張昊

中文摘要:本文介紹了安全型電機起動器在煙草行業松散回潮機中的應用方式,重點敘述了西門子ET200S系列下DS1e-XHF/RS1e-X HF電機起動器的工作原理、優點、可實現的功能及典型應用方式。

中文關鍵詞:松散回潮機  電機起動器  系統診斷

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、項目簡介

 本項目所涉及的松散回潮機應用于貴州中煙工業有限責任公司遵義卷煙廠。貴州中煙工業有限責任公司是經國家煙草專賣局批準,于2008年7月1日由貴州中煙工業公司改制而成立,是中國煙草總公司的全資子公司,主要承擔煙草制品的生產、銷售、煙草物資、煙機零配件經營,承擔國有資產保值增值責任,及其它相關的生產經營任務。公司本部設10個職能部門,10個專業部門,下轄貴陽、遵義、畢節、貴定、銅仁5個卷煙生產廠,興義煙葉儲運站、貴州福貴投資管理有限公司和貴州黃果樹金葉科技有限公司。在貴州卷煙工業整合前遵義卷煙廠是全國36家重點企業之一,是貴州卷煙工業的骨干企業之一,是遵義市重要的經濟支柱。在九五和十五期間,工廠購置了5000KG/H制絲線、570KG/H二氧化碳干冰膨脹線和通用工程,完成了設備柔性加工系統的連接、條煙輸送、成品煙輸送、咀棒輸送、風力送絲、卷接機的集中工藝除塵等,實現卷接包一體化生產。有從英、德、意等國引進的先進設備兩百多臺(套)。

 松散回潮是制絲生產線的重要工序,通常以高溫高濕的氣流作用于進入滾筒的煙片,從而增加煙片的含水率及溫度,加大其耐加工性,使切后的煙絲松散,同時也改善煙葉物理特性,去除青雜氣、辛辣氣等特殊氣味,最大限度的保留煙草本身的香氣。松散回潮機的工作原理主要是經過振動輸送機將煙片送入回潮機滾筒內,滾筒由傳動裝置帶動旋轉,煙片在滾筒的軸向傾角及滾筒內撥料桿的疏導作用下翻滾向前,這一過程使得未松散的煙片得到一定的機械松散。當煙片運行到滾筒內且離進料口1.5m左右時,增濕水管路開啟,增濕水與蒸汽被輸送到雙介質噴嘴及蒸汽噴管中。在蒸汽壓力的作用下,增濕水和蒸汽混合后呈現霧狀噴射出并灑落到煙片上,對煙片進行增溫和增濕處理,未松散的煙片因受熱吸水舒展而松散。在本系統中,主要采用西門子S7-400系列CPU進行松散回潮機的溫度、水分控制,利用西門子ET200S系列下的DS1e-X HF/RS1e-X HF電機起動器控制皮帶機、加料機、回潮機等設備中負責輸送皮帶、滾筒、帶有升降作用的設備電機。

1   遵義卷煙廠松散回潮機設備

二、控制系統構成

      本項目控制系統采用分布式控制方式,本系統的硬件組態如圖2所示??刂葡到y采用的西門子S7-400系列CPU 414-3PN/DP作為主控制器,既滿足足夠的信號處理能力又兼顧高速網絡,可以滿足大系統的復雜控制要求,為控制系統提供高速的布爾量處理速度;IO信號采集通過Profibus網絡擴展ET200S形式完成,擴展部分包括10組ET200S機架及1臺DP/DP耦合器。其中信號模板主要負責松散回潮機設備信號采集,其中包括邏輯控制所需的開關信號、信號指示燈等數字量信號,用于來料流量控制、熱風溫度控制、循環熱風濕度控制所需的流量、溫度、壓力變送器等設備的模擬量信號??紤]到電機控制對速度及位置并不需要過高的精度且電機功率均不大于7.5KW,結合實際使用經驗,排除使用變頻器及軟起動器這兩類設備,故在本系統中,電機控制采用西門子ET200S系列電機起動器即可滿足使用需求,所使用電機起動器型號及控制對象如表1所示,現場使用情況如圖3所示。

1    本系統使用電機起動器情況匯總

2 系統硬件配置圖

實際電機起動器應用

三、控制系統完成功能

      在本控制系統中,控制主體主要包含松散回潮機中的輸送皮帶、滾筒、微調調整皮帶等設備。在應用過程中,ET200S電機起動器安裝在通訊接口模塊IM151-1之后,與通訊模塊之間安裝設備所需的一些功能不同的電子模塊,在每組電機起動器的前面必須安裝PM-D電源管理模塊,用于監視右側鏈接的電機起動器組的兩個24VDC輔助電壓。電壓通過TM-D端子模板給自裝配電壓總線供電,出現電壓故障時,可通過總線診斷功能傳送到上位的控制主站中去。相較于傳統控制模式需要把斷路器、接觸器的點接入PLC的輸入模板,通過輸出模板控制接觸器的吸合,如果需要得到更多的設備信息必須加裝專門的設備,西門子ET200S電機起動器自身集成一定的IO信號可進行控制管理(具體IO所代表的含義見表2),并可以直接通過STEP7進行硬件組態、設置、進行故障診斷以及獲得更多的設備狀態參數。

2   ET200S電機起動器IO信號總覽

由上表可以看出,西門子高性能電機起動器的電機運行信號的判斷是通過檢測是否存在連續的電流來實現,而并不是僅僅檢測接觸器是否吸合,使得判斷結果更為可靠,而且報警與故障信號分開,可以實現停機前的預警。除此之外,其還可以計算出最大的相電流,并設置電流報警的高低限以及對報警的不同反應,尤其低限報警可以幫助監控系統判斷如空載或者皮帶斷裂等機械故障。在組態高性能電機起動器時,可實現停機、停機再起動、上限停機、下限停機、可選擇的報警、手動功能、緊急起動、電機正反轉等功能。

在使用STEP7對電機起動器進行配置時,西門子將電機起動器的功能配置劃分明確,共分為基本參數配置、外部接口配置、電機控制、電機保護、設備監控以及短路保護這幾類。本文將著重介紹基本參數設置、電機控制、電機保護以及設備監控這幾部分的參數設置?;緟蹬渲弥饕O定運行電流、負載類型、零電壓安全措施以及電源丟失情況下的反饋。其中最為重要的參數是根據實際負載情況,設定電機運行情況下的電流,此電流數值的設定可依據設備在滿載運行情況的電流,以此避免此電流設置過小導致電機運行時出現停機等問題。電源丟失情況下的反饋可通過系統診斷等方式,將診斷信息反饋到控制器中去,便于后期維護使用。配置情況可參考圖4。電機控制選項的設置主要是控制電機啟動時的抱閘打開延時以及電機停止時抱閘關閉延時。這兩個參數的設置需要根據設備特性來進行設置,在本項目中所使用的機械設備均不需要對電機抱閘進行特殊的釋放關閉操作,所以并未進行設置。電機保護選項的設置主要針對電機熱過載等情況下電機功能保護。通過配置可設置電機在熱過載情況下的動作模式、關斷等級以及熱記憶消除時間等。由于此次使用的電機功率不大,設備對熱過載情況的處理精度要求較高,所以在配置時選取的是關斷電機回路,故障消除后不再啟動,必須通過人員確認后才可繼續使用。詳細配置情況見圖5。


4     電機起動器基本參數設置

5     電機起動器電機控制及保護設置


 在電機起動器配置中,最為重要的配置就是設備監控這部分。設備監控主要負責的檢測電機在運行過程中電流的波動等情況。最為重要的參數為電流的限值以及不對稱響應的數值。在電機運行過程中,起動電流往往會遠大于平穩運行時的電流,如何判斷電流的波動是否正常就是有這組配置決定。由圖6配置可知,在配置時需要根據機械結構等因素配置電流的高限和低限,并且在出現電流超限等情況時,系統將為電機做出關斷或者警告反應。在實際應用時可能此數值無法一次性填寫合理,如果不想每次修改都重新編輯硬件組態,也可以通過西門子提供的Switch ES Motor Starter這個調試工具進行在線修改。

6     電機起動器設備監控設置


 在本項目的實施過程中,較為復雜的問題在于需要快速的對電機起動器所出現的故障進行快速診斷,并進行簡單的記錄歸檔處理。經過幾番討論,最終決定利用系統功能塊SFC13 “DP NRM_DG”來讀取電機起動器的診斷信息,如圖7左側所示。在使用SFC13時需要注意LADDR引腳所關聯的地址為IM151-1的診斷地址,其診斷地址可通過硬件組態來查詢。查詢方法為鼠標點中Profibus電纜,即可在下方任務欄中的Diagnostic address中找到對應接口模塊的診斷地址即可。RECORD引腳需要關聯一個地址區,根據IM151種類的不同,其所對應的診斷地址區域也不相同,本項目中使用的是IM151-1 HF接口模塊,其對應的診斷區地址為64 BYTE,所以創建一個同等大小區域DB塊,并利用指針將RECORD引腳指向所創建的DB塊中。編寫完成后,即可進行診斷功能,對于IM151-1 HF接口模塊,電機起動器的故障診斷信息是存儲在第37 BYTE中,其每位功能分配見圖7右側示意。舉一個例子,如果我們通過樣例程序讀出DB500.DBB37的數值為“B#16#B4”即“10110100”,根據診斷原理,我們可以知道故障類型為“10100”,通過查閱表3電機起動器診斷信息可以知道,此時電機起動器處于電機熱過載故障狀態。對于其他型號的接口模塊診斷信息位等信息,請查看ET200S系統手冊即可。


7   電機起動器診斷程序及原理

表3電機起動器診斷信息

四、項目運行

      本項目在2017年3月份已經進入試生產階段,松散回潮機順利完成了功能驗證,控制程序滿足企業標準的要求,產品合格率達到98%,獲得該企業技術專家的肯定,目前已完成正式驗收,并將此類松散回潮機推廣到貴州中煙工業公司其他工廠及其他煙草行業企業,同樣得到了企業的認可。

五、 應用體會

  在項目執行過程中,使用西門子電機起動器可以方便快捷對電機進行精準控制保護,相較于ELCO等品牌的同類型產品來說,西門子模塊化設計方便快捷的安裝,與IO模塊的混合使用較為靈活,不用再單獨配置網關等設備進行聯網控制??傮w來說,在實際應用中西門子電機起動器的功能強大在于它的綜合性,本次應用只是此系列的部分產品及功能,希望在日后的時間里可以更加深入接觸并發掘這類型產品的其余功能。隨著智能系統的不斷普及,西門子電機起動器這種電機控制保護產品憑借出色的性能,簡單化的配置,未來的應用前景將會更加廣泛。











2020年07月14日

電機起動器在煙草松散回潮機中的應用

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