淺談DRC電機(jī)在煙草貯絲柜中的應(yīng)用

陳瑜 潘世華 熊金

摘? 要：在煙草行業(yè)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(jī)拖動底帶運(yùn)轉(zhuǎn)，將煙絲送至供絲路徑，進(jìn)入加絲機(jī)，最后風(fēng)送至卷接機(jī)組卷制成品。在底帶供絲過程中，發(fā)現(xiàn)供絲路徑存在煙絲不連續(xù)，在制煙絲水份不穩(wěn)定，影響產(chǎn)品質(zhì)量的情況。為此我們通過深入分析，找到了供絲不連續(xù)的癥結(jié)所在，并提出了三點(diǎn)思考，最終通過引入DRC電子電機(jī)系統(tǒng)，解決了供絲不連續(xù)的問題。

關(guān)鍵詞：貯絲柜? 底帶電機(jī)? DRC電子電機(jī)? 供絲不連續(xù)? 鏈條的張緊與放松

中圖分類號：F273? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)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(dāng)卷制煙絲時，貯絲柜需向加絲機(jī)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(jié)皮帶和一節(jié)振槽）送料，計量管緩存物料供給加絲機(jī)，加絲機(jī)風(fēng)送物料給卷接機(jī)組。在實(shí)際供料過程中，供絲路徑上的煙絲不連貫，時斷時續(xù)，造成水分散失，影響在制卷煙質(zhì)量。

1? 供絲不連續(xù)的癥結(jié)查找

1.1 供絲路徑煙絲不連續(xù)的原因分析

在整個供絲線路中，計量管由約50*30*150cm的有機(jī)玻璃腔體構(gòu)成，有高、中、低三個光電管控制腔體內(nèi)物料，起著供給與風(fēng)送煙絲之間的緩存作用，即時存貯物料以備加絲機(jī)要料。當(dāng)計量管內(nèi)無煙絲或煙絲較少時，供絲路徑和底帶啟動供料，當(dāng)物料到達(dá)高位時，供絲路徑和貯絲柜底帶停止供料。分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)供絲停止后再啟動，底帶電機(jī)隨即運(yùn)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(jīng)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(xù)。因此供絲路徑煙絲不連續(xù)是由貯絲柜底帶不能即時出料造成的。出料不連續(xù)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(jī)是變頻驅(qū)動的三相異步電動機(jī)，當(dāng)條件允許底帶電機(jī)運(yùn)行時，變頻器使能驅(qū)動電機(jī)，電機(jī)通過減速箱轉(zhuǎn)動鏈輪，鏈輪帶動鏈條，鏈條驅(qū)使底帶主傳動軸，再帶動底帶大鏈條，使底帶向前運(yùn)行出料，在此過程中驅(qū)動鏈條和底帶大鏈條發(fā)生形變被拉伸而張緊。當(dāng)?shù)讕Р恍韫┝隙Ｖ箷r，變頻器使能斷開，電機(jī)驅(qū)動力消失，轉(zhuǎn)矩為零，驅(qū)動鏈條以及底帶大鏈條的形變消失，恢復(fù)到原來放松狀態(tài)。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(jī)后，鏈條形變消失造成的。

2? 避免鏈條形變消失的幾點(diǎn)思考

車間底帶傳動為功率1.1kW、額定轉(zhuǎn)速1400r/min的普通SEW電機(jī)，型號DT90S4，通過丹佛斯變頻器驅(qū)動，正如以上原因分析，當(dāng)不需供料時，變頻器使能中斷，電機(jī)驅(qū)動力消失，造成鏈條形變消失，恢復(fù)到放松狀態(tài)。針對此現(xiàn)象，我們進(jìn)行了幾點(diǎn)思考。

2.1 增設(shè)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(guān)資料，發(fā)現(xiàn)普通變頻器零速輸出時是沒有轉(zhuǎn)矩的，在貯柜底帶負(fù)荷大的情況下，是完全不能阻止鏈條回復(fù)到放松狀態(tài)的。通過試驗(yàn)，當(dāng)?shù)讕Ｖ构┝希冾l器輸出零速，驅(qū)動鏈條仍然從張緊狀態(tài)恢復(fù)到放松狀態(tài)，供絲路徑上同樣出現(xiàn)煙絲不連續(xù)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(huán)控制的變頻器，外加編碼器和制動電阻，當(dāng)給定零速時，變頻器其實(shí)是有輸出的，輸出為交流，大小在轉(zhuǎn)差率左右，而且和外部負(fù)載有關(guān)。實(shí)際工作情況可理解為，當(dāng)我們給定為零速時，驅(qū)動鏈條有回復(fù)放松狀態(tài)的趨勢，此時變頻器通過編碼器檢測到速度方向?yàn)樨?fù)，所以就通過其矢量控制提高轉(zhuǎn)矩去阻礙鏈條回復(fù)，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?yàn)檎?，就又會再次阻礙其張緊，如此反復(fù)達(dá)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(fù)載有關(guān)，當(dāng)外部負(fù)載較大時，輸出的電流就大。而且增加的元件較多，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜。

2.3 三相異步電機(jī)升級為伺服電機(jī)

伺服電機(jī)具有恒轉(zhuǎn)矩輸出、調(diào)速范圍廣、抗過載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載、低速運(yùn)行平穩(wěn)，發(fā)熱和噪音低等特點(diǎn);特別是在恒轉(zhuǎn)矩輸出中，從某伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩速度特性曲線可知，如圖2。

伺服電機(jī)在零速時都能輸出恒轉(zhuǎn)矩，利用這一特性，當(dāng)我們采用伺服電機(jī)時，如果底帶要求停止供料，此時給電機(jī)輸入零速，電機(jī)仍然能夠保持轉(zhuǎn)矩，避免鏈條形變消失，從而阻止鏈條回復(fù)放松狀態(tài)。通過比較了解，SEW公司的DRC電子電機(jī)較為符合我們的需要，它是一款變頻器加伺服電機(jī)的融合，可靈活與SEW公司的R、F、K系列減速機(jī)相結(jié)合，其效能高效可達(dá)IE4，節(jié)能效果好，同時也適用大轉(zhuǎn)矩低轉(zhuǎn)速運(yùn)行。車間減速機(jī)正好是SEW公司R系列機(jī)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(jī)在卷煙貯柜底帶中的應(yīng)用

3.1 DRC電子電機(jī)的選型

原底帶采用SEW普通電動機(jī)驅(qū)動，型號DT90S4，功率1.1kW、額定轉(zhuǎn)速1400r/min、額定電流2.95A，為升級DRC伺服電機(jī)，需匹配功率、轉(zhuǎn)速以及通訊方式。底帶電機(jī)減速機(jī)型號R147 R77 DT90S4/VS，查找銘牌及序列號，減速機(jī)速比12344、使用系數(shù)0.15，由于減速機(jī)速比大，使用系數(shù)小，平時電機(jī)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(jī)選型較大，結(jié)合伺服電機(jī)過載能力可達(dá)4倍，通過計算只需200W左右的電機(jī)就足夠了，而DRC電機(jī)最小功率為550W，額定轉(zhuǎn)速2000 r/min，因此我們預(yù)選DRC1-005型電子電機(jī)。

在通訊方面，DRC電子電機(jī)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(wǎng)關(guān)走內(nèi)部通訊，而網(wǎng)關(guān)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(jī)采用變頻驅(qū)動，變頻器安裝在子站箱內(nèi)，子站箱到底帶電機(jī)有一根電源線和一根散熱風(fēng)扇線。綜合可行性及便利性，我們認(rèn)為可以采取DSC通訊方式，將網(wǎng)卡安裝于原子站箱內(nèi)，與原PROFINET總線相連，網(wǎng)卡至DRC電機(jī)的控制線利用原電機(jī)散熱風(fēng)扇線，而電源線同樣利用子站箱內(nèi)變頻器至電機(jī)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(jī)，額定功率0.55kW、額定轉(zhuǎn)速2000r/min、額定電流1.04A，DSC通訊方式，并進(jìn)行安裝調(diào)試。

3.2 DRC電子電機(jī)的安裝

首先將原有SEW三相異步電機(jī)拆下，重新安裝DRC電子電機(jī)，如圖3。

其次，拆除原丹佛斯變頻器，在原位置安裝DRC電機(jī)控制網(wǎng)卡，如圖4。

3.3 DRC電子電機(jī)軟件配置

現(xiàn)場硬件連好后，在西門子S7400軟件接著安裝DRC電子電機(jī)GSD文件，下載硬件，連接網(wǎng)絡(luò)，如圖5。

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

以上改造完成后，我們進(jìn)行了聯(lián)機(jī)調(diào)試，DRC電子電機(jī)能夠根據(jù)設(shè)定高低速正常運(yùn)行，也能在電機(jī)停止后零速恒轉(zhuǎn)矩輸出，觀察驅(qū)動鏈條中途暫停后無放松狀態(tài)，再次啟動后無延時8～20s的間隔，實(shí)現(xiàn)了底帶即時出料。

4? 效果檢查

生產(chǎn)過程當(dāng)計量管高位后貯柜底帶停止，此時DRC驅(qū)動電機(jī)零轉(zhuǎn)速運(yùn)行以保持轉(zhuǎn)矩，阻止鏈條進(jìn)入放松狀態(tài)，當(dāng)?shù)讕щ姍C(jī)重新啟動后，鏈條不再有再次張緊的過程，底帶實(shí)現(xiàn)了即時出料，避免供絲路徑上物料不連續(xù)的情況，使煙絲水分穩(wěn)定，保證了產(chǎn)品質(zhì)量。供絲連續(xù)如圖7。

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