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KDF2电气系统升级改造

日期:2016/3/8 8:57:29

1.  KDF2概述

在我国烟草行业的滤棒成型设备中,引进德国HAUNI公司技术的KDF2纤维滤棒成型机组占有相当大的比例。设备采用继电器及分立元件组成其电气控制系统。AF2开松上胶机动力由KDF2滤棒成型机提供,经三台卧式无级变速器,分别驱动三组辊轮及上胶计量泵,组成其机械传动系统。上述电控系统及动力传动系统存在以下问题:

① 故障率高:由于机器长期运行,同时采用的都是继电器及分立元件线路板组成,线路及器件的老化导致故障率提高;

② 保养维修困难:由于采用的是硬件逻辑控制,一旦发生故障,故障点难以查找,并且器件不易更换。尤其是时钟脉冲放大器A16,及接纸监控装置A17两个核心元件,是采用德国HAUNI公司专用器件,备件难以采购,而且价格昂贵,可靠性又不高;

③ 操作及故障不直观,不便快速准确地查找故障点,延误了生产,降低了有效作业率。

④ 三组机械无级变速齿轮箱难于维护,备件昂贵。并且皮带的机械误差和累计误差会影响开松质量,进而影响滤棒质量。只能实现与主机速度可调的恒定匹配,没法实现根据主机速度动态匹配。开松辊的控制依靠变速齿轮箱,速度的调整不方便,控制也不太精确;齿轮箱长时间使用损耗很大,日常维护也很不方便。

针对以上存在的问题,为了提高产品质量和控制系统的先进性,以“管理控制一体化”为设计思想,对KDF2按照ZL22D的结构进行电控系统升级改造。

 

2.  控制系统框架结构图

该方案是基于ZL22D电控系统,进一步对相关控制功能进行了优化和改造。系统以SIEMENS S7-300 PLC为控制核心,人机界面采用施耐德XBTGT6330触摸屏,操作方便灵活。同时采用当今稳定性、可靠性极高的PROFIBUS现场总线,伺服驱动器和伺服电机采用伦茨9300交流伺服系统,组成新型电气控制系统。该系统在400/分生产条件下,实现滤棒直径自动控制和机组实时运行状态控制,包括盘纸的高速拼接等等。系统整体框图如下所示:

 整机电控系统改造后的具有以下优点:

① 故障率低:由于PLC具有防震、防尘、强抗干扰等优点,大大提高了系统性能,平均无故障时间可达10万小时以上;

② 操作直观,便于生产管理:良好的人机界面,方便操作人员实时的了解设备运行状况、修改参数、查询产量,并实时直观报警,实现真正意义的“管控一体化”及“数据采集功能”,向厂级MIS系统提供KDF2运行状况数据。

③ 维修方便:采用总线技术,大大减少了线缆量,维护查线非常方便。采用国际上通用的软、硬件,便于烟厂技术人员掌握,同时备品备件也可在国内任一电气经销商处选购。

3. 控制系统方案说明

① 控制器:主控制器采用西门子S7-300高性能CPU 315-2DP,该控制器扩展内存达到128K,保证所有程序的存储和运行;位操作时间为0.1μsDI/DO最大16384/16384点(集中式1024/1024点),AI/AO最大1024/1024点。集成的Profibus-DP/从接口用于伺服驱动器的连接,MPI接口用于HMI的连接。I/O采用6ES7 321-1BH50-0AA0 6ES7 322-1BH01-0AA0输入/输出模块,光电隔离输入输出。模拟量采用6ES7 331-7KF02-0AB0 带诊断的模拟量输入模块。另外,系统配有高速布尔处理器FM352-5,用于处理需快速响应的机器布尔信号。

② 伺服系统:伺服驱动器采用德国伦茨9300ES系列通用型驱动器。9300ES驱动器常作为机械立轴的一种替代方案,通过频率预选可实现多台控制器之间的精确同步运行,并可利用调整电子齿轮轻松实现比例同步。而旋转变压器、正余弦编码器等反馈元件可确保高精度驱动。该驱动器有ProfiBusCANDeviceNet等多种可选现场总线模块用于通讯。在印刷、烟草、纺织、包装等要求高动态响应和通用性的行业有着广泛的应用。

伺服电机选用与9300系列交流伺服控制器匹配的伦茨MCA同步伺服电机。该系列电机具有高动态响应和高精度传动、结构紧凑、普适性强、低回差、低噪声等特性。高品质的设计,精密的加工和完善的检测手段,使其能够实现更为柔性化的传动。

③ 人机界面:采用施耐德XBTGT633触摸式高级图形面板,该屏为12.165536色真彩TFT触摸屏,可显示字母、数字、位图、柱状图、按钮、指示灯、时钟、闪光灯变量表示。支持施耐德、西门子、罗克韦尔、三菱、欧姆龙等各厂家的PLC连接。显示画面为动态实时显示、画面形象逼真、操作简便。另外预留有高速以太网接口,可用于高级系统的数据采集。

④ 其它部分:控制系统所用的断路器、接触器、继电器等均采用西门子、施耐德、欧姆龙等知名厂家常用产品。

4. 控制系统改造效果介绍

1)、前操作面板改造效果

配置施耐德XBTGT6330触摸式高性能触摸屏,该触摸屏是主要信息交互窗口,其主要完成以下功能:

① 系统的启动和停止,生产速度的调节;

② 滤棒的直径检测,实时自动调节或手动调节滤棒圆周的大小;

③ 辅助系统控制,包括负压风机的送风,及齿轮箱润滑油的循环等;

④ 上胶装置和加热系统的控制;

⑤ 烟枪预热功能;

⑥ 相关工艺参数的调整;

⑦ 系统故障显示及历史故障信息查询等功能。

主操作面板改造后效果如下图所示。

 

 

开松部分的操作面板用来调整前张紧辊、后张紧辊和输出辊的速比,以及开松辊的压力。其主要功能如下。

① 每个辊的独立速比;

② 前后张紧辊与主电机的速比;

③ 前后张紧辊和输出辊与主电机速比;

④ 各辊的实际速度显示

⑤ 各开松部分的气压

⑥ 系统原有的甘油雾化系统操作和显示屏保留不变,与整个系统完美融合。其改造后的效果如下图所示。

2)、伺服系统改造效果

采用4个伺服电机主从联动的方式,4轴分别为:主电机,前张紧辊电机,后张紧辊电机,输送辊电机,不存在机械功率损耗。新的传动系统采用高精度的电子同步方式,以多轴同步方式实现速度同步、相位同步。以这些功能实现并替代了原来机械部件的传动功能,而且降低了噪音。将原来的调节阀改为按钮,既方便生产人员的操作,又新添了各开松辊独立调节的功能;

交流伺服电机,转速波动小、抗干扰能力强,并且在触摸屏中增加了允许生产管理人员自由调节电机上升、下降时间的新功能.

改造后伺服系统如图所示。

3)、主控制柜改造效果

系统以S7-300 PLC为控制核心,采用PROFIBUS总线技术、伺服控制组成新型电气控制系统,能够在400/分生产条件下,实现滤棒直径自动控制和机组实时运行状态控制。

本电控系统采用PROFIBUS-DP单主站工作方式。选用西门子CPU315-2DPPLC作为DP类型主站。IM153扩展模块、主驱动伺服、前张紧辊伺服等6PROFIBUS-DP从站。通过PROFIBUS-DP总线完成伺服控制器之间以及伺服控制器与上位PLC之间的通讯。PLC与控制器之间是通过参数通道和过程通道来相互传递数据信息使伺服系统能够和上位机PLC快速的交换数据信息。改造后伺服系统如下图所示。

        

4)、开松电控柜改造效果

通过远程IO模块IM153,完成对开松机信号的采集和控制。包括防护罩打开关闭的监控、开松风机的启停、甘油箱的甘油的供给等。开松电控柜改造效果如下图所示。

                                                                             

开松辊的控制原来依靠变速齿轮箱,速度的调整不方便,控制精确也难以保证;齿轮箱长时间使用损耗很大,给日常维护带来诸多不便,特别是运转过程中突然故障停机,齿轮箱内外高温给维修工带来相当大的麻烦。开松部分的伺服电机的安装效果如下图所示。

                                                                                        

 

 

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