卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)的改造與應(yīng)用

黃深海, 周奇峰, 馬 臣, 張振峰, 袁國(guó)安

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卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)的改造與應(yīng)用

黃深海1, 周奇峰2, 馬 臣3, 張振峰4, 袁國(guó)安4

(1. 貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 銅仁卷煙廠 設(shè)備技術(shù)信息科, 貴州 銅仁, 554300; 2. 山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 濟(jì)南卷煙廠, 山東 濟(jì)南, 250104; 3. 山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司 青島卷煙廠, 山東 青島, 266101; 4. 衡陽(yáng)三力高科技開(kāi)發(fā)公司, 湖南 衡陽(yáng), 421001)

對(duì)集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)將風(fēng)力合理分配到每臺(tái)卷接機(jī)組, 并根據(jù)其自身狀態(tài)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力自動(dòng)平衡進(jìn)行了研究. 采用PLC和PROFIBUS-DP現(xiàn)場(chǎng)總線控制技術(shù), 構(gòu)建工藝風(fēng)力自動(dòng)平衡控制系統(tǒng), 確保卷接機(jī)組所需工藝風(fēng)力連續(xù)、有效、穩(wěn)定的供給. 以貴州省某卷煙廠卷包A車(chē)間4組卷接機(jī)組構(gòu)建的集中工藝風(fēng)力與除塵系統(tǒng)平衡控制技術(shù)的應(yīng)用為例, 探討了其集中工藝風(fēng)力平衡經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng)的構(gòu)成和應(yīng)用效果. 通過(guò)與其它平衡控制模式的比較, 得出風(fēng)力平衡經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng)具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值.

卷接機(jī)組; 工藝風(fēng)力; 風(fēng)力平衡; PLC; PROFIBUS-DP

卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)早在上世紀(jì)90年代初開(kāi)始研究, 并陸續(xù)在卷煙廠得到應(yīng)用[1—3], 但隨著卷煙廠卷接設(shè)備的不斷更新, 對(duì)集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定性及可靠性的要求越來(lái)越高[4—5], 加之電子技術(shù)的飛速發(fā)展, 其控制技術(shù)也在不斷更新與完善[6—7]. 中、小卷煙廠卷接設(shè)備更新較慢, 自動(dòng)化程度相對(duì)較低, 但卷煙工藝對(duì)風(fēng)力系統(tǒng)的要求同樣需要穩(wěn)定可靠. 因此, 必須研究一種經(jīng)濟(jì)型控制方案, 滿(mǎn)足卷煙工藝風(fēng)力的需要, 實(shí)現(xiàn)中、小卷煙廠卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)的穩(wěn)定與可靠.

1 系統(tǒng)的構(gòu)成與風(fēng)力平衡原理

1.1 系統(tǒng)構(gòu)成

卷包A車(chē)間共有PASSIM7000卷接機(jī)組4套, 拆除了PASSIM卷接機(jī)組自帶的高壓風(fēng)機(jī), 建立了1套卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力與除塵系統(tǒng)(系統(tǒng)代號(hào)FC1).

FC1工藝風(fēng)力系統(tǒng)如圖1所示, 系統(tǒng)由1臺(tái)大風(fēng)機(jī)、1臺(tái)除塵器、1個(gè)消聲器、除塵管網(wǎng)、風(fēng)力平衡閥(M1、M2、M3、M4)和電控系統(tǒng)組成. FC1工藝風(fēng)力系統(tǒng)為4臺(tái)卷接機(jī)組提供工藝風(fēng)力, 在每臺(tái)接嘴機(jī)除塵支管道裝有風(fēng)力平衡閥, 在除塵系統(tǒng)主管道上安裝1個(gè)壓力傳感器.

圖1 FC1集中工藝風(fēng)力系統(tǒng)

1.2 控制系統(tǒng)構(gòu)成

選用SIEMENS品牌PLC作為控制器, 觸摸屏作為系統(tǒng)的人機(jī)界面, 現(xiàn)場(chǎng)采用分布式I/O站與PLC構(gòu)建PROFIBUS-DP分布式控制系統(tǒng), 風(fēng)機(jī)調(diào)速采用變頻器, 除塵主管道上安裝壓力傳感器, 接嘴機(jī)除塵支管上安裝氣動(dòng)碟閥用于動(dòng)態(tài)平衡. 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示.

1.3 風(fēng)力平衡原理

卷接機(jī)組在待機(jī)和跑條的時(shí)候, 接嘴機(jī)鼓輪上沒(méi)有煙支遮蓋, 在沒(méi)有風(fēng)力平衡措施的情況下, 該支路進(jìn)風(fēng)量急劇增加, 引起系統(tǒng)風(fēng)壓下降, 導(dǎo)致系統(tǒng)和其它卷煙機(jī)的壓力波動(dòng). 采用系統(tǒng)總管恒壓控制和接嘴機(jī)風(fēng)力平衡閥措施, 組建風(fēng)力平衡經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng), 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)和卷接機(jī)組風(fēng)力自動(dòng)平衡和動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié), 滿(mǎn)足卷接機(jī)組工藝風(fēng)力壓力穩(wěn)定的需要.

系統(tǒng)恒壓控制措施. FC1工藝風(fēng)力系統(tǒng)為4臺(tái)卷接機(jī)組提供工藝風(fēng)力, 由于每臺(tái)卷接機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中風(fēng)量會(huì)小幅波動(dòng), 特別是在有卷接機(jī)組跑條時(shí), 風(fēng)量的變化會(huì)引起系統(tǒng)壓力波動(dòng), 為確保FC1系統(tǒng)風(fēng)力壓力穩(wěn)定, 采用了恒壓控制措施.

接嘴機(jī)風(fēng)力平衡閥. 每臺(tái)卷接機(jī)組的接嘴機(jī)上安裝風(fēng)力平衡閥, 從卷接機(jī)組上提取風(fēng)機(jī)信號(hào)、烙鐵信號(hào)、檢修試機(jī)信號(hào)進(jìn)入分布式I/O站ET200S, 通過(guò)PLC和PROFIBUS-DP分布式I/O建立接嘴機(jī)風(fēng)力平衡閥動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié), 確保卷接機(jī)組不管在待機(jī)、生產(chǎn)和跑條的狀態(tài)下, 每臺(tái)卷接機(jī)組進(jìn)入的風(fēng)量基本穩(wěn)定, 實(shí)現(xiàn)卷接機(jī)組工藝風(fēng)壓力穩(wěn)定.

2 改造內(nèi)容

2.1 控制系統(tǒng)器件選型

① 控制器為SIEMENS品牌PLC S7-300, 型號(hào)為CPU315-2DP, 帶PROFIBUS-DP總線接口;

② 配置1臺(tái)MP377觸摸屏, 安裝在除塵房控制室PLC柜上, 用于系統(tǒng)工藝流程監(jiān)控;

③ 分布式I/O站采用ET200S, 配置適當(dāng)?shù)腎/O模塊, 2個(gè)I/O站分別安裝卷包車(chē)間和除塵房;

④ 配置1臺(tái)DANFOSS VLT5100系列IP20防護(hù)等級(jí)的變頻器, 安裝在控制柜內(nèi), 配置DP通訊卡, 通過(guò)PROFIBUS-DP總線調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速;

⑤ 配置E+H品牌PMC131系列的壓力傳感器;

⑥ 配置EBRO品牌EB5系列氣動(dòng)蝶閥.

2.2 動(dòng)態(tài)平衡的實(shí)現(xiàn)

恒壓控制. 利用PLC控制器、變頻器、主管道壓力傳感器及風(fēng)機(jī)構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng), PLC控制器將系統(tǒng)風(fēng)壓的檢測(cè)值與設(shè)定值進(jìn)行比較, 根據(jù)偏差的大小, 由控制器的PI算法自動(dòng)輸出信號(hào)到變頻器, 調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主管道壓力恒壓的控制目的.

接嘴機(jī)風(fēng)力平衡. 從卷接機(jī)組上提取原風(fēng)機(jī)、烙鐵和檢修信號(hào), 當(dāng)接嘴機(jī)風(fēng)機(jī)信號(hào)為ON時(shí), 接嘴機(jī)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài), 控制風(fēng)力平衡閥開(kāi)啟到小開(kāi)度(約1/3), 為了便于水松紙和濾棒的吸附, 接嘴機(jī)到位負(fù)壓要大于3 000 Pa的風(fēng)壓; 當(dāng)接嘴機(jī)風(fēng)機(jī)信號(hào)為ON并且烙鐵信號(hào)也為ON時(shí), 開(kāi)啟風(fēng)力平衡閥至全開(kāi), 接嘴機(jī)到位負(fù)壓要大于9 000 Pa的風(fēng)壓; 卷接機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中跑條, 此時(shí)接嘴機(jī)上的風(fēng)量是正常生產(chǎn)時(shí)的幾倍, 為了減少對(duì)整個(gè)系統(tǒng)風(fēng)力的沖擊(風(fēng)量增大, 壓力降低), 此時(shí)烙鐵信號(hào)為OFF時(shí)(盡管接嘴機(jī)風(fēng)機(jī)信號(hào)為ON), 風(fēng)力平衡閥應(yīng)自動(dòng)關(guān)小(約1/3); 當(dāng)接嘴機(jī)處于停機(jī)狀態(tài), 接嘴機(jī)風(fēng)機(jī)信號(hào)為OFF時(shí)則風(fēng)力平衡閥自動(dòng)關(guān)閉; 接嘴機(jī)檢修需要試風(fēng)時(shí), 則必須接嘴機(jī)檢修試機(jī)為ON, 并且接嘴機(jī)風(fēng)機(jī)信號(hào)為ON, 此時(shí)風(fēng)力平衡閥自動(dòng)全開(kāi).

每臺(tái)卷接機(jī)組的風(fēng)力平衡閥根據(jù)機(jī)組狀態(tài)實(shí)現(xiàn)風(fēng)力自動(dòng)平衡控制, 確保每臺(tái)卷接機(jī)組進(jìn)入的風(fēng)量基本穩(wěn)定, 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)風(fēng)力風(fēng)量基本穩(wěn)定, 這是保證系統(tǒng)壓力恒定的基本前提.

2.3 控制系統(tǒng)程序

PLC程序. 控制系統(tǒng)PLC程序設(shè)計(jì)是基于西門(mén)子的STEP7 V5.5軟件平臺(tái), 該平臺(tái)提供了性能卓越、高效便利的開(kāi)發(fā)環(huán)境. 在STEP7的環(huán)境下, PLC程序設(shè)計(jì)的主要步驟有: ① 根據(jù)控制器類(lèi)型創(chuàng)建工程; ② 硬件組態(tài): 在導(dǎo)軌上依次配置各個(gè)模塊、分配模板I/O地址、配置PROFIBUS-DP總線和參數(shù)設(shè)置及配置各ET200S I/O站內(nèi)的模板并分配I/O地址; ③ 編譯成功并下載到CPU315-2DP控制器中; ④ 以梯形圖編程方式創(chuàng)建程序塊, 包含組織塊OB1、OB82、OB85、OB86、OB87、OB121等, 功能塊(子程序)FC10、FC11、FC13、FC20, 數(shù)據(jù)塊DB1、DB2、DB5、DB10、DB11、DB12、DB13、DB20等; ⑤ 建立現(xiàn)場(chǎng)總線PROFIBUS-DP專(zhuān)用數(shù)據(jù)塊DB101和DB102, 建立報(bào)警信息數(shù)據(jù)塊DB100; ⑥將程序塊及數(shù)據(jù)塊下載到CPU315-2DP控制器中, 將PLC控制器置于運(yùn)行狀態(tài).

監(jiān)控軟件設(shè)計(jì). 觸摸屏MP377上的監(jiān)控系統(tǒng)基于西門(mén)子公司組態(tài)軟件winccflexible2007開(kāi)發(fā)而成. 該MP377支持工業(yè)以太網(wǎng)TCP/IP協(xié)議、PROFIBUS-DP及MPI方式與S7-300通信, 在STEP7對(duì)PLC完成硬件組態(tài)和I/O地址定義及創(chuàng)建數(shù)據(jù)塊的基礎(chǔ)上, 在winccflexible編輯模式下, 通過(guò)對(duì)變量、通道和節(jié)點(diǎn)參數(shù)的定義(指定地址), 就可以與PLC控制器之間建立網(wǎng)絡(luò)連接, 使MP377能夠訪問(wèn)PLC控制器的各種資源, 實(shí)現(xiàn)整個(gè)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換, 達(dá)到全數(shù)字化監(jiān)控的目的. 工藝風(fēng)力平衡控制系統(tǒng)界面見(jiàn)圖3.

圖3 系統(tǒng)監(jiān)控界面

為了保障監(jiān)控系統(tǒng)安全運(yùn)行, 系統(tǒng)設(shè)置用戶(hù)登錄窗口, 涉及系統(tǒng)啟動(dòng)/停止、控制方式以及參數(shù)設(shè)定等操作, 根據(jù)不同操作人員分別建立用戶(hù)帳號(hào)和口令, 以限制非法用戶(hù)的使用. 在運(yùn)行過(guò)程中, 一旦出現(xiàn)故障, 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)故障類(lèi)別自動(dòng)發(fā)出不同的報(bào)警提示. 點(diǎn)擊有報(bào)警圖標(biāo)的分畫(huà)面按鈕, 可以進(jìn)入報(bào)警信息畫(huà)面, 得到具體的報(bào)警指示和詳細(xì)信息.

3 效果分析

卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力平衡控制系統(tǒng)目前存在多種模式: ① 接嘴機(jī)風(fēng)力平衡無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)閥, 該模式閥門(mén)為定位器無(wú)級(jí)調(diào)節(jié), 角度控制精準(zhǔn), 待機(jī)開(kāi)度可以在觸摸屏上設(shè)定, 在卷煙機(jī)停機(jī)時(shí), 可以關(guān)閉該支路, 但系統(tǒng)必須具備總管補(bǔ)風(fēng)平衡措施, 避免系統(tǒng)極端工況時(shí)風(fēng)機(jī)喘振; ② 卷煙機(jī)自動(dòng)風(fēng)壓平衡器可以實(shí)現(xiàn)卷煙機(jī)正常生產(chǎn)過(guò)程中支路風(fēng)力恒壓控制, 在停機(jī)或風(fēng)室打開(kāi)檢修的時(shí)候, 還可以關(guān)閉或關(guān)小該支路; ③ 本文采用了經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng), 手動(dòng)風(fēng)壓平衡器+接嘴機(jī)風(fēng)力平衡閥, 該平衡器為手動(dòng)型, 在初期調(diào)試期間, 用于靜態(tài)平衡系統(tǒng)管網(wǎng); 風(fēng)力平衡閥為開(kāi)關(guān)型氣動(dòng)電磁閥, 待機(jī)開(kāi)度由人工機(jī)械定位, 在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)卷接機(jī)組信號(hào)自動(dòng)控制; 接嘴機(jī)風(fēng)力平衡無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)閥、總管補(bǔ)風(fēng)平衡裝置和自動(dòng)風(fēng)壓平衡器的確有它的優(yōu)越性能, 但初期投資較高; 在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中, 卷煙機(jī)打開(kāi)風(fēng)室的機(jī)會(huì)也不多; 接嘴機(jī)風(fēng)力平衡閥雖然只有2個(gè)工作狀態(tài), 在待機(jī)和停機(jī)的時(shí)候, 該平衡閥處于關(guān)小狀態(tài), 這樣就不需要總管補(bǔ)風(fēng)平衡裝置了, 也避免了風(fēng)機(jī)喘振現(xiàn)象; 由于本例中的系統(tǒng)內(nèi)卷接機(jī)組數(shù)量較少(只有4臺(tái)), 投資也不寬裕, 采用經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng)是比較理想的選擇.

4 結(jié)論

該系統(tǒng)于2011年3月正式投入運(yùn)行以來(lái), 與技改前相比, 取得了如下應(yīng)用效果: ① 系統(tǒng)具備全數(shù)字化監(jiān)控功能, 實(shí)現(xiàn)風(fēng)力平衡及工藝參數(shù)可視、可調(diào)、可控; ② 根據(jù)卷接機(jī)組的負(fù)荷變化, 自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)風(fēng)力, 系統(tǒng)風(fēng)壓波動(dòng)加權(quán)平均值1.8%, 風(fēng)量波動(dòng)加權(quán)平均值4.2%; ③降低了總裝機(jī)容量, 節(jié)約電耗約23%.

運(yùn)行效果表明, 該卷接機(jī)組集中工藝風(fēng)力平衡經(jīng)濟(jì)型控制系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠, 達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo), 在中小型卷煙廠具有極大的推廣意義.

[1] 朱思明, 戴石良, 袁一軍, 等. 卷接工藝風(fēng)力供給方法及裝置[P]. 中國(guó)專(zhuān)利, ZL92109157.5. 1994-11-20.

[2] 袁國(guó)安. 我國(guó)煙草粉塵治理技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展[A]. 衡陽(yáng)市煙草學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C]. 衡陽(yáng): 衡陽(yáng)市煙草專(zhuān)賣(mài)局, 2001.

[3] 袁國(guó)安. 卷煙工藝風(fēng)力供給方法與除塵技術(shù)的研究[A]. 中南七省(區(qū))煙草學(xué)術(shù)片會(huì)論文集[C]. 海口: 海南省煙草專(zhuān)賣(mài)局, 2002.

[4] 戴石良, 李國(guó)榮, 袁國(guó)安, 等. 卷接機(jī)組風(fēng)力集中供給方式的研究與應(yīng)用[J]. 煙草科技, 2004(10): 10—12.

[5] 桑全陽(yáng), 袁國(guó)安. 某卷煙廠卷接機(jī)組集中風(fēng)力與除塵系統(tǒng)的應(yīng)用[J]. 工業(yè)安全與環(huán)保, 2005(5): 11—12.

[6] 王懷杰, 張振峰, 李國(guó)榮, 等. 卷接設(shè)備集中工藝風(fēng)力與除塵自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J]. 煙草科技, 2006(5): 11—14.

[7] 張振峰, 馬臣. 卷接機(jī)組工藝風(fēng)力平衡電控與監(jiān)控系統(tǒng)[J]. 湖南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2006, 20(2): 105—108.

Improvement and application of centralized air supplying system for cigarette makers

HUANG Shen-hai1, ZHOU Qi-feng2, MA Chen3, ZHANG Zhen-feng4, YUAN Guo-an4

(1. Tongren Cigarette Factory, Guizhou Branch of China Tobacco Industy Corporation, Tongren 554300, China; 2. Ji’nan Cigarette Factory, Shandong Branch of China Tobacco Industy Corporation, Ji’nan 250104, China; 3. Qingdao Cigarette Factory, Shandong Branch of China Tobacco Industy Corporation, Qingdao 266101, China; 4. Sunny High-Tech R&D Company, Hengyang 421001, China)

The air supplying reasonable assigned to each unit in the centralized air supplying system, and achieve homeostasis were studied according to its own state. The PLC and the PROFIBUS-DP BUS control technology has been used, which helps air supply continuously, efficaciously and stably. As the example of 4 cigarette makers in a cigarette factory in Guizhou Province, the composing and effect of economic control system of air supplying system and its uses of balance control technology in dust removal system were analyzed. Compared with other systems, it was concluded that this technology offered many advantages and it was beneficial to technology elevation in middle or small cigarette factories. It has certain practicability and popularization value.

cigarette makers; centralized air supplying system; balance of air supplying; PLC; PROFIBUS-DP

10.3969/j.issn.1672-6146.2013.03.019

TS 43

1672-6146(2013)03-0085-04

email: tr1964@126.com.

2013-03-07

(責(zé)任編校: 江 河)