電子皮帶秤寬流量的實現方法

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

電子皮帶秤寬流量的實現方法

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

通過使用雙速電機，設計其變頻器驅動調速電路，編寫PLC控制程序，實現了皮帶秤輸送帶速度大范圍調節，進而拓寬了電子皮帶秤瞬時流量的運行范圍。

寬流量；雙速電機；變頻器；PLC

一、存在問題

電子皮帶秤在卷煙廠制絲車間應用廣泛，主要起到穩定物料流量、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，皮帶秤能夠滿足生產要求，但是在攙兌比例出現過大或過小時，就會超出電子皮帶秤的瞬時流量設計范圍，無法正常生產。

工廠車間現用梗絲攙兌皮帶秤設計流量范圍為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需求，需要采取措施予以解決。

二、類似問題的處理方法

當一臺電子皮帶秤需要同時具備小流量和大流量運行能力時，根據電子皮帶秤的運行原理，可以從以下幾個方面來解決。

1.僅改變皮帶秤上物料量，即小流量運行時減小物料量，大流量運行時增加物料量。具體實現方法：設計可調節物料供應量的計量管。優點是結構簡單，造價低廉；缺點是需要人工調節，供料量無法準確控制，當操作工責任心不強時容易出現忘記調節計量管的現象。

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低速運行，大流量時高速運行。具體實現方法：可以使用無級調速電機、伺服電機與伺服控制器和雙速電機與變頻器等進行控制。使用無級調速電機進行控制，優點是控制電路簡單，缺點是需要人工參與，存在忘記調節等隱患；使用伺服電機與伺服控制器進行控制，優點是速度響應快，缺點是造價高；使用雙速電機和變頻器進行控制，優點是系統設計比較容易，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。優點是可以設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計較復雜的系統。

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和變頻器的組合控制方式來設計雙速控制系統，將其改造成為寬流量電子皮帶秤。

三、雙速電動機工作原理

雙速電動機屬于異步電動機變極調速，是通過改變定子繞組的連接方法達到改變定子旋轉磁場磁極對數，從而改變電動機的轉速。

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

選用最常見的單繞組雙速電動機，磁極數為4極、8極，即定子繞組由△接法變為YY接法時，磁極對數從p=4變為p=2。當定子繞組采用△接法時，n1=60f/ p=60×50/4=750r/min；當采用YY接法時，n1=60f/ p=60×50/2=1500r/min。

四、控制系統工作原理

1.控制電路圖如圖1所示。

圖1　6000梗絲秤雙速電機控制電路

由圖1可知，控制電路由主回路、PLC數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旋鈕對該接觸器進行控制可以實現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實現雙速電機的雙速控制功能。具體控制功能如下。

（1）當需要小流量運行時，PLC輸出點Q4.7為高電平，驅動中間繼電器KA3-1動作，然后接觸器KM3-1觸點吸合，雙速電動機為△接法，在變頻器調速作用下，理論轉速為0～750r/min，。

（2）當需要大流量運行時，PLC輸出點Q5.7為高電平，驅動中間繼電器KA3-2動作，然后接觸器KM3-2觸點吸合，雙速電動機為YY接法，在變頻器調速作用下，理論轉速為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行互鎖，確保兩種接法不可能同時出現。在電路上將KA3-1的常開觸點與KM3-2的常閉觸點串聯，KA3-2的常開觸點與KM3-1的常閉觸點串聯，實現電氣線路上的互鎖。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，實現控制程序的互鎖。

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

（5）變頻器啟動信號中串入電機強制冷卻風扇的單極開關輔助觸點。其作用是風扇供電電源切斷，變頻器將不能啟動運行，保證雙速電機能夠散熱。

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

五、實現過程

1.變頻器與雙速電機的匹配。皮帶秤選用丹佛斯FC302系列變頻器。根據梗絲攙兌皮帶秤的負載大小，選用了SA57DT90L8/4型雙速電機，根據雙速電機的最大功率，我們選用了相應功率的變頻器，并在雙速電機運行在高速大功率時對變頻器進行自動參數匹配操作。

2.雙速電機的速度切換。考慮到變頻器的安全問題，在雙速電機運行時最好不要對雙速電機進行高低速切換。高低速切換在停止狀態下進行。根據皮帶秤運行狀況將攙兌比例12%作為高低速切換的節點，即≥12%時雙速電機高速運行，反之低速運行。在生產前根據上位機下發的配方設定比例自動進行調整，當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，即正常運行時不再進行高低速切換操作。相應的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.設置高低速PI值。雙速電機運轉在△接法和YY接法時其PID調節的比例系數P值和積分常數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）時設定相應PI值及輸出△運行

ANM60.0

說來慚愧，此前我僅僅出版過一部雜文集，就是世紀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，發行量也比較大，其中還有兩本散文集被書商再版發行。

=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△運行

//大比例（大流量）時設定相應PI值及輸出YY運行

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運行

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

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

表1

六、注意事項

雙速電機的散熱問題要格外重視。雙速電機采用變頻器驅動，當運行在低頻率時風翅散熱將不能滿足要求，因此需要對電機散熱進行改造，使用單獨的冷卻風扇對變頻器進行散熱，或者直接訂購帶冷卻風扇的雙速電機。

七、使用效果

經過1年多的運行，改造后的梗絲攙兌電子皮帶秤運行正常，計量精度完全滿足要求，使用效果良好。實現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的流量范圍內正常運行。

參考資料：

［1］CP1XXG4-2型電子皮帶秤使用說明書［Z］.杭州4509機電設備有限公司.

［2］胡健.西門子S7-300PLC應用教程［M］.北京∶機械工業出版社.

TP273

B

1671-0711（2015）09-0068-03

（2015-04-19）