干白粉定量包裝秤中變頻調速技術應用
1、引言
白粉是一種粉末狀化工產品，過去用于成品包裝的干白粉定量包裝秤給料裝置，大多采用電機拖動的雙螺旋給料機。為保證控制系統精度和速度，雙螺旋給料機共有大、小兩級螺旋給料，初始狀態均處于停止位。進入自動運行狀態時，當物料重量達到大給料設定值時停止大給料電機并繼續保持小給料電機運轉，當物料重量達到最終設定值時，關閉小給料電機。由于干白粉的流動性和螺旋給料機的機械慣性，再加上物料輸送的不均勻，定量包裝秤的動態精度很難穩定控制。基于上述問題，我們采用變頻器對干白粉定量包裝秤的給料裝置進行了技術改造，將雙螺旋給料機形式改為單螺旋給料機形式，即降低了生產成本，又提高了干白粉定量包裝秤的性能。
2、干白粉定量包裝秤的結構組成
干白粉定量包裝秤為毛重式稱量方式，結構組成如圖1所示：主要由儲料倉、螺旋給料機、截料裝置、稱重夾袋裝置、氣動部分以及電氣控制柜組成。
3、主要技術指標及參數
(1) 定量包裝秤的描述
4 變頻器的選用
選擇變頻器時，除了根據電機類別和螺旋給料機的生產效率和驅動功率外，還應以實際電機電流作為選擇的依據，電機的額定功率只能作為參考。另外，應充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次偕波，會使電機的功率因數和效率變壞。因此，用變頻器給電機供電與用工頻電網供電相比較，電機的電流會增加10%而溫升會增加20%。所以在選擇電機和變頻器時，應考慮到這種情況，適當留有余量，以防止溫升過高，影響螺旋給料機的使用壽命。
在進行了技術比較后我們選用了SANKEN公司IF-4.0K變頻器，該變頻器采用了先進的驅動控制技術，是一種低噪音高性能的變頻器，具有最佳控制電壓和電流矢量，可以最大限度地發揮電機的輸出轉矩，完全適用于干白粉的定量包裝控制技術要求。
5、變頻調速的硬件構成
電氣原理圖如圖2所示，核心部件為IF-4.0K變頻器和XK3210稱重顯示控制器。XK3210稱重顯示控制器內置簡易PLC，通過簡單的二次編程，可完成定量包裝秤的基本控制功能，適用于凈重式和毛重式等定量包裝秤，其輸出OUT1(大給料)和OUT2(小給料)為無電壓繼電器輸出信號，可直接驅動IF-4.0K變頻器的調速輸入端FR(1速)2DF(2速)。動力電源線AC380V通過空氣開關Q1接至變頻器R、S、T端子，螺旋輸送機電機接至變頻器U、V、W端子。原則上不要在變頻器和電機之間裝設交流接觸器，否則在變頻器運轉中，接觸器啟停引起的過大電流易損壞變頻器。
其中，定量稱重數據參數通過稱重顯示控制器設置，可設置提前量、最終定量值、延時時間等參數。螺旋給料機給料速度、過流過壓保護等參數通過變頻器操作面板可方便地調整。
6、變頻器的控制參數
變頻器的功能參數有基本運轉功能、加減速設定功能、運轉頻率設定功能、保護設定功能、其它調整功能、多功能端子選擇功能、無速度傳感器選擇功能、任選件功能等，部分參數設置如附表所示。
7、減小EMC影響的主要措施
EMC即“電磁兼容性”，它主要是指電氣設備在電磁環境中良好的工作能力，并且不能產生在此環境中工作的其它設備所不能接受的電磁干擾。變頻器通常運行在一個可能存在較高的電磁干擾(EMI)工業環境中，好的安裝可確保變頻器和定量包裝控制系統安全和無故障運行。
(1) 確?？刂乒裰械脑O備接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何控制設備要與其共地，同樣也要使用短和粗的導線接地，最好采用在高頻時阻抗較低的扁平導體。
(2) 安裝變頻器時，安裝板使用無漆鍍鋅鋼板，以確保變頻器的散熱器和安裝板之間有良好的電氣連接。
(3) 為有效的抑制電磁波的輻射和傳導，減少對稱重顯示控制器的影響，變頻器的電機電纜采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導約為每相導線芯電導的10%。
(4) 控制電纜使用屏蔽電纜。控制電纜的屏蔽層應直接在變頻器的內部接
地，另一側通過高頻小電容接地。當屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號線和它的返回線絞合在一起，能減小感性耦合引起的干擾，絞合越靠近端子越好。模擬信號的傳輸線使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號線獨立走線，有各自的屏蔽層，以減少線間的耦合。數字信號線使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。
(5) 電機電纜獨立于其它電纜走線，同時避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應盡可能使它們垂直交叉走線。
(6) 設計控制柜時要注意EMC的區域原則，把不同的設備規劃在不同的區域中。每個區域對噪聲的發射和抗擾度有不同的要求，區域在空間上用金屬殼或在柜體內用接地隔板隔離。
8、變頻器的使用效果
采用變頻器后，干白粉定量包裝秤的螺旋給料機運行平穩，給料均勻，升降速平滑，無機械沖擊，對動態稱重數據影響很小。主要表現在以下方面：
(1) 變頻給料裝置精度高，系統保護功能完善。參數的優化可通過人機界面設置修改，且發生故障后可直接將自診斷的結果顯示在人機界面上，縮短了檢修時間，大大提高了工作效率。
(2) 延長了電動機的使用壽命。由于電動機的啟停電流為額定電流的5~7倍，沖擊轉矩很大，影響電機的使用壽命。變頻啟動是一種軟啟動方式，可避免對電機的機械沖擊，且保護了設備，減少了設備的磨損。正常使用時，由于電動機轉速一般都降至額定轉速以下，設備的磨損大大減少。
(3) 可靠的保護措施。變頻器通過自身設置的參數很容易實現過流、過壓、欠壓等保護措施。
(4) 控制系統穩定可靠,電機經濟運行,節能效果明顯。
9、結束語
采用變頻器后的干白粉定量包裝秤運行平穩可靠，定量控制精度高，自投入使用以來取得了良好的效果，操作維修簡單方便，降低了維護費用，達到了系統設計的要求，受到了用戶的好評，并帶來了良好的經濟效益。
白粉是一種粉末狀化工產品，過去用于成品包裝的干白粉定量包裝秤給料裝置，大多采用電機拖動的雙螺旋給料機。為保證控制系統精度和速度，雙螺旋給料機共有大、小兩級螺旋給料，初始狀態均處于停止位。進入自動運行狀態時，當物料重量達到大給料設定值時停止大給料電機并繼續保持小給料電機運轉，當物料重量達到最終設定值時，關閉小給料電機。由于干白粉的流動性和螺旋給料機的機械慣性，再加上物料輸送的不均勻，定量包裝秤的動態精度很難穩定控制。基于上述問題，我們采用變頻器對干白粉定量包裝秤的給料裝置進行了技術改造，將雙螺旋給料機形式改為單螺旋給料機形式，即降低了生產成本，又提高了干白粉定量包裝秤的性能。
2、干白粉定量包裝秤的結構組成
干白粉定量包裝秤為毛重式稱量方式，結構組成如圖1所示：主要由儲料倉、螺旋給料機、截料裝置、稱重夾袋裝置、氣動部分以及電氣控制柜組成。
3、主要技術指標及參數
(1) 定量包裝秤的描述
4 變頻器的選用
選擇變頻器時，除了根據電機類別和螺旋給料機的生產效率和驅動功率外，還應以實際電機電流作為選擇的依據，電機的額定功率只能作為參考。另外，應充分考慮變頻器的輸出含有豐富的高次偕波，會使電機的功率因數和效率變壞。因此，用變頻器給電機供電與用工頻電網供電相比較，電機的電流會增加10%而溫升會增加20%。所以在選擇電機和變頻器時，應考慮到這種情況，適當留有余量，以防止溫升過高，影響螺旋給料機的使用壽命。
在進行了技術比較后我們選用了SANKEN公司IF-4.0K變頻器，該變頻器采用了先進的驅動控制技術，是一種低噪音高性能的變頻器，具有最佳控制電壓和電流矢量，可以最大限度地發揮電機的輸出轉矩，完全適用于干白粉的定量包裝控制技術要求。
5、變頻調速的硬件構成
電氣原理圖如圖2所示，核心部件為IF-4.0K變頻器和XK3210稱重顯示控制器。XK3210稱重顯示控制器內置簡易PLC，通過簡單的二次編程，可完成定量包裝秤的基本控制功能，適用于凈重式和毛重式等定量包裝秤，其輸出OUT1(大給料)和OUT2(小給料)為無電壓繼電器輸出信號，可直接驅動IF-4.0K變頻器的調速輸入端FR(1速)2DF(2速)。動力電源線AC380V通過空氣開關Q1接至變頻器R、S、T端子，螺旋輸送機電機接至變頻器U、V、W端子。原則上不要在變頻器和電機之間裝設交流接觸器，否則在變頻器運轉中，接觸器啟停引起的過大電流易損壞變頻器。
其中，定量稱重數據參數通過稱重顯示控制器設置，可設置提前量、最終定量值、延時時間等參數。螺旋給料機給料速度、過流過壓保護等參數通過變頻器操作面板可方便地調整。
6、變頻器的控制參數
變頻器的功能參數有基本運轉功能、加減速設定功能、運轉頻率設定功能、保護設定功能、其它調整功能、多功能端子選擇功能、無速度傳感器選擇功能、任選件功能等，部分參數設置如附表所示。
7、減小EMC影響的主要措施
EMC即“電磁兼容性”，它主要是指電氣設備在電磁環境中良好的工作能力，并且不能產生在此環境中工作的其它設備所不能接受的電磁干擾。變頻器通常運行在一個可能存在較高的電磁干擾(EMI)工業環境中，好的安裝可確保變頻器和定量包裝控制系統安全和無故障運行。
(1) 確?？刂乒裰械脑O備接地良好，使用短和粗的接地線連接到公共接地點或接地母排上。特別重要的是，連接到變頻器的任何控制設備要與其共地，同樣也要使用短和粗的導線接地，最好采用在高頻時阻抗較低的扁平導體。
(2) 安裝變頻器時，安裝板使用無漆鍍鋅鋼板，以確保變頻器的散熱器和安裝板之間有良好的電氣連接。
(3) 為有效的抑制電磁波的輻射和傳導，減少對稱重顯示控制器的影響，變頻器的電機電纜采用屏蔽電纜，屏蔽層的電導約為每相導線芯電導的10%。
(4) 控制電纜使用屏蔽電纜。控制電纜的屏蔽層應直接在變頻器的內部接
地，另一側通過高頻小電容接地。當屏蔽層兩端的差模電壓不高和連接到同一地線上時，也可以將屏蔽層的兩端直接接地。信號線和它的返回線絞合在一起，能減小感性耦合引起的干擾，絞合越靠近端子越好。模擬信號的傳輸線使用雙屏蔽的雙絞線。不同的模擬信號線獨立走線，有各自的屏蔽層，以減少線間的耦合。數字信號線使用雙屏蔽的雙絞線，也可以使用單屏蔽的雙絞線。
(5) 電機電纜獨立于其它電纜走線，同時避免電機電纜與其它電纜長距離平行走線，這樣才能減少變頻器輸出電壓快速變化而產生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應盡可能使它們垂直交叉走線。
(6) 設計控制柜時要注意EMC的區域原則，把不同的設備規劃在不同的區域中。每個區域對噪聲的發射和抗擾度有不同的要求，區域在空間上用金屬殼或在柜體內用接地隔板隔離。
8、變頻器的使用效果
采用變頻器后，干白粉定量包裝秤的螺旋給料機運行平穩，給料均勻，升降速平滑，無機械沖擊，對動態稱重數據影響很小。主要表現在以下方面：
(1) 變頻給料裝置精度高，系統保護功能完善。參數的優化可通過人機界面設置修改，且發生故障后可直接將自診斷的結果顯示在人機界面上，縮短了檢修時間，大大提高了工作效率。
(2) 延長了電動機的使用壽命。由于電動機的啟停電流為額定電流的5~7倍，沖擊轉矩很大，影響電機的使用壽命。變頻啟動是一種軟啟動方式，可避免對電機的機械沖擊，且保護了設備，減少了設備的磨損。正常使用時，由于電動機轉速一般都降至額定轉速以下，設備的磨損大大減少。
(3) 可靠的保護措施。變頻器通過自身設置的參數很容易實現過流、過壓、欠壓等保護措施。
(4) 控制系統穩定可靠,電機經濟運行,節能效果明顯。
9、結束語
采用變頻器后的干白粉定量包裝秤運行平穩可靠，定量控制精度高，自投入使用以來取得了良好的效果，操作維修簡單方便，降低了維護費用，達到了系統設計的要求，受到了用戶的好評，并帶來了良好的經濟效益。
