變頻器在二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線中的應(yīng)用

一、背景

隨著世界各國反吸煙運(yùn)動(dòng)的興起和發(fā)展，以及消費(fèi)者對(duì)“吸煙與健康”問題的關(guān)注，生產(chǎn)對(duì)人體危害性較小的低焦油、低煙堿卷煙，是卷煙企業(yè)發(fā)展的必然趨勢。煙草行業(yè)推廣應(yīng)用的二氧化碳膨脹煙絲技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“卷煙降焦減害”的必要措施，是生產(chǎn)“中式卷煙”的必由之路。

寶雞卷煙廠為積極響應(yīng)國家煙草專賣局禁止使用氟里昂方法制造膨脹煙絲的號(hào)召，同時(shí)滿足企業(yè)生產(chǎn)低焦油卷煙的需求，在企業(yè)九五技改中提出一項(xiàng)重點(diǎn)項(xiàng)目----二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線項(xiàng)目。這是一條國產(chǎn)新模式的570Kg/h二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線，項(xiàng)目實(shí)施后可杜絕生產(chǎn)過程中排放的氟里昂物質(zhì)對(duì)臭氧層的破壞，保護(hù)了大氣環(huán)境。可年產(chǎn)200多噸優(yōu)質(zhì)膨脹煙絲，既滿足了企業(yè)生產(chǎn)卷煙對(duì)膨脹煙絲的需求，也可外賣部分產(chǎn)品。

二、面臨問題

二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線工藝流程復(fù)雜，系統(tǒng)設(shè)備計(jì)100多臺(tái)套，分布在上下三個(gè)平面層，控制點(diǎn)多且位置分散。若采用傳統(tǒng)控制系統(tǒng)，需敷設(shè)大量電纜，給設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和維護(hù)帶來很大麻煩。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)線開始使用現(xiàn)場總線技術(shù)。寶雞卷煙廠經(jīng)過反復(fù)比較， 決定在二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線電氣控制系統(tǒng)中采用羅克韋爾自動(dòng)化公司的網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)及產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化控制。

三、解決方案

新模式的570Kg/h二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線由秦皇島煙機(jī)公司自行開發(fā)設(shè)計(jì)、制造、安裝。控制系統(tǒng)解決方案采用羅克韋爾自動(dòng)化公司的ControlLogix控制系統(tǒng)^[1]，控制網(wǎng)ControlNet和設(shè)備網(wǎng)DeviceNet兩層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在控制系統(tǒng)中采用ControlLogix 5550處理器，配有1756-CNB控制網(wǎng)接口模塊，用于連接現(xiàn)場6個(gè)ControlLogix 5550 PLC。選用8個(gè)觸摸屏PanelView來進(jìn)行生產(chǎn)操作和參數(shù)調(diào)整，這些觸摸屏通過控制網(wǎng)與PLC連接。選用1784-KTCX個(gè)人計(jì)算機(jī)接口卡，使上位機(jī)通過控制網(wǎng)與PLC連接，上位機(jī)在生產(chǎn)過程中具有在線狀態(tài)監(jiān)視和故障診斷等功能。同時(shí)，配有1756-DNB設(shè)備網(wǎng)接口模塊，用于連接25個(gè)分散在現(xiàn)場的1794 FLEX I/O工作站和33個(gè)1336 PLUS II交流變頻器。

四、生產(chǎn)工藝流程

二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)工藝流程見圖1。原料（片煙）經(jīng)切片，回潮，儲(chǔ)存，切絲，定量稱重（含水20%的）煙絲后，周期性地送入浸漬器。經(jīng)浸漬器加工后的干冰煙絲通過松散器打散后，落入振動(dòng)柜。通過振動(dòng)柜振動(dòng)將干冰煙絲經(jīng)計(jì)量帶和進(jìn)料空氣鎖均勻送入升華器。在升華器中干冰煙絲與350℃左右工藝氣體（蒸汽、二氧化碳_、空氣）接觸時(shí)，浸入煙絲細(xì)胞中固體二氧化碳使煙絲體積迅速膨脹。膨脹后煙絲通過切向分離器與工藝氣體分離，工藝氣體經(jīng)除塵后被工藝風(fēng)機(jī)抽出，大部分送入燃燒爐加熱循環(huán)使用，少量的送入燃燒爐焚燒掉。被切向分離器分離出的膨脹煙絲通過出料空氣鎖進(jìn)入冷卻振動(dòng)輸送機(jī)，再經(jīng)過冷卻皮帶輸送機(jī)連續(xù)散熱降溫后，進(jìn)入滾筒式葉絲回潮機(jī)回潮加水后，得到成品膨脹煙絲，其含水率為13%。

圖1：生產(chǎn)工藝流程

五、控制系統(tǒng)概述

5.1控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

5.1.1控制系統(tǒng)自動(dòng)化與控制層ControlNet^[2]網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2：自動(dòng)化與控制層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

5.1.2設(shè)備層DeviceNet^[3]網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

圖3：進(jìn)料1段設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖4：進(jìn)料2段設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

圖5：出料段設(shè)備層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

5.2 1336 PLUSⅡ型變頻器與設(shè)備網(wǎng)連接圖

圖6：變頻器與設(shè)備網(wǎng)連接圖

5.3 1203-GK5通訊模板DIP開關(guān)設(shè)置^[4]

圖7：1203-GK5板DIP開關(guān)設(shè)置

DIP開關(guān)SW1出廠設(shè)置值為：

SW1-1=0，SW1-2=0，SW1-3=0，SW1-4=0，SW1-5=0，SW1-6=0，SW1-7=0，SW1-8=0。現(xiàn)場DIP開關(guān)SW1值就是采用出廠設(shè)置值。

DIP開關(guān)SW2出廠設(shè)置值為：

SW2-1=1,SW2-2=1,SW2-3=1,SW2-4=1,SW2-5=1, SW2-6=1,SW2-7=０，SW2-８=０。SW2-1～SW2-6設(shè)定設(shè)備網(wǎng)節(jié)點(diǎn)地址，出廠設(shè)置節(jié)點(diǎn)地址為111111_（2），63_（D），按SW2-6，SW2-5，SW2-4…SW2-1由大到小順序排列，節(jié)點(diǎn)地址范圍為0～63。具體節(jié)點(diǎn)地址可根據(jù)編程需要設(shè)定。SW2-6～SW2-7設(shè)定數(shù)據(jù)傳輸速率，出廠設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸速率為125K。我們就是采用出廠設(shè)置值，數(shù)據(jù)傳輸速率為125K。

5.4 PLC與變頻器I/O工作圖表

ControlLogix 5550 PLC與1336 PLUS Ⅱ變頻器I/O工作示意如圖8所示。

圖8：PLC與變頻器輸入輸出示意圖

5.5 變頻器的編程

1336 PLUS Ⅱ型變頻器采用數(shù)字編程方式精確控制電機(jī)運(yùn)行速度。變頻器可用人機(jī)接口模塊在本地編程，或通過串行口用PLC、SLC或用DriveTools、RSNetWorx for DeviceNet編程軟件進(jìn)行編程。1336 PLUS Ⅱ變頻器有一套豐富的參數(shù)，這300多個(gè)參數(shù)被分成16個(gè)組，大大方便用戶編程。在參數(shù)分類中用功能參數(shù)組代替順序號(hào)參數(shù)表，可以提高編程效率，減少操作時(shí)間。且控制輸入端和輸出端都可以編程，幾乎可以滿足任何生產(chǎn)過程需要。

我們使用的1336 PLUS Ⅱ變頻器TB1端子是A4型結(jié)構(gòu)，其接線如圖9所示。

圖9：TB1端子接線圖

1336 PLUS Ⅱ 變頻器TB3控制接口模板選件通過使不同的觸點(diǎn)閉合，提供了把多種信號(hào)和指令輸入到1336 PLUS Ⅱ 變頻器里。有六種型號(hào)的選件供用戶選用，我們選用L5型端子板，+24V交流/直流接口模板，其接線如圖10所示。

圖10：TB3端子接線圖

變頻器的速度指令可以從不同的基準(zhǔn)源獲得。這些基準(zhǔn)源是由變頻器的編程程序和TB3上速度選擇輸入的組態(tài)決定。組態(tài)軟件程序可校驗(yàn)編程的選項(xiàng)，保證選定的輸入是有效組合。我們采用使TB3端子上26號(hào)（速度選擇3）、27號(hào)（速度選擇2）、28號(hào)（速度選擇1）所有速度選擇輸入斷開(如圖10所示)，則變頻器將按照本地人機(jī)接口模板所選定的編程參數(shù)[頻率選擇1]運(yùn)行。

六、使用效果

二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線經(jīng)過兩年多時(shí)間的運(yùn)行，所生產(chǎn)的膨脹煙絲在寶雞卷煙廠的“好貓、猴王、金絲猴”三大系列產(chǎn)品的大多數(shù)牌號(hào)中，都進(jìn)行了不同比例地?fù)絻叮黾恿藷煔獾娜岷托裕碳ば詼p小，受到市場歡迎。同時(shí)降低了焦油、煙堿等有害物質(zhì)含量，也使庫存陜西煙葉得到了充分使用，有力地配合了國家煙草專賣局“降焦減害”工程。

七、應(yīng)用體會(huì)

傳統(tǒng)的PLC實(shí)行集中控制，所有的電纜都必須連接至PLC控制柜，布線和接線相當(dāng)繁瑣。羅克韋爾自動(dòng)化開放性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方便、結(jié)構(gòu)靈活、安裝簡便，省去了大量的電氣控制柜間的互聯(lián)線，使用標(biāo)準(zhǔn)通訊電纜和連接器，從而減少了安裝費(fèi)用。編程軟件和組態(tài)軟件具有在線故障診斷功能，使調(diào)試和維護(hù)更方便。寶雞卷煙廠二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線運(yùn)行兩年多來實(shí)際結(jié)果表明：羅克韋爾自動(dòng)化現(xiàn)場總線產(chǎn)品的應(yīng)用在產(chǎn)品質(zhì)量、安全生產(chǎn)、節(jié)能降耗等方面發(fā)揮了重要作用，控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠，網(wǎng)絡(luò)和電氣設(shè)備可維護(hù)性較強(qiáng)，車間33臺(tái)1336 PLUS Ⅱ系列變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)正常,極大地提高了設(shè)備的有效作業(yè)率。

二氧化碳膨脹煙絲生產(chǎn)線的投產(chǎn)，增強(qiáng)了寶雞卷煙廠的卷煙市場競爭能力，為企業(yè)新品開發(fā)和老品改造提供了有利條件，為擴(kuò)大生產(chǎn)中高檔卷煙奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，直接經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益實(shí)現(xiàn)雙贏，保證了企業(yè)持續(xù)、穩(wěn)步、健康地發(fā)展。

八、意見和建議

1336 PLUSⅡ系列變頻器被廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)的生產(chǎn)過程，遺憾的是1336 PLUSⅡ變頻器和人機(jī)接口模塊僅有德語、意大利語、法語、西班牙語、日語和英語顯示編程、運(yùn)行和診斷信息。在中國境內(nèi)被廣泛使用，卻沒有漢語顯示編程、運(yùn)行和診斷信息，隨機(jī)附帶的用戶手冊(cè)也是英文版，使用戶操作變頻器深感不便，增加了維護(hù)難度，影響工作效率，使變頻器性能沒有得到很好的發(fā)揮。