，煙絲才從底帶輸出，因而形成路徑上煙絲不連續。因此供絲路徑煙絲不連續是由貯絲柜底帶不能即時出料造成的。出料不連續情況如圖1。

1.2 貯絲柜底帶不能即時出料的原因分析

貯絲柜底帶電機是變頻驅動的三相異步電動機，當條件允許底帶電機運行時，變頻器使能驅動電機，電機通過減速箱轉動鏈輪，鏈輪帶動鏈條，鏈條驅使底帶主傳動軸，再帶動底帶大鏈條，使底帶向前運行出料，在此過程中驅動鏈條和底帶大鏈條發生形變被拉伸而張緊。當底帶不需供料而停止時，變頻器使能斷開，電機驅動力消失，轉矩為零，驅動鏈條以及底帶大鏈條的形變消失，恢復到原來放松狀態。再次啟動后，需張緊鏈條才能帶動底帶出料，這個過程約8～20s，造成底帶不能即時出料，由此可見，底帶不能即時出料，是由于底帶停機后，鏈條形變消失造成的。

2? 避免鏈條形變消失的幾點思考

車間底帶傳動為功率1.1kW、額定轉速1400r/min的普通SEW電機，型號DT90S4，通過丹佛斯變頻器驅動，正如以上原因分析，當不需供料時，變頻器使能中斷，電機驅動力消失，造成鏈條形變消失，恢復到放松狀態。針對此現象，我們進行了幾點思考。

2.1 增設變頻器零速控制模式

在底帶停止供料時，通過編程使變頻器使能保持，輸出為零速，這樣底帶就不會輸出物料。查閱相關資料，發現普通變頻器零速輸出時是沒有轉矩的，在貯柜底帶負荷大的情況下，是完全不能阻止鏈條回復到放松狀態的。通過試驗，當底帶停止供料，變頻器輸出零速，驅動鏈條仍然從張緊狀態恢復到放松狀態，供絲路徑上同樣出現煙絲不連續情況。

2.2 新增變頻器矢量控制模式

此種模式需要安裝帶矢量閉環控制的變頻器，外加編碼器和制動電阻，當給定零速時，變頻器其實是有輸出的，輸出為交流，大小在轉差率左右，而且和外部負載有關。實際工作情況可理解為，當我們給定為零速時，驅動鏈條有回復放松狀態的趨勢，此時變頻器通過編碼器檢測到速度方向為負，所以就通過其矢量控制提高轉矩去阻礙鏈條回復，這時就又有了張緊的趨勢，變頻器通過編碼器檢測到速度方向為正，就又會再次阻礙其張緊，如此反復達到一個平衡。此種模式能夠阻止鏈條的形變消失，但由于輸出電流與外部負載有關，當外部負載較大時，輸出的電流就大。而且增加的元件較多，控制系統較為復雜。

2.3 三相異步電機升級為伺服電機

伺服電機具有恒轉矩輸出、調速范圍廣、抗過載能力強，能承受三倍于額定轉矩的負載、低速運行平穩，發熱和噪音低等特點;特別是在恒轉矩輸出中，從某伺服電機的轉矩速度特性曲線可知，如圖2。

伺服電機在零速時都能輸出恒轉矩，利用這一特性，當我們采用伺服電機時，如果底帶要求停止供料，此時給電機輸入零速，電機仍然能夠保持轉矩，避免鏈條形變消失，從而阻止鏈條回復放松狀態。通過比較了解，SEW公司的DRC電子電機較為符合我們的需要，它是一款變頻器加伺服電機的融合，可靈活與SEW公司的R、F、K系列減速機相結合，其效能高效可達IE4，節能效果好，同時也適用大轉矩低轉速運行。車間減速機正好是SEW公司R系列機型，型號為R147 R77 DT90S4/VS，為我們的升級改造提供了方便。

3? DRC電子電機在卷煙貯柜底帶中的應用

3.1 DRC電子電機的選型

原底帶采用SEW普通電動機驅動，型號DT90S4，功率1.1kW、額定轉速1400r/min、額定電流2.95A，為升級DRC伺服電機，需匹配功率、轉速以及通訊方式。底帶電機減速機型號R147 R77 DT90S4/VS，查找銘牌及序列號，減速機速比12344、使用系數0.15，由于減速機速比大，使用系數小，平時電機工作電流僅有大約0.3A，就能滿足底帶出料要求，因此原電機選型較大，結合伺服電機過載能力可達4倍，通過計算只需200W左右的電機就足夠了，而DRC電機最小功率為550W，額定轉速2000 r/min，因此我們預選DRC1-005型電子電機。

在通訊方面，DRC電子電機有四種通訊方式，SNI、DSC、DBC、DAC，SNI叫單線制通訊，是以載波的形式基于動力線纜完成信號的傳輸;DSC是配網關走內部通訊，而網關允許選擇各種總線形式;DBC是端子控制;DAC是ASI總線通訊。車間原底帶電機采用變頻驅動，變頻器安裝在子站箱內，子站箱到底帶電機有一根電源線和一根散熱風扇線。綜合可行性及便利性，我們認為可以采取DSC通訊方式，將網卡安裝于原子站箱內，與原PROFINET總線相連，網卡至DRC電機的控制線利用原電機散熱風扇線，而電源線同樣利用子站箱內變頻器至電機的電源線。

綜上所述，我們選用了一臺DRC1-005-DSC-A-ECR/BY1C電子電機，額定功率0.55kW、額定轉速2000r/min、額定電流1.04A，DSC通訊方式，并進行安裝調試。

3.2 DRC電子電機的安裝

首先將原有SEW三相異步電機拆下，重新安裝DRC電子電機，如圖3。

其次，拆除原丹佛斯變頻器，在原位置安裝DRC電機控制網卡，如圖4。

3.3 DRC電子電機軟件配置

現場硬件連好后，在西門子S7400軟件接著安裝DRC電子電機GSD文件，下載硬件，連接網絡，如圖5。

最后，重新設計底帶電機啟停程序，包括新增FC98功能塊，設計高、低、零速頻率及聯鎖條件，設計電機啟停和頻率控制字等，如圖6。

以上改造完成后，我們進行了聯機調試，DRC電子電機能夠根據設定高低速正常運行，也能在電機停止后零速恒轉矩輸出，觀察驅動鏈條中途暫停后無放松狀態，再次啟動后無延時8～20s的間隔，實現了底帶即時出料。

4? 效果檢查

生產過程當計量管高位后貯柜底帶停止，此時DRC驅動電機零轉速運行以保持轉矩，阻止鏈條進入放松狀態，當底帶電機重新啟動后，鏈條不再有再次張緊的過程，底帶實現了即時出料，避免供絲路徑上物料不連續的情況，使煙絲水分穩定，保證了產品質量。供絲連續如圖7。

參考文獻

[1] 蔡夏水，王清瑜，陳欣.DRC-01電機繞組綜合參數自動測試系統[J].電動工具，2018（2）：1-6，23.