攪煙控制體系的改進

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本文作者：俞成倉作者單位：甘肅煙草工業有限責任公司

1概述

在卷煙生產線上，煙支包裝前在煙庫中因重力作用堆疊在一起，可能因壓力過大導致卷煙無法正常輸送，為此需要攪動器系統改善卷煙的疏松程度，使卷煙包裝工藝正常進行。目前卷煙疏松系統的核心是直流調速系統，其自身固有的缺點，在長時間高強度作業的情況下，故障維修率很高。為改善該狀況，采用交流變頻調速系統取代直流調速系統，提高了系統的可靠性。煙庫攪拌電機現場實物圖如圖1所示。

2系統組成和存在的問題

原直流調速控制系統由直流電動機、測速發電機、電機驅動器以及與主控制器的輸入輸出點構成一個閉環控制系統。直流電機中有換向器和碳刷，碳刷磨損產生的碳粉容易在換向器上聚積引發短路，燒毀電機或驅動板，碳刷和換向器之間長時間的摩擦會使換向器表面產生氧化，導電力下降，表面粗糙、不光滑會產生大量的火花燒壞換向器表面，使換向器表面變得凹凸不平，加速了碳刷的磨損速度，減少了使用壽命，增加了保養的難度和頻次。電機前端傳動箱由齒輪油進行潤滑，油位較高，油封易老化，經常發生漏油事故。由于電機安裝是平置的，漏油時齒輪油易順著電機軸滲透到電機內部的碳刷、換向器上，增大了碳刷和換向器的接觸電阻，運行過程中會產生巨大的熱量，燒壞電樞繞組，另外油與碳粉混合形顧結塊，會造成短路從而燒毀電機，甚至燒毀驅動板。此外備件昂貴，供貨周期長，煙廠使用維修量大，影響正常生產。此直流煙庫攪煙電機的缺點日益顯現，迫切需要尋找一種新的解決方案替代直流調速控制系統。

3系統特性

(1)攪動器電機轉速同包裝機轉速的關系

通過實測，直流電動機的實際轉速在160～1060(r/min)，雖然直流調速系統的額定轉速是1500r/min，但實際直流運行速度不超過1100r/min。圖2所示為轉速隨動圖。

(2)負載機械特性

根據包裝機調試手冊，煙支攪煙電機拖動的機械裝置負載轉矩是動態變化量，最大值為1．5(N•m)。(3)動態響應速度根據經驗及現場實測數據，煙庫攪煙裝置對速度的精度要求不是很高。

4改造方案

改造采用交流變頻控制系統替代原有直流控制系統。交流電機結構簡單、體積小、價格低、易維護，對環境適應性強，由于其結構特點，對漏油有一定耐受能力。用一種交流電機變頻調速控制系統替代原有的直流電機閉環控制系統是一種行之有效的選擇，交流系統性能可靠，轉動平穩，經久耐用。煙庫攪煙系統的改造可以應用原來的主控制器輸出信號，對新系統進行控制。

改造方案:G．D包裝機主控制器系統速度控制信號通過頻壓轉換控制變頻器輸出，進而拖動電機，構成一個變頻調速控制系統。

4．1確定改造選用的電氣元件

(1)交流電機選擇

異步電動機可以滿足系統的要求。選用通用交流電機，額定轉速1380r/min，功率0．37kW，額定電流1．78A。經計算，其轉矩適于機械系統要求。此電機適應本系統轉速轉矩要求。

(2)變頻器選擇

變頻器的容量選擇以變頻器的額定電流大于或等于電動機的最大正常工作電流為原則，這可最大限度節約資金。選用德國原裝Le-nze8200系列內置閉環型矢量變頻器對電機進行控制，變頻器型號為E82EV551－2C，具有很高的運行可靠性和功能的多樣性。其保護功能為變頻器和電動機提供了良好的保護，完全滿足新系統各項要求。變頻調速系統主要有兩種調速方式:VVVF及矢量調速，改造中選擇無速度傳感器矢量調速系統，該調速方式可改善電機低速時轉矩不足，甚至在低速區電機也能輸出足夠的轉矩。無速度傳感器矢量調速系統價格低廉，性能在額定頻率時基本上類似直流系統，在低頻3Hz以上時的轉矩接近直流系統的額定轉矩，而攪動器系統不會工作在3Hz以下［1，2］。

4．2改造后系統構成及特點

系統整體設計如圖3所示。編碼器將主軸電機的轉速信號(煙支包裝的速度)輸入主控制器，此信號通過主控制器處理輸出速度控制信號，現將此頻率信號引入加裝的頻壓轉換器，轉化為模擬量電壓信號，輸入變頻器的速度控制端子(7、8)，變頻器對電機進行驅動控制。從而使煙庫攪煙速度與包裝機速度相匹配［3］。頻壓轉換器輸入輸出關系如圖4所示。當頻壓轉換器的輸入頻率在2000～3000(Hz)范圍內變化時，其輸出電壓在0～10(V)之間變化，這就得到變頻器的模擬量輸入參考電壓，電機即可實現無級調速［3］。系統硬件連接如圖5所示。改造后現場實際施工安裝圖，如圖6所示。

5結語

通過對煙庫攪煙調速控制系統的改造，從近一年的運行結果看，未出現任何故障和問題，且運行結果完全滿足各項工藝要求。不但提高了設備的有效作業率，減少了停機次數，節約了維修成本，同時還提高了設備的運行穩定性，并解決了長期以來備件問題的困擾，產生了可觀的經濟效益。