尉澤民　呂建國　孫欽蘭　劉朝省　李　軍（山東中煙濟(jì)南卷煙廠，山東`濟(jì)南`250104）

電子皮帶秤寬流量的實現(xiàn)方法

尉澤民呂建國孫欽蘭劉朝省李軍
（山東中煙濟(jì)南卷煙廠，山東`濟(jì)南`250104）

通過使用雙速電機(jī)，設(shè)計其變頻器驅(qū)動調(diào)速電路，編寫PLC控制程序，實現(xiàn)了皮帶秤輸送帶速度大范圍調(diào)節(jié)，進(jìn)而拓寬了電子皮帶秤瞬時流量的運(yùn)行范圍。

寬流量；雙速電機(jī)；變頻器；PLC

一、存在問題

電子皮帶秤在卷煙廠制絲車間應(yīng)用廣泛，主要起到穩(wěn)定物料流量、顯示物料累計重量和按比例攙兌物料等作用。其中配比型電子皮帶秤就是用來跟蹤主秤流量，然后按照設(shè)定比例攙兌物料的。由于在不同配方中各種原料所占的比例大小不一，配比型電子皮帶秤就需要根據(jù)不同攙兌比例控制物料流量。在正常情況下攙兌物料比例適當(dāng)，皮帶秤能夠滿足生產(chǎn)要求，但是在攙兌比例出現(xiàn)過大或過小時，就會超出電子皮帶秤的瞬時流量設(shè)計范圍，無法正常生產(chǎn)。

工廠車間現(xiàn)用梗絲攙兌皮帶秤設(shè)計流量范圍為150～2000kg/h，而實際配方要求皮帶秤流量范圍為100～2000kg/h，梗絲攙兌皮帶秤不能滿足生產(chǎn)需求，需要采取措施予以解決。

二、類似問題的處理方法

當(dāng)一臺電子皮帶秤需要同時具備小流量和大流量運(yùn)行能力時，根據(jù)電子皮帶秤的運(yùn)行原理，可以從以下幾個方面來解決。

1.僅改變皮帶秤上物料量，即小流量運(yùn)行時減小物料量，大流量運(yùn)行時增加物料量。具體實現(xiàn)方法：設(shè)計可調(diào)節(jié)物料供應(yīng)量的計量管。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉；缺點是需要人工調(diào)節(jié)，供料量無法準(zhǔn)確控制，當(dāng)操作工責(zé)任心不強(qiáng)時容易出現(xiàn)忘記調(diào)節(jié)計量管的現(xiàn)象。

2.僅改變皮帶秤的物料輸送速度，即小流量時皮帶秤輸送機(jī)低速運(yùn)行，大流量時高速運(yùn)行。具體實現(xiàn)方法：可以使用無級調(diào)速電機(jī)、伺服電機(jī)與伺服控制器和雙速電機(jī)與變頻器等進(jìn)行控制。使用無級調(diào)速電機(jī)進(jìn)行控制，優(yōu)點是控制電路簡單，缺點是需要人工參與，存在忘記調(diào)節(jié)等隱患；使用伺服電機(jī)與伺服控制器進(jìn)行控制，優(yōu)點是速度響應(yīng)快，缺點是造價高；使用雙速電機(jī)和變頻器進(jìn)行控制，優(yōu)點是系統(tǒng)設(shè)計比較容易，缺點是造價較高。

3.同時改變皮帶秤上的物料量和物料輸送速度。優(yōu)點是可以設(shè)計出更寬流量范圍的皮帶秤，缺點是需要人工參與或需要設(shè)計較復(fù)雜的系統(tǒng)。

綜合以上分析，選擇僅改變皮帶秤的物料輸送速度的方法使用雙速電機(jī)和變頻器的組合控制方式來設(shè)計雙速控制系統(tǒng)，將其改造成為寬流量電子皮帶秤。

三、雙速電動機(jī)工作原理

雙速電動機(jī)屬于異步電動機(jī)變極調(diào)速，是通過改變定子繞組的連接方法達(dá)到改變定子旋轉(zhuǎn)磁場磁極對數(shù)，從而改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

根據(jù)異步電動機(jī)轉(zhuǎn)速的計算公式：n1=60f/p可知同步轉(zhuǎn)速n1與磁極對數(shù)p成反比，磁極對數(shù)增加一倍，同步轉(zhuǎn)速n1下降至原轉(zhuǎn)速的一半，電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速n也將下降近似一半，所以改變磁極對數(shù)可以達(dá)到改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。這種調(diào)速方法是有級的，不能平滑調(diào)速，而且只適用于鼠籠式電動機(jī)。

選用最常見的單繞組雙速電動機(jī)，磁極數(shù)為4極、8極，即定子繞組由△接法變?yōu)閅Y接法時，磁極對數(shù)從p=4變?yōu)閜=2。當(dāng)定子繞組采用△接法時，n1=60f/ p=60×50/4=750r/min；當(dāng)采用YY接法時，n1=60f/ p=60×50/2=1500r/min。

四、控制系統(tǒng)工作原理

1.控制電路圖如圖1所示。

圖1　6000梗絲秤雙速電機(jī)控制電路

由圖1可知，控制電路由主回路、PLC數(shù)字量輸入輸出電路和控制電路組成。

2.控制電路工作原理。三相電源通過接觸器KM3給變頻器供電，由KA6旋鈕對該接觸器進(jìn)行控制可以實現(xiàn)變頻器的停供電操作。

變頻器的輸出端通過兩個接觸器KM3-1和KM3-2實現(xiàn)雙速電機(jī)的雙速控制功能。具體控制功能如下。

（1）當(dāng)需要小流量運(yùn)行時，PLC輸出點Q4.7為高電平，驅(qū)動中間繼電器KA3-1動作，然后接觸器KM3-1觸點吸合，雙速電動機(jī)為△接法，在變頻器調(diào)速作用下，理論轉(zhuǎn)速為0～750r/min，。

（2）當(dāng)需要大流量運(yùn)行時，PLC輸出點Q5.7為高電平，驅(qū)動中間繼電器KA3-2動作，然后接觸器KM3-2觸點吸合，雙速電動機(jī)為YY接法，在變頻器調(diào)速作用下，理論轉(zhuǎn)速為0～1500r/min。

（3）為保證主電路安全，將△接法和YY接法在電路上和控制程序上分別進(jìn)行互鎖，確保兩種接法不可能同時出現(xiàn)。在電路上將KA3-1的常開觸點與KM3-2的常閉觸點串聯(lián)，KA3-2的常開觸點與KM3-1的常閉觸點串聯(lián)，實現(xiàn)電氣線路上的互鎖。PLC控制程序中，將KM3-1接入PLC的輸入信號I2.7串入Q5.7的控制程序，KM3-2接入PLC的輸入信號I3.7串入Q4.7的控制程序，實現(xiàn)控制程序的互鎖。

（4）變頻器的啟動/停止信號主要由程序進(jìn)行控制，通過PLC的輸出點Q5.6來驅(qū)動中間繼電器KA3-3來完成。編程原則為只有在變頻器停止?fàn)顟B(tài)時才能進(jìn)行高低速切換，切換完成后必須經(jīng)過延時才能啟動變頻器，以此來保證變頻器輸出端不發(fā)生短路，提高變頻器的安全性。

（5）變頻器啟動信號中串入電機(jī)強(qiáng)制冷卻風(fēng)扇的單極開關(guān)輔助觸點。其作用是風(fēng)扇供電電源切斷，變頻器將不能啟動運(yùn)行，保證雙速電機(jī)能夠散熱。

（6）電機(jī)冷卻風(fēng)扇受中間繼電器KA3-3控制，確保變頻器輸出的同時風(fēng)扇能夠啟動。

五、實現(xiàn)過程

1.變頻器與雙速電機(jī)的匹配。皮帶秤選用丹佛斯FC302系列變頻器。根據(jù)梗絲攙兌皮帶秤的負(fù)載大小，選用了SA57DT90L8/4型雙速電機(jī)，根據(jù)雙速電機(jī)的最大功率，我們選用了相應(yīng)功率的變頻器，并在雙速電機(jī)運(yùn)行在高速大功率時對變頻器進(jìn)行自動參數(shù)匹配操作。

2.雙速電機(jī)的速度切換?？紤]到變頻器的安全問題，在雙速電機(jī)運(yùn)行時最好不要對雙速電機(jī)進(jìn)行高低速切換。高低速切換在停止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行。根據(jù)皮帶秤運(yùn)行狀況將攙兌比例12%作為高低速切換的節(jié)點，即≥12%時雙速電機(jī)高速運(yùn)行，反之低速運(yùn)行。在生產(chǎn)前根據(jù)上位機(jī)下發(fā)的配方設(shè)定比例自動進(jìn)行調(diào)整，當(dāng)皮帶秤累計到一定物料重量，PLC程序就會自動鎖定高低速切換功能，即正常運(yùn)行時不再進(jìn)行高低速切換操作。相應(yīng)的SIEMENSPLC控制程序如下。

//大小比例判斷及高低速鎖定

A（

LDB5.DBW340//梗絲秤顯示比例

L1200//相當(dāng)于比例12%

＞I

）

A（

LDB4.DBD120//葉絲秤累計重量

L5.000000e+001

＜R

）

SM60.0//梗絲秤大比例使能

A（

ODB100.DBX0.5//總清零

）

RM60.0

NOP0

3.設(shè)置高低速PI值。雙速電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)在△接法和YY接法時其PID調(diào)節(jié)的比例系數(shù)P值和積分常數(shù)I值存在差異，針對該情況編寫高低速時P值和I值賦值程序。SIEMENSPLC控制程序如下。

//小比例（小流量）時設(shè)定相應(yīng)PI值及輸出△運(yùn)行

ANM60.0

說來慚愧，此前我僅僅出版過一部雜文集，就是世紀(jì)之初長江文藝出版社為我出的那本《戲說紅塵》。在它前后，我把自己的一些雜文收錄到散文或文藝雜談的集子里去了，那些集子多半是書商幫我出的，發(fā)行量也比較大，其中還有兩本散文集被書商再版發(fā)行。

=L0.0

A（

AL0.0

JNB_001

LDB5.DBW522//梗絲秤小比例P值

TDB5.DBW376//梗絲秤P值

SET

SAVE

CLR

_001∶ABR

）

JNB_002

LDB5.DBW524//梗絲秤小比例I值

TDB5.DBW378//梗絲秤I值

_002∶NOP0

AL0.0

AI3.7

LS5T#5S

SDT61

NOP0

NOP0

NOP0

AT61

=Q4.7//輸出△運(yùn)行

//大比例（大流量）時設(shè)定相應(yīng)PI值及輸出YY運(yùn)行

AM60.0

=L0.0

A（

AL0.0

JNB_003

LDB5.DBW516//梗絲秤大比例P值

TDB5.DBW376

SET

SAVE

CLR

_003∶ABR

）

JNB_004

LDB5.DBW518//梗絲秤大比例I值

TDB5.DBW378

_004∶NOP0

AL0.0

ANI2.7

LS5T#5S

SDT62

NOP0

NOP0

NOP0

AT62

=Q5.7//輸出YY運(yùn)行

4.編輯人機(jī)接口畫面。PID參數(shù)中的比例系數(shù)P值和積分常數(shù)I值需要通過現(xiàn)場實驗獲取，為了實驗過程的方便和以后可能的調(diào)整需要，在觸摸屏上組態(tài)了PI參數(shù)修改畫面，滿足技術(shù)人員的需要。原觸摸屏型號為SIEMENS6AV6545-0CA10-0AX0，使用其相應(yīng)組態(tài)軟件WinccFlexible對其畫面進(jìn)行修改。

5.皮帶秤計量精度測試。雙速控制系統(tǒng)改造完成后，根據(jù)流量大小采用低、中、高速對改造后的電子皮帶秤進(jìn)行校秤，結(jié)果見表1。

表1

六、注意事項

雙速電機(jī)的散熱問題要格外重視。雙速電機(jī)采用變頻器驅(qū)動，當(dāng)運(yùn)行在低頻率時風(fēng)翅散熱將不能滿足要求，因此需要對電機(jī)散熱進(jìn)行改造，使用單獨(dú)的冷卻風(fēng)扇對變頻器進(jìn)行散熱，或者直接訂購帶冷卻風(fēng)扇的雙速電機(jī)。

七、使用效果

經(jīng)過1年多的運(yùn)行，改造后的梗絲攙兌電子皮帶秤運(yùn)行正常，計量精度完全滿足要求，使用效果良好。實現(xiàn)了不同比例時電子皮帶秤高低速的自動切換功能，皮帶秤能夠在75～2000kg/h的流量范圍內(nèi)正常運(yùn)行。

參考資料：

［1］CP1XXG4-2型電子皮帶秤使用說明書［Z］.杭州4509機(jī)電設(shè)備有限公司.

［2］胡健.西門子S7-300PLC應(yīng)用教程［M］.北京∶機(jī)械工業(yè)出版社.

TP273

B

1671-0711（2015）09-0068-03

（2015-04-19）