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    摘要：無定量管的喂料裝置穩(wěn)定電子秤流量通過傳統(tǒng)方式控制是相當(dāng)困難的。因此必須一改三合一定量喂料裝置的傳統(tǒng)控制方式，把電子稱和提升帶作為一個整體考慮，利用軟齒輪箱技術(shù)，通過電子稱的運行頻率直接控制提升帶變頻器的運行頻率，來實現(xiàn)提升帶的無級調(diào)速，最終達(dá)到無定量管喂料裝置電子稱上物料的穩(wěn)定運行。


   關(guān)鍵詞：電子齒輪；變頻器；喂料管

   煙草行業(yè)氣流干燥機(jī)前添設(shè)喂料機(jī)和電子皮帶秤用于控制和穩(wěn)定進(jìn)入HXD煙絲流量，提高HXD的膨化效果和出口水分的CPK值。HXD來料煙絲水分26%～30%，在此大水分下采用帶定量管喂料裝置進(jìn)行恒流量控制會經(jīng)常出現(xiàn)積塊堵料現(xiàn)象，為此需采用不帶定量管的喂料裝置，不帶定量管喂料裝置進(jìn)行恒流量控制采用通常的控制方式是不行的。因此必須設(shè)計一種新的控制方式來進(jìn)行無定量管喂料裝置下恒流量控制。

    1 設(shè)計思路

   在煙草行業(yè)流量控制方面普遍采用帶定量管喂料裝置（電子秤+定量管+喂料機(jī)）利用定量管上的高、中、低光電管來調(diào)節(jié)進(jìn)入定量管的物料量（物料高于高料位，低速或停止進(jìn)料；物料在中低料位之間，高速進(jìn)料；物料在高中料位之間，中速進(jìn)料）。然而定量管是垂直安裝，有一定的高度落差，當(dāng)大水分煙絲（氣流干燥機(jī)前煙絲水分26%～30%，）在定量管內(nèi)經(jīng)過時會因為自身重量擠壓造成煙絲結(jié)團(tuán)而引起堵料現(xiàn)象。而不帶定量管的喂料裝置會使電子秤的煙絲流量波動較大，后續(xù)工序的加工難度加大。帶定量管喂料裝置已不能適應(yīng)現(xiàn)代精細(xì)化加工工藝對大水分煙絲流量控制的要求。為提高大水分煙絲流量控制效果，提高后工序加工的穩(wěn)定性，需設(shè)計出一種新的控制方法以利于大水分下無定量管喂料裝置實現(xiàn)恒流量問題的解決。在許多煙草生產(chǎn)廠家，也遇到了同樣的問題，因此攻關(guān)無定量管裝置下實現(xiàn)恒流量成為當(dāng)務(wù)之急。

    2 設(shè)計方案

    筆者選擇了不同的機(jī)械和電氣控制點，進(jìn)行交叉組合，形成幾種設(shè)計方案，設(shè)計方案如下：

   方案一：提升機(jī)變頻器采用端子方式，且控制方式是根據(jù)通常設(shè)計思路利用電子秤上物料實際流量與設(shè)定流量的偏差大小，電子秤發(fā)出三個控制信號，當(dāng)實際流量大于設(shè)定流量100Kg/h，提升帶低速運行，當(dāng)實際流量在設(shè)定流量±100Kg/h之間時提升帶中速運行，當(dāng)實際流量小于設(shè)定流量100Kg/h，提升帶高速運行。

    方案二：提升機(jī)變頻器采用總線方式，但控制方式采用PID控制方式。在喂料機(jī)程序中重新建立PID控制模型，根據(jù)電子稱傳送來的設(shè)定流量和實際流量的誤差調(diào)節(jié)提升機(jī)變頻器的頻率，從而使提升機(jī)的速度調(diào)節(jié)實現(xiàn)無級調(diào)速。此控制方式弊端是電子稱和提升機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定流量控制時存在不同步性。

    方案三：提升機(jī)變頻器采用總線方式，但控制方式采用齒輪箱控制方式。根據(jù)齒輪變速箱原理，把電子秤、喂料機(jī)作為一整體來考慮，解決電子稱和提升機(jī)進(jìn)行穩(wěn)定流量控制時的不同步問題。電子秤相當(dāng)于變速箱的電機(jī)作為控制源，提升帶相當(dāng)于變速箱傳動軸作為被控對象，具體措施是用電子秤皮帶變頻器的頻率作為控制源 ，利用同步變速系數(shù)，來控制提升帶變頻器的控制頻率。

    針對三個方案，筆者分別編程并做了實驗，實驗結(jié)果如表1所示。
 
                            表1 提升機(jī)帶速度調(diào)節(jié)方式試驗結(jié)果  

                  

    針對這三種方案利用優(yōu)選法選出了第三種方案為最佳方案。軟齒輪箱方式控制框圖如圖1所示。
  
                     
                                  圖1 軟齒輪箱方式控制框圖
 
    3 設(shè)計方法

    （1）首先對提升帶耙釘進(jìn)行梳琉，把耙釘由原來的15cm削減為10cm，同時降低均料棍的高度，使其起到撥料和均料作用。這樣可防止提升帶在輸送料的過程中因耙釘過長而導(dǎo)致輸送的煙絲多少不均現(xiàn)象。（2）在喂料機(jī)PLC和電子秤PLC之間利用SCANLANCE交換機(jī)、太網(wǎng)線等硬件建立PROFINET網(wǎng)絡(luò)，在軟件上利用PROFINET網(wǎng)絡(luò)下通訊技術(shù)，建立喂料機(jī)S7-300和電子秤S7-300之間的通訊，簡化設(shè)備之間通訊線路，縮短通訊時間，提高響應(yīng)速度。如圖2所示。
 
                  
                           圖2 喂料機(jī)S7-300和電子秤S7-300之間建立通訊

    （3）建立喂料機(jī)S7-300和電子秤S7-300之間通訊后，用FB12、FB13在電子秤和喂料機(jī)之間發(fā)送和接受相關(guān)數(shù)據(jù)如電子秤皮帶頻率、電子稱的設(shè)定流量、電子稱的瞬時流量等。如圖3所示。
  
                    
                               圖3 電子秤和喂料機(jī)之間發(fā)送和接受相關(guān)數(shù)據(jù)  

    （4）更換提升帶變頻器并安裝網(wǎng)卡，利用編程器在張家口喂料機(jī)程序上組態(tài)變頻器，建立變頻器與張家口喂料機(jī)的PLC之間PROFIBUS-DP通訊。并編寫變頻器控制程序以實現(xiàn)通過現(xiàn)場總線控制提升帶變頻器的速度，達(dá)到無級調(diào)速的目的。如圖4所示。
  
                        
                           圖4 喂料機(jī)程序上組態(tài)變頻器，建立PROFIBUS-DP通訊  

   （5）優(yōu)化電子秤控制參數(shù)，更改喂料機(jī)控制程序。利用齒輪變速箱原理，把電子秤、喂料機(jī)作為一整體來考慮。電子秤相當(dāng)于變速箱的電機(jī)作為控制源，提升帶相當(dāng)于變速箱傳動軸作為被控對象，具體措施是把控制電子秤皮帶變頻器運行頻率作為控制源 ，利用同步變速系數(shù)，來控制提升帶變頻器的運行頻率。控制公式為：

    提升帶變頻器的頻率=同步變速系數(shù)K*電子秤皮帶變頻器的運行頻率，其中同步變速系數(shù)可通過實驗得出：

    先在小流量（2000 Kg/h）下進(jìn)行恒流量控制得到一個同步變速系數(shù)K1；大流量（6000 Kg/h）下進(jìn)行恒流量控制得到一個同步變速系數(shù)K2；中流量(4000Kg/h）下進(jìn)行恒流量控制得到一個同步變速系數(shù)K3。再通過加權(quán)平均計算出正常工作時同步變速系數(shù)K=K1*20%+K3*60%+K2*20%。
         
                     
                                      圖5 控制提升帶變頻器轉(zhuǎn)速的程序 

   因為電子秤自身作為控制型稱，其控制方面已做得相當(dāng)完好，這樣把電子秤和喂料機(jī)提升帶作為一個整體考慮，通過電子秤皮帶變頻器運行頻率控制提升帶變頻器的運行頻率就可很好的實現(xiàn)在無定量管裝置的情況下實現(xiàn)無級調(diào)速來穩(wěn)定電子秤流量，這里暫將此技術(shù)叫做軟變速箱技術(shù)。其控制程序如圖5所示。

   4 應(yīng)用效果

   設(shè)計應(yīng)用后實驗數(shù)據(jù)如表2、表3所示。
  
                      表2 提升機(jī)變頻器利用傳統(tǒng)控制方式（方案一）電子稱流量統(tǒng)計  
              
 
                      表3 提升機(jī)變頻器采用軟齒輪箱技術(shù)控制方式（方案三）電子稱流量統(tǒng)計  
               
                 
   通過應(yīng)用PROFINET網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)、電子齒輪箱同步技術(shù)和變頻器網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)對設(shè)備整體程序改造后，經(jīng)現(xiàn)場觀察，電子秤流量控制在設(shè)定流量正負(fù)30kg之間，HXD入口流量穩(wěn)定，出口煙絲水分誤差在正負(fù)0.5 之間，完全滿足工藝要求，極大提高了出口煙絲水分CPK指數(shù)。整條烘絲線的設(shè)備瓶頸得到解決，其穩(wěn)定性也得到保證。

   5 結(jié)語

    傳統(tǒng)的帶定量喂料裝置把電子秤和喂料機(jī)提升帶分開控制，電子秤上由于有定量管，在正常運行過程中，來料重量變化較小，基本維持恒重量，電子秤皮帶的速度頻率在設(shè)定流量上下也變化較小，因此電子秤的流量較為穩(wěn)定。

    軟變速箱同步技術(shù)特別適用于大水分下不帶定量管（電子稱上重量變化較大），具有提升帶的喂料裝置，來控制提升帶的速度實現(xiàn)無級調(diào)速，對于帶有定量管的三合一喂料裝置也適用，可以防止定量管斷料和堵料。即適用于控制型、配比型稱，但不適用于計量型稱。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] 崔堅.西門子工業(yè)網(wǎng)絡(luò)通訊指南[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.

    [2] 鄧?yán)栌?ATV71與ATV61的Profibus-DP連接[Z].

    張根勤（1978-）

   男，大學(xué)本科，現(xiàn)就職于許昌卷煙廠，主要研究方向為制絲設(shè)備及工藝，對計算機(jī)、現(xiàn)代控制、網(wǎng)絡(luò)通訊等技術(shù)也進(jìn)行研究，熟悉圖5 控制提升帶變頻器轉(zhuǎn)速的程序PLC (S7系列)硬件安裝，軟件編程。

   摘自《自動化博覽》2012年第三期