1 概述

隨著我廠卷接包裝車間設備的更新，對卷包車間工藝條件的技術要求也越來越高，同時為了降低卷煙生產的成本，我們對卷包車間卷接機組集中工藝風力與風力除塵系統進行了改造。

1.1 現有設備存在的不足

改造前設備是九五技改安裝的設備，控制方式簡單，功能不完善，無風速監測和閉環控制，因而風速不夠穩定，不能根據煙機開啟的數量實現風機的自動調節。同時電機利用率也低，浪費大量電能，且不能及時了解風門的運行情況和故障報警，不能保證車間新設備的工藝指標。在啟動或停止過程中，還會產生很大的電氣和機械沖擊。

1.2 設計思路及方案

設計新系統要為卷包車間13 臺卷接機組提供集中工藝風力以及風力送絲除塵自動監控功能，希望該系統具有：

1)動態顯示卷接包工段工藝風力、風力送絲及除塵系統工藝流程;

2)自動調節風壓風量，保證系統穩定運行，提高機臺有效作業率，同時達到節能效果;

3)提供系統遠程操作功能，在中央控制室即1 概述隨著我廠卷接包裝車間設備的更新，對卷包車間工藝條件的技術要求也越來越高，同時為了降低卷煙生產的成本，我們對卷包車間卷接機組集中工藝風力與風力除塵系統進行了改造。

1.1 現有設備存在的不足

改造前設備是九五技改安裝的設備，控制方式簡單，功能不完善，無風速監測和閉環控制，因而風速不夠穩定，不能根據煙機開啟的數量實現風機的自動調節。同時電機利用率也低，浪費大量電能，且不能及時了解風門的運行情況和故障報警，不能保證車間新設備的工藝指標。在啟動或停止過程中，還會產生很大的電氣和機械沖擊。

1.2 設計思路及方案

設計新系統要為卷包車間13 臺卷接機組提供集中工藝風力以及風力送絲除塵自動監控功能，希望該系統具有：

1)動態顯示卷接包工段工藝風力、風力送絲及除塵系統工藝流程;

2)自動調節風壓風量，保證系統穩定運行，提高機臺有效作業率，同時達到節能效果;

3)提供系統遠程操作功能，在中央控制室即可完成系統的啟動、停止、參數設定工作;

4)在線報警功能，系統實時監控工藝設備的運行狀態，以明確的信息，定位指示故障類型和原因，使故障得到及時排除。

對此，針對卷接機組集中風力供給系統的特點，采用西門子S7-300 控制系統、Profibus-DP 現場總線控制技術、人機界面操作系統，利用變頻調速技術對系統進行恒壓負反饋控制，使系統在不同負荷下運行穩定，確保卷接機組正常工作，同時節約電能。

2 集中工藝風力平衡與風力送絲除塵系統方案設計

系統的總流程圖如圖1 所示。系統總流程是觀察了解整個工藝風力與風力送絲除塵系統運行的窗口。

圖1 中，設備運行和停止采用顏色變化方式進行表示。(綠色)表示風機運行狀態、閥門打開狀態、氣動平衡閥打開、電機運行狀態;(紅色)表示風機停止狀態、閥門關閉狀態、氣動平衡閥關閉、電機停止狀態。

送絲管道吸絲時有虛線顯示，非吸絲狀態虛線消失。

在卷接機組上有兩個指示燈，右邊為風機上電指示，左邊為烙鐵放下指示(機組工作)，紅燈表示停止，綠燈表示運行。

2.1 系統的功能

從圖1 中，我們能夠詳細觀察整個系統運行狀態并且可以完成送絲、風速設定等操作任務，該系統能夠完成卷包車間13 臺卷接機組的供絲任務。具體劃分為：3 套集中工藝風力與除塵系統———以FC1、FC2、FC3 表示，其中FC1包括1#~3# 卷接機組(3 臺ZJ17)與12#~13# 卷接機組(2 臺MK95)、FC2 包括4#~7#(4 臺ZJ17)卷接機組、FC3包括8#~11#(4臺ZJ17)卷接機組，為其提供生產需要的負壓風力和除塵;2 套風力送絲———以FS1、FS2 表示，分別為1#-7#、8#-13# 卷煙機供絲和除塵。如表1 所列。

2.2 工藝改造內容

每個系統主管上各設置1 個壓力傳感器，用于檢測和控制系統的風壓變化，集中式工藝風力與除塵系統通過變頻器控制風機的轉速，形成負壓，為已拆除風機的卷接機組提供穩定、平衡的生產工藝條件，在各臺機組的卷煙機支管上，裝有壓力傳感器，用以檢測負壓值。在各臺機組的接裝機支管上，也裝有氣動平衡閥，用以減少機組在非工作條件下對其它機組的影響。風力送絲系統通過變頻器控制風機的轉速，形成負壓，將喂絲機中的煙絲通過送絲管道，以適當的速度輸送到各個卷接機組的儲絲箱。在每臺卷接機組的吸絲回塵管上安裝有電動調節閥和孔板流量計，通過控制閥門的開度，調節風速的變化。孔板流量計用于檢測送絲的風速。同時，吸絲回塵管上還安裝了補風閥和吸絲閥，兩者形成一開一閉的切換狀態。在吸絲狀態下，吸絲閥門打開，補風閥關閉，吸絲回塵管中的負壓可以將喂絲機中的煙絲送至卷接機組的儲絲箱;在非吸絲狀態下，吸絲閥關閉，補風閥打開，模擬吸絲工作狀態，用于減少整個風力系統的擾動，進而保持其它送絲管道的風速穩定。

3 電控系統設計

3.1 網絡組成

網絡結構圖如圖2 所示，清楚地顯示電控系統的組成。

電控系統采用1 套西門子S7315-2DP 控制(PLC 模塊組件包括PS307、CPU315、EPROM、SM321、SM322、SM331、SM332、MP370、DP 接頭)。

S7315-2DP 作為Profibus-DP 主站，8 個I/O 箱(5個在卷包車間，3 個在除塵房)及3 臺DanfossVLT5000 系列通用變頻器作為從站，該系統由西門子STEP7 語言和ProTooL CS 組態軟件開發而成。作為上位機的MP370 觸摸屏顯示現場控制畫面，可以進行各系統相關工藝參數設置和啟停控制，并通過Profibus-DP 網與各除塵系統的變頻

器、各現場I/O控制箱進行數據交換。系統中主要設備的重要信息均可在MP370 觸摸屏上顯示，如變頻器參數、卸料閥狀態以及各除塵系統的壓力等工藝參數信息等。

卷包車間設置的5 個I/O 控制箱(AE4#-AE8#)(卷包車間分布I/O 及網絡組件為CPU224、EM277、EM221、EM223、EM231、EM235、EM232、TD400)采集卷接機組原配風機和電烙鐵無源觸點信號，以供系統的風機啟停和接裝機支管上的氣動閥門調節。

除塵房設置的3 個I/O 控制箱(AE1#-AE3#)(ET200S、電源模板、DI模板、DO模板、饋電器、DP接頭)，用以控制除塵器卸料電機、檢測壓力傳感器的狀態。

改造后網絡通信在人機界面中，提供了網絡診斷信息和現場I/O 箱上安裝的“自動/檢修/手動”選擇開關、隔離開關等電器設備的狀態，用以快速故障定位和檢修維護時防止誤操作。

3.2 變頻器的選用及操作

FC1、FC2、FC3 除塵電機的具體參數為功率90 kW，頻率50 Hz，電壓380 V，2 極，額定電流146.5 A;FS1、FS2 風送電機功率為55 kW，額定電流為103 A。改造前用的是Y-吟降壓啟動，操作工根據車間生產情況手動控制電機的啟停，在操作過程中，不僅會出現早啟晚停的現象，而且不能根據煙機開啟的數量實現風機的自動調節，浪費大量電能。在啟動或停止過程中，還會產生很大的電氣和機械沖擊，影響設備的壽命。

DANFOSS 變頻器功能強大，性能優越，調試和運行簡單。VLT5000系列變頻器在VVC控制基礎上發展為VVCplus控制方式，使得變頻器在低速(0~10 Hz)范圍內動態特性得到了改善，速度精度也得到了提高。這次改造變頻器選用型號為VLT5102 C20 ST RO F10，變頻器接受來自安裝在管道上的壓力傳感器、I/O 箱及PLC 的信號，實現對風機的自動調節，調整管道負壓的大小，來完成送絲和除塵任務。在變頻器的控制上分壓力控制和頻率控制，壓力控制是PI 閉環控制，系統以恒定的壓力來控制;頻率控制是開環控制，風機以固定的轉速運行。如果卷接集中工藝除塵系統反映風力不夠，可以在“設定參數”畫面中調高變頻器的運行頻率或者調高設定壓力;如果沒有風力，則檢查變頻器是否跳閘或防火閥關閉。如果是變頻器跳閘，則記錄故障代碼，用“停風機”斷電后重新上電。

在PLC及觸摸屏出現故障時，為了不影響卷包車間的生產，可以采用變頻器手動控制風機，將變頻器從“REMOTE”模式切換到“LOCAL”模式，可在面板上控制實施。

3.3 功能設計

該系統調試完畢運行后達到了方案提出時的效果：

1)顯示1#-13#卷接機組提供工藝風力與風力送絲除塵功能的工作情況;

2)實現網絡診斷并指示I/O 箱本地選擇按鈕急停按鈕和斷路器、隔離開關等電器設備的工作情況;

3)實現各個系統的開機/停機操作，工作參數設定等任務;

4)集中顯示整個系統的報警消息，可以詳細了解發生報警的具體部位、時間、故障描述。

4 變頻系統改造效果

本系統2007年5 月調試成功通過驗收，經過一年的平衡運行表明，采用PLC、現場壓力檢測裝置及VLT5000 系列變頻器構成的閉環自動控制系統，是卷煙機組除塵系統中一次全面的智能升級，具有以下優點。

與未改造前的手動系統相比，系統節電效果明顯，FC1、FC2、FC3電機額定電流由146.5 A降為105 A 左右，FS1、FS2 電機額定電流平均由103 A降為69 A 左右。

改造后的電流下降率為

通過一年運行，從系統的整體運行情況來說，每年就能比改造前節省大約30%的電能，節能效果顯著。

自采用了變頻調速技術調試完畢投入運行后，卷接工藝風力平衡和恒壓供給，改善了卷接設備工藝風力性能，降低了車間噪聲水平，改善了車間作業環境;集中工藝風力除塵系統，采用自動控制技術，實現了系統運行狀態和參數的實時監控。

在目前的煙草行業中，少人值守，無人值班的要求越來越高，采用PLC、變頻器、風壓檢測裝置組成的閉環控制系統，做到了在線監控，實時了解和掌握變頻器等設備的運行狀態，完全能滿足上述要求。

5 結語

通過以上案例介紹，以Profibus-DP為基礎的PLC 與變頻器的自動化控制代替原有的機械觸點式繼電器控制系統，在我廠卷包車間卷接機組集中工藝風力與風力除塵自動監控系統中得到充分應用。從系統投入生產來看，控制系統穩定、操作簡單、可視化的人機界面讓人一目了然，可以說這次改造是成功的。