张昊

中文摘要:本文介绍了安全型电机起动器在烟草行业松散回潮机中的应用方式,重点叙述了西门子ET200S系列下DS1e-XHF/RS1e-X HF电机起动器的工作原理、优点、可实现的功能及典型应用方式。

中文关键词:松散回潮机  电机起动器  系统诊断

AbstractThis paper introduces thatthe application mode of the safe motor starter inthe loose moisture regain in the tobacco industry, and focuses on the workingprinciple, advantages, functions and typical application ways of the DS1e-X HF/RS1e-XHF motor starter under the SIEMENS ET200S series.

Key Words: Loosening Moisture Regain Machine     Motor Starter     System Diagnosis

一、项目简介

 本项目所涉及的松散回潮机应用于贵州中烟工业有限责任公司遵义卷烟厂。贵州中烟工业有限责任公司是经国家烟草专卖局批准,于2008年7月1日由贵州中烟工业公司改制而成立,是中国烟草总公司的全资子公司,主要承担烟草制品的生产、销售、烟草物资、烟机零配件经营,承担国有资产保值增值责任,及其它相关的生产经营任务。公司本部设10个职能部门,10个专业部门,下辖贵阳、遵义、毕节、贵定、铜仁5个卷烟生产厂,兴义烟叶储运站、贵州福贵投资管理有限公司和贵州黄果树金叶科技有限公司。在贵州卷烟工业整合前遵义卷烟厂是全国36家重点企业之一,是贵州卷烟工业的骨干企业之一,是遵义市重要的经济支柱。在九五和十五期间,工厂购置了5000KG/H制丝线、570KG/H二氧化碳干冰膨胀线和通用工程,完成了设备柔性加工系统的连接、条烟输送、成品烟输送、咀棒输送、风力送丝、卷接机的集中工艺除尘等,实现卷接包一体化生产。有从英、德、意等国引进的先进设备两百多台(套)。

 松散回潮是制丝生产线的重要工序,通常以高温高湿的气流作用于进入滚筒的烟片,从而增加烟片的含水率及温度,加大其耐加工性,使切后的烟丝松散,同时也改善烟叶物理特性,去除青杂气、辛辣气等特殊气味,最大限度的保留烟草本身的香气。松散回潮机的工作原理主要是经过振动输送机将烟片送入回潮机滚筒内,滚筒由传动装置带动旋转,烟片在滚筒的轴向倾角及滚筒内拨料杆的疏导作用下翻滚向前,这一过程使得未松散的烟片得到一定的机械松散。当烟片运行到滚筒内且离进料口1.5m左右时,增湿水管路开启,增湿水与蒸汽被输送到双介质喷嘴及蒸汽喷管中。在蒸汽压力的作用下,增湿水和蒸汽混合后呈现雾状喷射出并洒落到烟片上,对烟片进行增温和增湿处理,未松散的烟片因受热吸水舒展而松散。在本系统中,主要采用西门子S7-400系列CPU进行松散回潮机的温度、水分控制,利用西门子ET200S系列下的DS1e-X HF/RS1e-X HF电机起动器控制皮带机、加料机、回潮机等设备中负责输送皮带、滚筒、带有升降作用的设备电机。

1   遵义卷烟厂松散回潮机设备

二、控制系统构成

      本项目控制系统采用分布式控制方式,本系统的硬件组态如图2所示。控制系统采用的西门子S7-400系列CPU 414-3PN/DP作为主控制器,既满足足够的信号处理能力又兼顾高速网络,可以满足大系统的复杂控制要求,为控制系统提供高速的布尔量处理速度;IO信号采集通过Profibus网络扩展ET200S形式完成,扩展部分包括10组ET200S机架及1台DP/DP耦合器。其中信号模板主要负责松散回潮机设备信号采集,其中包括逻辑控制所需的开关信号、信号指示灯等数字量信号,用于来料流量控制、热风温度控制、循环热风湿度控制所需的流量、温度、压力变送器等设备的模拟量信号。考虑到电机控制对速度及位置并不需要过高的精度且电机功率均不大于7.5KW,结合实际使用经验,排除使用变频器及软起动器这两类设备,故在本系统中,电机控制采用西门子ET200S系列电机起动器即可满足使用需求,所使用电机起动器型号及控制对象如表1所示,现场使用情况如图3所示。

1    本系统使用电机起动器情况汇总

2 系统硬件配置图

实际电机起动器应用

三、控制系统完成功能

      在本控制系统中,控制主体主要包含松散回潮机中的输送皮带、滚筒、微调调整皮带等设备。在应用过程中,ET200S电机起动器安装在通讯接口模块IM151-1之后,与通讯模块之间安装设备所需的一些功能不同的电子模块,在每组电机起动器的前面必须安装PM-D电源管理模块,用于监视右侧链接的电机起动器组的两个24VDC辅助电压。电压通过TM-D端子模板给自装配电压总线供电,出现电压故障时,可通过总线诊断功能传送到上位的控制主站中去。相较于传统控制模式需要把断路器、接触器的点接入PLC的输入模板,通过输出模板控制接触器的吸合,如果需要得到更多的设备信息必须加装专门的设备,西门子ET200S电机起动器自身集成一定的IO信号可进行控制管理(具体IO所代表的含义见表2),并可以直接通过STEP7进行硬件组态、设置、进行故障诊断以及获得更多的设备状态参数。

2   ET200S电机起动器IO信号总览

由上表可以看出,西门子高性能电机起动器的电机运行信号的判断是通过检测是否存在连续的电流来实现,而并不是仅仅检测接触器是否吸合,使得判断结果更为可靠,而且报警与故障信号分开,可以实现停机前的预警。除此之外,其还可以计算出最大的相电流,并设置电流报警的高低限以及对报警的不同反应,尤其低限报警可以帮助监控系统判断如空载或者皮带断裂等机械故障。在组态高性能电机起动器时,可实现停机、停机再起动、上限停机、下限停机、可选择的报警、手动功能、紧急起动、电机正反转等功能。

在使用STEP7对电机起动器进行配置时,西门子将电机起动器的功能配置划分明确,共分为基本参数配置、外部接口配置、电机控制、电机保护、设备监控以及短路保护这几类。本文将着重介绍基本参数设置、电机控制、电机保护以及设备监控这几部分的参数设置。基本参数配置主要包含设定运行电流、负载类型、零电压安全措施以及电源丢失情况下的反馈。其中最为重要的参数是根据实际负载情况,设定电机运行情况下的电流,此电流数值的设定可依据设备在满载运行情况的电流,以此避免此电流设置过小导致电机运行时出现停机等问题。电源丢失情况下的反馈可通过系统诊断等方式,将诊断信息反馈到控制器中去,便于后期维护使用。配置情况可参考图4。电机控制选项的设置主要是控制电机启动时的抱闸打开延时以及电机停止时抱闸关闭延时。这两个参数的设置需要根据设备特性来进行设置,在本项目中所使用的机械设备均不需要对电机抱闸进行特殊的释放关闭操作,所以并未进行设置。电机保护选项的设置主要针对电机热过载等情况下电机功能保护。通过配置可设置电机在热过载情况下的动作模式、关断等级以及热记忆消除时间等。由于此次使用的电机功率不大,设备对热过载情况的处理精度要求较高,所以在配置时选取的是关断电机回路,故障消除后不再启动,必须通过人员确认后才可继续使用。详细配置情况见图5。


4     电机起动器基本参数设置

5     电机起动器电机控制及保护设置


 在电机起动器配置中,最为重要的配置就是设备监控这部分。设备监控主要负责的检测电机在运行过程中电流的波动等情况。最为重要的参数为电流的限值以及不对称响应的数值。在电机运行过程中,起动电流往往会远大于平稳运行时的电流,如何判断电流的波动是否正常就是有这组配置决定。由图6配置可知,在配置时需要根据机械结构等因素配置电流的高限和低限,并且在出现电流超限等情况时,系统将为电机做出关断或者警告反应。在实际应用时可能此数值无法一次性填写合理,如果不想每次修改都重新编辑硬件组态,也可以通过西门子提供的Switch ES Motor Starter这个调试工具进行在线修改。

6     电机起动器设备监控设置


 在本项目的实施过程中,较为复杂的问题在于需要快速的对电机起动器所出现的故障进行快速诊断,并进行简单的记录归档处理。经过几番讨论,最终决定利用系统功能块SFC13 “DP NRM_DG”来读取电机起动器的诊断信息,如图7左侧所示。在使用SFC13时需要注意LADDR引脚所关联的地址为IM151-1的诊断地址,其诊断地址可通过硬件组态来查询。查询方法为鼠标点中Profibus电缆,即可在下方任务栏中的Diagnostic address中找到对应接口模块的诊断地址即可。RECORD引脚需要关联一个地址区,根据IM151种类的不同,其所对应的诊断地址区域也不相同,本项目中使用的是IM151-1 HF接口模块,其对应的诊断区地址为64 BYTE,所以创建一个同等大小区域DB块,并利用指针将RECORD引脚指向所创建的DB块中。编写完成后,即可进行诊断功能,对于IM151-1 HF接口模块,电机起动器的故障诊断信息是存储在第37 BYTE中,其每位功能分配见图7右侧示意。举一个例子,如果我们通过样例程序读出DB500.DBB37的数值为“B#16#B4”即“10110100”,根据诊断原理,我们可以知道故障类型为“10100”,通过查阅表3电机起动器诊断信息可以知道,此时电机起动器处于电机热过载故障状态。对于其他型号的接口模块诊断信息位等信息,请查看ET200S系统手册即可。


7   电机起动器诊断程序及原理

表3电机起动器诊断信息

四、项目运行

      本项目在2017年3月份已经进入试生产阶段,松散回潮机顺利完成了功能验证,控制程序满足企业标准的要求,产品合格率达到98%,获得该企业技术专家的肯定,目前已完成正式验收,并将此类松散回潮机推广到贵州中烟工业公司其他工厂及其他烟草行业企业,同样得到了企业的认可。

五、 应用体会

  在项目执行过程中,使用西门子电机起动器可以方便快捷对电机进行精准控制保护,相较于ELCO等品牌的同类型产品来说,西门子模块化设计方便快捷的安装,与IO模块的混合使用较为灵活,不用再单独配置网关等设备进行联网控制。总体来说,在实际应用中西门子电机起动器的功能强大在于它的综合性,本次应用只是此系列的部分产品及功能,希望在日后的时间里可以更加深入接触并发掘这类型产品的其余功能。随着智能系统的不断普及,西门子电机起动器这种电机控制保护产品凭借出色的性能,简单化的配置,未来的应用前景将会更加广泛。











2020年07月14日

电机起动器在烟草松散回潮机中的应用

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