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MK9-5卷烟机电控系统PLC及主驱动变频改造

来源:用户上传      作者: 陈超明

  [摘要] 该文阐述了MK9-5卷烟机电控系统PLC及主驱动变频改造,采用先进的PLC部件、应用软件技术取代原系统繁杂的硬件逻辑插板,优化了系统结构,同时采用工作稳定、精度高、调速范围宽的变频器和价格低廉的国产电机替代原主驱动系统和笨重的主电机,使问题从根本上得到解决。   [关键词] MK9-5卷烟机 PLC 主驱动变频 改造         1 改造的目的   MK9-5卷烟机是英国MOLINS公司上世纪70年代末的产品,是我国各卷烟厂引进较多的主要卷烟设备之一,由于历史的局限性,该机主要存在以下一些问题:   ①电控系统由几十块电控插板组成,控制方法落后,使用元件多,布线复杂,故障率高;   ②主电机采用滑差电磁调速,方法落后,耗能高,其滑差电磁调速部分装有导电碳刷,易磨损,故障停机率高,而且由于主电机的笨重,还带来了维修工作量大、停机时间长等问题;   ③整机调速范围小、精度差、效率低;   ④电器元件备件造价高、通用性差、订货周期长等。   上述问题严重妨碍了设备有效作业率的提高,而采用先进的PLC部件、应用软件技术取代原系统繁杂的硬件逻辑插板,优化了系统结构,同时采用工作稳定、精度高、调速范围宽的变频器和价格低廉的国产电机替代原主驱动系统和笨重的主电机,可以使这些问题从根本上得到解决。   2 主要元件的选择   ①可编程控制器:选用OMRON公司生产的C200HS。   ②主电机M1:选用国产Y160M1-2-11KW普通交流异步电动机。   ③主变频器U1:选用FUJI公司生产的FRN11G9S-4JE变频器(11KW)。   ④盘纸电机变频器U2:选用OMRON公司的3G3XV- A4007变频器(0.75kW)。   ⑤接纸接近开关放大器U3:选用OMRON公司的E2CA- AL4E。   ⑥接纸接近开关U4:选用OMRON公司的E2CA-X5A。   ⑦显示终端PT:选用OMRON公司的NT600M-DT122。   ⑧温控器U5:选用OMRON公司的E5CS-Q1KJX热电偶式温控器。   3 电控系统的PLC改造   可编程控制器(PLC)是以微处理器为核心的逻辑控制器。它体积小,价格廉,功能强,易于编程和修改,还有外围电路简单、结构模块化、可靠性高等特点,在工业控制中越来越得到了广泛的应用。我们根据原机的功能要求,确定了PLC及其外围电路实现的功能,并由输入输出点数选取PLC及相应的输入输出模块,最后设计出PLC控制系统软件和外围电路。   3.1 PLC控制单元的分布   PLC控制单元的分布参见图1,图中的PT为智能显示终端。   ◎CPU单元:为PLC提供电源并由程序控制整个系统运行。   ①D0单元:空单元。   ②D1单元:空单元。   ③D2单元:输入单元,负责接收电机过载信函、主变频U1得电和报警信号、料斗提升带变速信号、烟丝位检测信号、油压低和部分防护罩联锁信号等。            ④D3单元:输入单元,负责接收U2故障信函、温度超限报警信号、刀头防护联锁、喇叭咀故障信号、加热器及拼接部分各微动开关的输入信号。   ⑤D4单元:输入单元,负责接收控制面板各按钮的信号和断纸检测信号。   ⑥D10单元:负责与PT通讯。   ⑦D11单元:输出单元,负责各电机控制、温控器控制和拼接控制。   ⑧D12单元:输出单元,负责主变频控制、盘纸电机控制和钢印移动控制。   ⑨D13单元:输出单元,负责各电磁阀控制、料斗离合器和升降离合器控制、烙铁低位电磁铁控制和进刀指示控制等。   ⑩D14单元:输入单元,负责接收下游机的联锁信号。   3.2 盘纸供应和拼接控制的PLC和变频改造   盘纸部分的PLC改造是整个电控系统改造中的难点和关键,我们用工作稳定的接近开关U4和外加工的偏心凸轮取代原滑动电位器,通过纸臂的升降带动偏心轮旋转,使U4的输出产生微小的变化,经放大器U3处理后,输出信号控制盘纸电机变频器U2,以使盘纸电机在正常运行时与主电机保持同步,同时进行预进纸控制。         盘纸拼接的原理如下:当盘纸的直径达到预定的第一直径时,PLC接收信号,经延时后盘纸电机加速,当盘纸的直径达到第二直径时,盘纸电机停转,经延时(以保证电机完全停止)拼接电磁阀动作并保持一段时间,然后电磁阀复位。若拼接时无拼接到底信号,则发出拼接不动作故障信号,机台停机;当PLC控制电磁阀复位时如接收不到电磁阀回位信号,则发出拼接不复位故障信号,机台也停机,这两项新增的控制功能解决了原拼接失灵后故障难以查找的麻烦。   3.3 温度系统的更新   原机采用的是WEST公司Q3T2XL 372TJ型温控器(A12),其工作原理是将来自热电偶的感温信号放大后,与温度调整基准电压进行比较,其差值再经放大后为可控硅装置(Y13)提供适合的触发信号,以控制加到加热器上的电源电平,达到控制温度的目的。整套系统元件众多,控制复杂,工作稳定性较差,而且还存在着配件通用性差且价格昂贵的问题。此次改造我们选用了OMRON公司的E5CS-Q1KJX温控器,它具有体积小、价格低、精度高、易设定等特点,并带有传感器异常检测和防止误动作功能,改造后控制线路变得清晰简单,而且加热温度更稳定,故障率低,保证了烟支质量的稳定。      3.4 可编程智能显示终端PT   我们选用OMRON公司的NT600M智能显示终端PT作为系统监视和某些参数设定的器件,该终端可与C200H端口直接相连,能直接从主机的I/O区和DATA区取存,大大减低了PT控制的梯形程序容量,也减少了主机的程序空间。该终端的使用使维修和操作更加方便、直观,并简化了接线,提高了系统的可靠性。其具体操作如下:   通电后,PT自动进入状态屏,显示机器当前的运行状态,通过状态屏上的触摸开关――“RETURN TO MENU”,可切换到“功能选择主菜单”,该菜单上共有7个触摸开关,通过开关可选择各个功能屏,从而实现了对系统的控制和监视。功能屏介绍如下:   ①“STATUS”――运行状态屏,屏幕可在高速、低速或点动状态下显示出卷烟速度、运行时间和进刀次数,能在运行状态下提示换刀片和换盘纸,当机器发生故障时还能自动切换到故障报警屏,在全部故障状态消失后可显示出“READY”屏,表示可以重新启动。   ②“MONI”――故障模拟报警屏,可显示机器各部位的所有联锁信号,屏幕上有若干指示灯分别与机器上的各联锁部位相对应,当这些部位发生故障时,模拟屏上与之相对应的灯会闪烁,故障排除后自动返回主菜单。   ③“TIME”――运行时间屏,可显示机台运行时间、停机时间和机器运行效率。   ④“SET”――系统参数设置屏,可设置进刀时间和进刀计数报警值,并为下游机提供启动和停机剔除数设置、嘴棒等待和水松纸等待的脉冲数值设置等。   ⑤“COUNT”――故障统计屏,可显示各种故障的停机次数及其占总停机数的比例。   ⑥“TEST”――系统操作检测屏,可直接检测外围电磁阀、指示灯等待执行器件的动作情况,屏上的触摸开关对应着各个执行器件,按压时若执行器件动作,则屏上的开关亮,再按时,该器件复位,开关灭。   ⑦“OPTIONS”――其它选项屏,可设置其它选项,如取样脉冲数选择等。   3.5 电控柜的改造   我们取掉原电源动力柜和线路板柜以及柜中的所有元器件和插板,取掉原操作面板,重新制作了控制柜和活动式的面板,改造后环境优良,结构更合理,元器件摆放宽敞整齐,布线简洁有序,维修十分方便。   4 主驱动系统的变频改造   原机的希南主驱动系统存在着以下一些问题:   ①原机采用的是滑差电磁调速,其电刷、滑环等需要定时的保养或更换,再加上主电机笨重无比,有较大的维修工作量;   ②原机是属于转差率可变型调速,当转差率达到最小时,只能依靠更换皮带轮来提速,这显然是很不方便的;   ③原机是全压启动,其冲击电流大,正常停机时主电机照样运转,不同转速时能耗基本一样,在低速时大部分电能转换成了热能散发,不仅耗能而且需要循环水冷散热;   ④备件通用性差,价格昂贵。   改造后的交流变频主驱动系统可靠性高、维护工作量小、调速性能好、节约能源,选用的零件全为通用件,彻底解决了原机存在的这些问题。      5 改造后的成效   改造后经过几年来的运行,设备运转正常,设备的平均有效作业率得到了提高,还节省了大量的设备维修和备件费用,并降低了能耗。在保留了原机所有功能的基础上,通过新增的智能显示终端,使人机对话更加直观,维修和操作更为简便。      参考文献:   [1] MOLINS-MK95 Operating Manual. MOLINS COMPANY,UK,1980.   [2] MOLINS-MK95 Electrical Maintenance. MOLINS COMPANY,UK,1980. 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
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