PROTOS卷烟机VE计量槽及电控系统升级改造———PROTOS卷烟机VE计

　　
  摘要：VE喂丝机是PROTOS卷接机组的喂料装置。其作用是将前置工序加工的烟丝进行整理、定量、并将均匀连续的烟丝条供应SE机。计量槽是VE喂丝机的组成部分。输送带由一直流电机驱动。电机根据机器运转速度和散料通道内料位监测器监测到的实际料位高度信号→电机无级调速→改变带速→改变送丝量，使散料滑道内的料位高度尽可能的保持稳定。电机速度的调节及控制通过机器上的A6插件（SE）及系列传感器来实现。本文主要介绍了PROTOS卷烟机VE计量槽及电控系统的升级改造步骤及效果。由于改造前计量槽经常跑空或堵烟丝，严重影响机车的设备效率，故对VE计量槽及电控系统进行升级改造。改造后的计量槽运行可靠、故障率低、维护方便。改造后机车效率明显提高。
  关键词：计量槽、跑空、堵烟丝
  　　一、引  言
　　VE喂丝机由料斗、定量喂料装置、吸丝成型装置、风机系统和传动系统组成。VE喂丝机是PROTOS卷接机组的喂料装置。其作用是将前置工序加工的烟丝进行整理、定量、均匀连续的烟丝条供应SE机。其工作过程为：烟丝→风送→集丝箱→预分配器→储料区→提升输送带→散料滑道→磁轨去铁磁性物质→棘辊从滑道中定量取出烟丝，平滑轨适得烟丝能顺利的从滑道中输入棘辊→快辊把烟丝梳出针辊→皮带输送机上→均匀烟丝层→皮带输送烟丝→上空气喷射器→弹丝辘→结合下空气喷射器→烟丝进入吸丝通道→吸丝通道内的烟丝→吸丝网带→烟丝条→烟枪。上空气喷射器吹落烟丝时较重烟丝及杂质→螺旋输送机→分离器进行分离。烟丝条形成后由平整器（SRM或MR1）修整。源信号来自装在刀头上的扫描器。去除的烟丝→输送带→振槽回送到烟丝储存区。由提升带→与新烟丝合并→喂料
  　　二、改造前的系统组成
　　原电气系统为继电器组件和逻辑控制板、运算控制板组合控制方式，控制方式陈旧，故障检测及维护比较麻烦，易损件过多，备件多、维修费用高，影响生产效率；并且原机器进厂较早，电气件也存在老化问题，急需更新；另外针辊电机与陡角输送电机为直流电机，造价高、需维护、易损坏，使用寿命短；其次这两个电机采用直流调速板控制速度，调速板的调整不便，也存在寿命短的问题；再者，堆料槽料位控制与普托90E新机比较存在缺陷，主要反映在，控制板SE A0-A6易损，料位控制不够稳定，易造成堆料槽满、陡角电机频繁启停，或堆料槽排空、堵塞而导致主机停车，从而造成原材料的浪费和生产效率下降。
  　　三、系统改造技术方案
　　针对以上问题，经在生产现场的实地考察与调研，我对此控制系统进行了如下改造，设计成新型电气控制系统，以适应我厂生产的需要。
　　（一）、新型控制系统的解决方案
　　将所有的逻辑、运算功能控制器件和电路板取消，用可编程序控制器（PLC）取而代之，由可编程序控制器完成所有逻辑及运算处理；取消直流电机调速板，用变频调速器和伺服控制器代替；改直流电机为交流电机；改9点检测堆料槽料位控制方式为15点检测料位控制方式。
　　1. 将数字量直接接入可编程序控制器
　　各种按钮、限位开关和开关式传感器及其它设备的连锁信号、控制信号接入到可编程序控制器的数字输入模板，由可编程序控制器的中央处理器CPU进行识别检测。
　　2. 由可编程序控制器直接输出数字控制信号
　　本机的执行器件以及给其它设备的信号通过数字输出模板直接接到接线端子上，可编程序控制器进行逻辑运算后直接输出各种信号（如：报警，接触器控制信号，变频器启动信号、阀门启动等）。
　　3. 直流伺服电机换为三相交流电机
　　M9陡角输送电机，要求跟踪主机速度，原直流伺服电机与速度控制板N1配合,完成此项任务，由于调速器无速度显示不便监视，调速板上4个速度控制电位器的调整需要一定的经验，不方便。
　　使用普通三相电机与变频调速器配合，技术成熟，调速稳定，接线简单，寿命长，并且速度由可编程序控制器直接输出模拟量控制。M16针辊电机，同样要求跟踪主机速度，更加快速、严格、精确。原机工作方式与M9陡角输送电机相同，也存在同样的问题。考虑到具体针辊工作所要求的快速跟随特性，在此我选用通用伺服控制器代替变频调速器，实现技术要求。
　　4. 15点检测料位，分辨率更高，速度运算更精确
　　采用15个料位检测开关，料位更准，速度计算量化更细；可编程序控制器的专用计算方法使速度跟随性更快、更好，替代原计算控制板。
　　5. 新系统维持原电源线路设计
　　电源供给系统维持原设计、各路电源输出的保护不变、电机工作断路器和接触器不变，保留A49频压转换器和F4电机过热保护器。
　　（二）、新系统的构成及原理
　　该系统集合了可编程序控制器、变频调速器、伺服控制器，组成控制核心；它与外围传感器等输入部件和执行机构驱动器共同构成一个完整的体系。无论是与其它设备的通讯，还是本机的状态检测，动作的完成均可以完美的实现，达到并超过原机功能和技术指标。
　　作为当今最流行的控制模式，它具有明显的优势：硬件结构简单，维护简便易行，故障率低，控制快速、精确。
　　1．可编程控制系统
　　作为控制核心，它除了可以完成它所擅长的逻辑控制功能，并且已经成功开发了多种运算功能，计算精度也很高；专用控制功能（如PID控制、步进电机控制、高速布尔控制）；特殊的应用功能（如与不同类型、不同品牌的设备进行通讯等）。它广泛的应用于各种自动控制领域，现在的所有控制，它几乎都能实现。
　　该系统采用西门子公司的S7-300可编程序控制器，扩展的数字输入模板可接收48路开关信号，扩展的数字输出模板可输出48个开关值，模拟扩展板具有四路模拟输入和二路模拟输出。除了满足本设备现有工作要求外，为将来扩展功能也留下一定的余量，并且很容易与将来整机的可编程控制改造联网，实现现场总线的控制。
　　软件使用梯形图编程，应用了逻辑组合、定时器、计数器、数学运算、PID运算等的功能。
　　数字输入与输出在前面板上均有指示灯，能实时反映输入输出部件的状态，可在检查故障时，进行参照。
　　另外，采用的可编程序控制器各种模板，无特殊型，便于采购。
　　2．电源系统
　　电源系统维持原设计，每一路交直流电都安装过流保护开关，采用施耐德的动力型小型断路器，分断速度快；电机动力输出采用西门子3VU型断路器均进行了保护，可靠性得以保证；电机的接触器为西门子3TF型。
　　控制信号电源均统一为直流24V；电机为交流220V（有二相或三相的）或三相380V，没有变动；接触器控制电和阀门等执行器件用电均为交流110V；原变压器不变即可满足使用。
　　3．直流电机的改造
　　本供丝机上只有两台直流电机，其它的都为交流电机，鉴于以上直流电机的弊端，将其改为交流伺服电机。
　　针辊电机M16的速度由主机SE卷烟部分速度脉冲RCP决定，RCP经过本机的转换器A49转换为0-10V电压信号，由其设定为针辊电机的速度。
　　针辊电机M16与卷烟机速度必须配合精确、快速，否则，卷出的烟支达不到指标，或是过松或是过密，将由核扫描器检出并剔除，同时引起停车。选用三菱的交流电机伺服控制器和与其匹配的交流伺服电机，可以更加完美的达到控制精度的要求，专业级的组合通用而简便，调整简便，速度还具有可视性，速度匹配值可调，运转平稳，种种优越性显现非常突出。取剔了原速度控制板N2和直流电机。
　　陡角输送电机M9的速度由主机卷烟速度与堆料槽的料位双重因素决定，原系统有一个专门的算法计算出电机速度的设定值，此设定值由主机SE上的A0-A6板算出后，传送到本机的陡角电机速度控制板N1，由其控制供烟给堆料槽的速度。
　　这种控制中，A0-A6板易损坏，N1调速板不易调整，速度不可监测，速度控制不够稳定；除此之外，本机与卷烟机SE的信号连线过多，堆料检测的9个光电开关信号要传送到卷烟部分的A0-A6板，还要把控制信号返回给本机，连线复杂，不便维修。新型系统采用可编程序控制器直接接收料位信号和SE部分的速度信号，运用PID算法计算速度设定值，由其设定变频调速器的速度，带动普通交流电机，替代了原调速板N1和直流电机。此种控制完全克服了原方式的弊病，而且便于维护、价格便宜。
　　4．堆料槽料位检测的改造
　　原为9点检测，改为15点检测，与普托90E的检测和运算方式一样。更换了光电检测板和信号接收控制板。如下图所示：
   
  　　四、改进后的成果分析
　　改造后PROTOS卷烟机VE新型计量槽监控及电控系统的性能主要表现为：
　　设备的故障点少、维护保养简单、成本低。
　　以PLC为控制核心，软件完成逻辑控制、数值分析、计算等功能，取消原线路板及继电器控制，故障点少、维护保养简单、成本低，提高了设备的有效作业率。
　　计量槽料位相对均匀、供料平稳，不发生堵塞、空料现象：计量槽料位检测点由9点改为15点，范围宽，软件实现陡角带电机速度调节，使其速度调节平滑、料位相对平稳，增加检测计量槽内烟丝上表面的凸凹，调整其相对平稳改善后车布料的均匀度，有利烟条的形成，解决烟支空头现象，使卷烟支重稳定性大幅提高，确保烟支的合格率。
　　交流电机及伺服调速，平稳、免维护：针辊和陡角专用直流电机及调速板改为通用伺服及交流系统，人机界面好，供料速度匹配平稳、快捷，免维护。
　　提高了效率：综合考虑专用直流电机换电刷、调速器、专用线路板、组合继电器等维护，计量槽检测点少，造成烟丝排空、堵塞而导致主机停车，平均每周按2小时估算，每年可提高设备2小时/周×50周/年=100小时/年的有效运行，多生产香烟100小时×60分/小时×7000支/分=4200万支。
　　此项改进措施在经过试运行并推广之后，运转效果良好，解决了PROTOS卷烟机因烟丝堵塞或跑空而造成的故障停机问题，并给我车间带来了一定的经济效益。
  改造前计量槽部分故障停机统计表（单位：次）
   
  改造后计量槽部分故障停机统计表（单位：次）
   
  　　下面是PROTOS卷烟机计量槽改进前后机车效率的对比
   
  （PROTOS卷烟机设备效率）
   
  （VE计量槽电控系统改造前后烟丝分布图）
  参考文献
１、PROTOS70/80操作手册