干白粉定量包裝秤中變頻調(diào)速技術(shù)應(yīng)用
1、引言
白粉是一種粉末狀化工產(chǎn)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(tǒng)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(tài)均處于停止位。進入自動運行狀態(tài)時，當(dāng)物料重量達(dá)到大給料設(shè)定值時停止大給料電機并繼續(xù)保持小給料電機運轉(zhuǎn)，當(dāng)物料重量達(dá)到最終設(shè)定值時，關(guān)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(tài)精度很難穩(wěn)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(shù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)組成
干白粉定量包裝秤為毛重式稱量方式，結(jié)構(gòu)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(shù)指標(biāo)及參數(shù)
(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(jù)電機類別和螺旋給料機的生產(chǎn)效率和驅(qū)動功率外，還應(yīng)以實際電機電流作為選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)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(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電機供電與用工頻電網(wǎng)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(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)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(shù)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(qū)動控制技術(shù)，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(fā)揮電機的輸出轉(zhuǎn)矩，完全適用于干白粉的定量包裝控制技術(shù)要求。
5、變頻調(diào)速的硬件構(gòu)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(nèi)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(qū)動IF-4.0K變頻器的調(diào)速輸入端FR(1速)2DF(2速)。動力電源線AC380V通過空氣開關(guān)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(shè)交流接觸器，否則在變頻器運轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)參數(shù)通過稱重顯示控制器設(shè)置，可設(shè)置提前量、最終定量值、延時時間等參數(shù)。螺旋給料機給料速度、過流過壓保護等參數(shù)通過變頻器操作面板可方便地調(diào)整。
6、變頻器的控制參數(shù)
變頻器的功能參數(shù)有基本運轉(zhuǎn)功能、加減速設(shè)定功能、運轉(zhuǎn)頻率設(shè)定功能、保護設(shè)定功能、其它調(diào)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(shù)設(shè)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(shè)備在電磁環(huán)境中良好的工作能力，并且不能產(chǎn)生在此環(huán)境中工作的其它設(shè)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(yè)環(huán)境中，好的安裝可確保變頻器和定量包裝控制系統(tǒng)安全和無故障運行。
(1) 確?？刂乒裰械脑O(shè)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(shè)備要與其共地，同樣也要使用短和粗的導(dǎo)線接地，最好采用在高頻時阻抗較低的扁平導(dǎo)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(dǎo)，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(dǎo)約為每相導(dǎo)線芯電導(dǎo)的10%。
(4) 控制電纜使用屏蔽電纜。控制電纜的屏蔽層應(yīng)直接在變頻器的內(nèi)部接
地，另一側(cè)通過高頻小電容接地。當(dāng)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(shù)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(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們垂直交叉走線。
(6) 設(shè)計控制柜時要注意EMC的區(qū)域原則，把不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中。每個區(qū)域?qū)υ肼暤陌l(fā)射和抗擾度有不同的要求，區(qū)域在空間上用金屬殼或在柜體內(nèi)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(wěn)，給料均勻，升降速平滑，無機械沖擊，對動態(tài)稱重數(shù)據(jù)影響很小。主要表現(xiàn)在以下方面：
(1) 變頻給料裝置精度高，系統(tǒng)保護功能完善。參數(shù)的優(yōu)化可通過人機界面設(shè)置修改，且發(fā)生故障后可直接將自診斷的結(jié)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(zhuǎn)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(shè)備，減少了設(shè)備的磨損。正常使用時，由于電動機轉(zhuǎn)速一般都降至額定轉(zhuǎn)速以下，設(shè)備的磨損大大減少。
(3) 可靠的保護措施。變頻器通過自身設(shè)置的參數(shù)很容易實現(xiàn)過流、過壓、欠壓等保護措施。
(4) 控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,電機經(jīng)濟運行,節(jié)能效果明顯。
9、結(jié)束語
采用變頻器后的干白粉定量包裝秤運行平穩(wěn)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(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計的要求，受到了用戶的好評，并帶來了良好的經(jīng)濟效益。
白粉是一種粉末狀化工產(chǎn)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(tǒng)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(tài)均處于停止位。進入自動運行狀態(tài)時，當(dāng)物料重量達(dá)到大給料設(shè)定值時停止大給料電機并繼續(xù)保持小給料電機運轉(zhuǎn)，當(dāng)物料重量達(dá)到最終設(shè)定值時，關(guān)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(tài)精度很難穩(wěn)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(shù)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(chǎn)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(jié)構(gòu)組成
干白粉定量包裝秤為毛重式稱量方式，結(jié)構(gòu)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(shù)指標(biāo)及參數(shù)
(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(jù)電機類別和螺旋給料機的生產(chǎn)效率和驅(qū)動功率外，還應(yīng)以實際電機電流作為選擇的依據(jù)，電機的額定功率只能作為參考。另外，應(yīng)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(shù)和效率變壞。因此，用變頻器給電機供電與用工頻電網(wǎng)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(yīng)考慮到這種情況，適當(dāng)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(shù)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(qū)動控制技術(shù)，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(fā)揮電機的輸出轉(zhuǎn)矩，完全適用于干白粉的定量包裝控制技術(shù)要求。
5、變頻調(diào)速的硬件構(gòu)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(nèi)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(qū)動IF-4.0K變頻器的調(diào)速輸入端FR(1速)2DF(2速)。動力電源線AC380V通過空氣開關(guān)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(shè)交流接觸器，否則在變頻器運轉(zhuǎn)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(shù)據(jù)參數(shù)通過稱重顯示控制器設(shè)置，可設(shè)置提前量、最終定量值、延時時間等參數(shù)。螺旋給料機給料速度、過流過壓保護等參數(shù)通過變頻器操作面板可方便地調(diào)整。
6、變頻器的控制參數(shù)
變頻器的功能參數(shù)有基本運轉(zhuǎn)功能、加減速設(shè)定功能、運轉(zhuǎn)頻率設(shè)定功能、保護設(shè)定功能、其它調(diào)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(shù)設(shè)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(shè)備在電磁環(huán)境中良好的工作能力，并且不能產(chǎn)生在此環(huán)境中工作的其它設(shè)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(yè)環(huán)境中，好的安裝可確保變頻器和定量包裝控制系統(tǒng)安全和無故障運行。
(1) 確?？刂乒裰械脑O(shè)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(shè)備要與其共地，同樣也要使用短和粗的導(dǎo)線接地，最好采用在高頻時阻抗較低的扁平導(dǎo)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(dǎo)，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(dǎo)約為每相導(dǎo)線芯電導(dǎo)的10%。
(4) 控制電纜使用屏蔽電纜。控制電纜的屏蔽層應(yīng)直接在變頻器的內(nèi)部接
地，另一側(cè)通過高頻小電容接地。當(dāng)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(shù)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(chǎn)生的電磁干擾。如果控制電纜和電源電纜交叉，應(yīng)盡可能使它們垂直交叉走線。
(6) 設(shè)計控制柜時要注意EMC的區(qū)域原則，把不同的設(shè)備規(guī)劃在不同的區(qū)域中。每個區(qū)域?qū)υ肼暤陌l(fā)射和抗擾度有不同的要求，區(qū)域在空間上用金屬殼或在柜體內(nèi)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(wěn)，給料均勻，升降速平滑，無機械沖擊，對動態(tài)稱重數(shù)據(jù)影響很小。主要表現(xiàn)在以下方面：
(1) 變頻給料裝置精度高，系統(tǒng)保護功能完善。參數(shù)的優(yōu)化可通過人機界面設(shè)置修改，且發(fā)生故障后可直接將自診斷的結(jié)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(zhuǎn)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(shè)備，減少了設(shè)備的磨損。正常使用時，由于電動機轉(zhuǎn)速一般都降至額定轉(zhuǎn)速以下，設(shè)備的磨損大大減少。
(3) 可靠的保護措施。變頻器通過自身設(shè)置的參數(shù)很容易實現(xiàn)過流、過壓、欠壓等保護措施。
(4) 控制系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,電機經(jīng)濟運行,節(jié)能效果明顯。
9、結(jié)束語
采用變頻器后的干白粉定量包裝秤運行平穩(wěn)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(dá)到了系統(tǒng)設(shè)計的要求，受到了用戶的好評，并帶來了良好的經(jīng)濟效益。
