浅谈DRC电机在烟草贮丝柜中的应用

时间：2024-08-31

陈瑜潘世华熊金

摘要：在烟草行业中，贮丝柜用于烟丝的贮存，烟丝存放合格后，通过贮丝柜底带减速电机拖动底带运转，将烟丝送至供丝路径，进入加丝机，最后风送至卷接机组卷制成品。在底带供丝过程中，发现供丝路径存在烟丝不连续，在制烟丝水份不稳定，影响产品质量的情况。为此我们通过深入分析，找到了供丝不连续的症结所在，并提出了三点思考，最终通过引入DRC电子电机系统，解决了供丝不连续的问题。

关键词：贮丝柜底带电机 DRC电子电机供丝不连续链条的张紧与放松

中图分类号：F273 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2020）08（a）-0072-04

Abstract： In the tobacco industry， the tobacco storage cabinet is used for the storage of tobacco. After the storage of tobacco is qualified， the bottom belt is driven by the deceleration motor of the bottom belt of the tobacco storage cabinet to run， and the tobacco is sent to the tobacco supply path， into the tobacco feeder， and finally the air is sent to the coiler unit to roll the finished products. In the process of bottom band tobacco supply， it is found that the path of tobacco supply is not continuous， and the moisture content of tobacco is not stable， which affects the product quality. For this reason， we find the crux of wire supply discontinuity through in-depth analysis， and put forward three considerations. Finally， we solve the problem of tobacco supply discontinuity by introducing DRC electronic motor system.

Key Words： Tobacco storage cabinet; Bottom belt motor; DRC electronic motor; Discontinuous tobacco supply; Tension and relaxation of the chain

贮丝柜主要使烟丝中各种组分混合均匀、使烟丝充分吸收香精、平衡烟丝含水率和温度，以及贮存烟丝功能。当卷制烟丝时，贮丝柜需向加丝机供给烟丝，整个供丝线路包括贮丝柜底带出料，供丝路径（包括三节皮带和一节振槽）送料，计量管缓存物料供给加丝机，加丝机风送物料给卷接机组。在实际供料过程中，供丝路径上的烟丝不连贯，时断时续，造成水分散失，影响在制卷烟质量。

1 供丝不连续的症结查找

1.1 供丝路径烟丝不连续的原因分析

在整个供丝线路中，计量管由约50*30*150cm的有機玻璃腔体构成，有高、中、低三个光电管控制腔体内物料，起着供给与风送烟丝之间的缓存作用，即时存贮物料以备加丝机要料。当计量管内无烟丝或烟丝较少时，供丝路径和底带启动供料，当物料到达高位时，供丝路径和贮丝柜底带停止供料。分析发现，当供丝停止后再启动，底带电机随即运行，但贮柜底带上烟丝却没有立即输出，造成供丝路径此时无烟丝覆盖，经过约8～20s后，烟丝才从底带输出，因而形成路径上烟丝不连续。因此供丝路径烟丝不连续是由贮丝柜底带不能即时出料造成的。出料不连续情况如图1。

1.2 贮丝柜底带不能即时出料的原因分析

贮丝柜底带电机是变频驱动的三相异步电动机，当条件允许底带电机运行时，变频器使能驱动电机，电机通过减速箱转动链轮，链轮带动链条，链条驱使底带主传动轴，再带动底带大链条，使底带向前运行出料，在此过程中驱动链条和底带大链条发生形变被拉伸而张紧。当底带不需供料而停止时，变频器使能断开，电机驱动力消失，转矩为零，驱动链条以及底带大链条的形变消失，恢复到原来放松状态。再次启动后，需张紧链条才能带动底带出料，这个过程约8～20s，造成底带不能即时出料，由此可见，底带不能即时出料，是由于底带停机后，链条形变消失造成的。

2 避免链条形变消失的几点思考

车间底带传动为功率1.1kW、额定转速1400r/min的普通SEW电机，型号DT90S4，通过丹佛斯变频器驱动，正如以上原因分析，当不需供料时，变频器使能中断，电机驱动力消失，造成链条形变消失，恢复到放松状态。针对此现象，我们进行了几点思考。

2.1 增设变频器零速控制模式

在底带停止供料时，通过编程使变频器使能保持，输出为零速，这样底带就不会输出物料。查阅相关资料，发现普通变频器零速输出时是没有转矩的，在贮柜底带负荷大的情况下，是完全不能阻止链条回复到放松状态的。通过试验，当底带停止供料，变频器输出零速，驱动链条仍然从张紧状态恢复到放松状态，供丝路径上同样出现烟丝不连续情况。

2.2 新增变频器矢量控制模式

此种模式需要安装带矢量闭环控制的变频器，外加编码器和制动电阻，当给定零速时，变频器其实是有输出的，输出为交流，大小在转差率左右，而且和外部负载有关。实际工作情况可理解为，当我们给定为零速时，驱动链条有回复放松状态的趋势，此时变频器通过编码器检测到速度方向为负，所以就通过其矢量控制提高转矩去阻碍链条回复，这时就又有了张紧的趋势，变频器通过编码器检测到速度方向为正，就又会再次阻碍其张紧，如此反复达到一个平衡。此种模式能够阻止链条的形变消失，但由于输出电流与外部负载有关，当外部负载较大时，输出的电流就大。而且增加的元件较多，控制系统较为复杂。

2.3 三相异步电机升级为伺服电机

伺服电机具有恒转矩输出、调速范围广、抗过载能力强，能承受三倍于额定转矩的负载、低速运行平稳，发热和噪音低等特点;特别是在恒转矩输出中，从某伺服电机的转矩速度特性曲线可知，如图2。

伺服电机在零速时都能输出恒转矩，利用这一特性，当我们采用伺服电机时，如果底带要求停止供料，此时给电机输入零速，电机仍然能够保持转矩，避免链条形变消失，从而阻止链条回复放松状态。通过比较了解，SEW公司的DRC电子电机较为符合我们的需要，它是一款变频器加伺服电机的融合，可灵活与SEW公司的R、F、K系列减速机相结合，其效能高效可达IE4，节能效果好，同时也适用大转矩低转速运行。车间减速机正好是SEW公司R系列机型，型号为R147 R77 DT90S4/VS，为我们的升级改造提供了方便。

3 DRC电子电机在卷烟贮柜底带中的应用

3.1 DRC电子电机的选型

原底带采用SEW普通电动机驱动，型号DT90S4，功率1.1kW、额定转速1400r/min、额定电流2.95A，为升级DRC伺服电机，需匹配功率、转速以及通讯方式。底带电机减速机型号R147 R77 DT90S4/VS，查找铭牌及序列号，减速机速比12344、使用系数0.15，由于减速机速比大，使用系数小，平时电机工作电流仅有大约0.3A，就能满足底带出料要求，因此原电机选型较大，结合伺服电机过载能力可达4倍，通过计算只需200W左右的电机就足够了，而DRC电机最小功率为550W，额定转速2000 r/min，因此我们预选DRC1-005型电子电机。

在通讯方面，DRC电子电机有四种通讯方式，SNI、DSC、DBC、DAC，SNI叫单线制通讯，是以载波的形式基于动力线缆完成信号的传输;DSC是配网关走内部通讯，而网关允许选择各种总线形式;DBC是端子控制;DAC是ASI总线通讯。车间原底带电机采用变频驱动，变频器安装在子站箱内，子站箱到底带电机有一根电源线和一根散热风扇线。综合可行性及便利性，我们认为可以采取DSC通讯方式，将网卡安装于原子站箱内，与原PROFINET总线相连，网卡至DRC电机的控制线利用原电机散热风扇线，而电源线同样利用子站箱内变频器至电机的电源线。

综上所述，我们选用了一台DRC1-005-DSC-A-ECR/BY1C电子电机，额定功率0.55kW、额定转速2000r/min、额定电流1.04A，DSC通讯方式，并进行安装调试。

3.2 DRC电子电机的安装

首先将原有SEW三相异步电机拆下，重新安装DRC电子电机，如图3。

其次，拆除原丹佛斯变频器，在原位置安装DRC电机控制网卡，如图4。

3.3 DRC电子电机软件配置

现场硬件连好后，在西门子S7400软件接着安装DRC电子电机GSD文件，下载硬件，连接网络，如图5。

最后，重新设计底带电机启停程序，包括新增FC98功能块，设计高、低、零速频率及联锁条件，设计电机启停和频率控制字等，如图6。

以上改造完成后，我们进行了联机调试，DRC电子电机能够根据设定高低速正常运行，也能在电机停止后零速恒转矩输出，观察驱动链条中途暂停后无放松状态，再次启动后无延时8～20s的间隔，实现了底带即时出料。

4 效果检查

生产过程当计量管高位后贮柜底带停止，此时DRC驱动电机零转速运行以保持转矩，阻止链条进入放松状态，当底带电机重新启动后，链条不再有再次张紧的过程，底带实现了即时出料，避免供丝路径上物料不连续的情况，使烟丝水分稳定，保证了产品质量。供丝连续如图7。

参考文献

[1] 蔡夏水，王清瑜，陈欣.DRC-01电机绕组综合参数自动测试系统[J].电动工具，2018（2）：1-6，23.