电子皮带秤宽流量的实现方法

尉泽民　吕建国　孙钦兰　刘朝省　李　军（山东中烟济南卷烟厂，山东`济南`250104）

电子皮带秤宽流量的实现方法

尉泽民吕建国孙钦兰刘朝省李军
（山东中烟济南卷烟厂，山东`济南`250104）

通过使用双速电机，设计其变频器驱动调速电路，编写PLC控制程序，实现了皮带秤输送带速度大范围调节，进而拓宽了电子皮带秤瞬时流量的运行范围。

宽流量；双速电机；变频器；PLC

一、存在问题

电子皮带秤在卷烟厂制丝车间应用广泛，主要起到稳定物料流量、显示物料累计重量和按比例搀兑物料等作用。其中配比型电子皮带秤就是用来跟踪主秤流量，然后按照设定比例搀兑物料的。由于在不同配方中各种原料所占的比例大小不一，配比型电子皮带秤就需要根据不同搀兑比例控制物料流量。在正常情况下搀兑物料比例适当，皮带秤能够满足生产要求，但是在搀兑比例出现过大或过小时，就会超出电子皮带秤的瞬时流量设计范围，无法正常生产。

工厂车间现用梗丝搀兑皮带秤设计流量范围为150～2000kg/h，而实际配方要求皮带秤流量范围为100～2000kg/h，梗丝搀兑皮带秤不能满足生产需求，需要采取措施予以解决。

二、类似问题的处理方法

当一台电子皮带秤需要同时具备小流量和大流量运行能力时，根据电子皮带秤的运行原理，可以从以下几个方面来解决。

1.仅改变皮带秤上物料量，即小流量运行时减小物料量，大流量运行时增加物料量。具体实现方法：设计可调节物料供应量的计量管。优点是结构简单，造价低廉；缺点是需要人工调节，供料量无法准确控制，当操作工责任心不强时容易出现忘记调节计量管的现象。

2.仅改变皮带秤的物料输送速度，即小流量时皮带秤输送机低速运行，大流量时高速运行。具体实现方法：可以使用无级调速电机、伺服电机与伺服控制器和双速电机与变频器等进行控制。使用无级调速电机进行控制，优点是控制电路简单，缺点是需要人工参与，存在忘记调节等隐患；使用伺服电机与伺服控制器进行控制，优点是速度响应快，缺点是造价高；使用双速电机和变频器进行控制，优点是系统设计比较容易，缺点是造价较高。

3.同时改变皮带秤上的物料量和物料输送速度。优点是可以设计出更宽流量范围的皮带秤，缺点是需要人工参与或需要设计较复杂的系统。

综合以上分析，选择仅改变皮带秤的物料输送速度的方法使用双速电机和变频器的组合控制方式来设计双速控制系统，将其改造成为宽流量电子皮带秤。

三、双速电动机工作原理

双速电动机属于异步电动机变极调速，是通过改变定子绕组的连接方法达到改变定子旋转磁场磁极对数，从而改变电动机的转速。

根据异步电动机转速的计算公式：n1=60f/p可知同步转速n1与磁极对数p成反比，磁极对数增加一倍，同步转速n1下降至原转速的一半，电动机额定转速n也将下降近似一半，所以改变磁极对数可以达到改变电动机转速的目的。这种调速方法是有级的，不能平滑调速，而且只适用于鼠笼式电动机。

选用最常见的单绕组双速电动机，磁极数为4极、8极，即定子绕组由△接法变为YY接法时，磁极对数从p=4变为p=2。当定子绕组采用△接法时，n1=60f/ p=60×50/4=750r/min；当采用YY接法时，n1=60f/ p=60×50/2=1500r/min。

四、控制系统工作原理

1.控制电路图如图1所示。

图1　6000梗丝秤双速电机控制电路

由图1可知，控制电路由主回路、PLC数字量输入输出电路和控制电路组成。

2.控制电路工作原理。三相电源通过接触器KM3给变频器供电，由KA6旋钮对该接触器进行控制可以实现变频器的停供电操作。

变频器的输出端通过两个接触器KM3-1和KM3-2实现双速电机的双速控制功能。具体控制功能如下。

（1）当需要小流量运行时，PLC输出点Q4.7为高电平，驱动中间继电器KA3-1动作，然后接触器KM3-1触点吸合，双速电动机为△接法，在变频器调速作用下，理论转速为0～750r/min，。

（2）当需要大流量运行时，PLC输出点Q5.7为高电平，驱动中间继电器KA3-2动作，然后接触器KM3-2触点吸合，双速电动机为YY接法，在变频器调速作用下，理论转速为0～1500r/min。

（3）为保证主电路安全，将△接法和YY接法在电路上和控制程序上分别进行互锁，确保两种接法不可能同时出现。在电路上将KA3-1的常开触点与KM3-2的常闭触点串联，KA3-2的常开触点与KM3-1的常闭触点串联，实现电气线路上的互锁。PLC控制程序中，将KM3-1接入PLC的输入信号I2.7串入Q5.7的控制程序，KM3-2接入PLC的输入信号I3.7串入Q4.7的控制程序，实现控制程序的互锁。

（4）变频器的启动/停止信号主要由程序进行控制，通过PLC的输出点Q5.6来驱动中间继电器KA3-3来完成。编程原则为只有在变频器停止状态时才能进行高低速切换，切换完成后必须经过延时才能启动变频器，以此来保证变频器输出端不发生短路，提高变频器的安全性。

（5）变频器启动信号中串入电机强制冷却风扇的单极开关辅助触点。其作用是风扇供电电源切断，变频器将不能启动运行，保证双速电机能够散热。

（6）电机冷却风扇受中间继电器KA3-3控制，确保变频器输出的同时风扇能够启动。

五、实现过程

1.变频器与双速电机的匹配。皮带秤选用丹佛斯FC302系列变频器。根据梗丝搀兑皮带秤的负载大小，选用了SA57DT90L8/4型双速电机，根据双速电机的最大功率，我们选用了相应功率的变频器，并在双速电机运行在高速大功率时对变频器进行自动参数匹配操作。

2.双速电机的速度切换。考虑到变频器的安全问题，在双速电机运行时最好不要对双速电机进行高低速切换。高低速切换在停止状态下进行。根据皮带秤运行状况将搀兑比例12%作为高低速切换的节点，即≥12%时双速电机高速运行，反之低速运行。在生产前根据上位机下发的配方设定比例自动进行调整，当皮带秤累计到一定物料重量，PLC程序就会自动锁定高低速切换功能，即正常运行时不再进行高低速切换操作。相应的SIEMENSPLC控制程序如下。

//大小比例判断及高低速锁定

A（

LDB5.DBW340//梗丝秤显示比例

L1200//相当于比例12%

＞I

）

A（

LDB4.DBD120//叶丝秤累计重量

L5.000000e+001

＜R

）

SM60.0//梗丝秤大比例使能

A（

ODB100.DBX0.5//总清零

）

RM60.0

NOP0

3.设置高低速PI值。双速电机运转在△接法和YY接法时其PID调节的比例系数P值和积分常数I值存在差异，针对该情况编写高低速时P值和I值赋值程序。SIEMENSPLC控制程序如下。

//小比例（小流量）时设定相应PI值及输出△运行

ANM60.0

说来惭愧，此前我仅仅出版过一部杂文集，就是世纪之初长江文艺出版社为我出的那本《戏说红尘》。在它前后，我把自己的一些杂文收录到散文或文艺杂谈的集子里去了，那些集子多半是书商帮我出的，发行量也比较大，其中还有两本散文集被书商再版发行。

=L0.0

A（

AL0.0

JNB_001

LDB5.DBW522//梗丝秤小比例P值

TDB5.DBW376//梗丝秤P值

SET

SAVE

CLR

_001∶ABR

）

JNB_002

LDB5.DBW524//梗丝秤小比例I值

TDB5.DBW378//梗丝秤I值

_002∶NOP0

AL0.0

AI3.7

LS5T#5S

SDT61

NOP0

NOP0

NOP0

AT61

=Q4.7//输出△运行

//大比例（大流量）时设定相应PI值及输出YY运行

AM60.0

=L0.0

A（

AL0.0

JNB_003

LDB5.DBW516//梗丝秤大比例P值

TDB5.DBW376

SET

SAVE

CLR

_003∶ABR

）

JNB_004

LDB5.DBW518//梗丝秤大比例I值

TDB5.DBW378

_004∶NOP0

AL0.0

ANI2.7

LS5T#5S

SDT62

NOP0

NOP0

NOP0

AT62

=Q5.7//输出YY运行

4.编辑人机接口画面。PID参数中的比例系数P值和积分常数I值需要通过现场实验获取，为了实验过程的方便和以后可能的调整需要，在触摸屏上组态了PI参数修改画面，满足技术人员的需要。原触摸屏型号为SIEMENS6AV6545-0CA10-0AX0，使用其相应组态软件WinccFlexible对其画面进行修改。

5.皮带秤计量精度测试。双速控制系统改造完成后，根据流量大小采用低、中、高速对改造后的电子皮带秤进行校秤，结果见表1。

表1

六、注意事项

双速电机的散热问题要格外重视。双速电机采用变频器驱动，当运行在低频率时风翅散热将不能满足要求，因此需要对电机散热进行改造，使用单独的冷却风扇对变频器进行散热，或者直接订购带冷却风扇的双速电机。

七、使用效果

经过1年多的运行，改造后的梗丝搀兑电子皮带秤运行正常，计量精度完全满足要求，使用效果良好。实现了不同比例时电子皮带秤高低速的自动切换功能，皮带秤能够在75～2000kg/h的流量范围内正常运行。

参考资料：

［1］CP1XXG4-2型电子皮带秤使用说明书［Z］.杭州4509机电设备有限公司.

［2］胡健.西门子S7-300PLC应用教程［M］.北京∶机械工业出版社.

TP273

B

1671-0711（2015）09-0068-03

（2015-04-19）