(金堆城钼业股份有限公司)
摘要：根据变频调速的原理，针对自动填料系统的生产工艺要求，确定了采用变频控制系统对物料流量进行调速控制的方案，使填料系统的精确性和稳定性得以提高，达到自动填料的目的。
关键词：自动填料、变频器、PLC控制、称重传感器
1、前言
随着科学技术的不断发展，单片机、电磁滑差调速电机等传统电气元器件逐渐被变频器所取代，变频技术应用越来越广泛，如何使变频技术更好的为工业生产服务也成为业内人士探讨的主要技术话题，本文探讨的重点就是变频技术在自动填料系统方面的应用。
2、工艺需求和分析
使用电磁滑差调速电机进行调速的缺点：
（1）不同工艺配方产生不同物理特性的料物，对电机的转速要求也不尽相同，有时需要高速运转、有时需要低速运转，而电磁离合器本身滑差大，最高输出转速仅为电动机的80%-90%，低速时效率低下，电能损耗大，并且调速范围小，一方面对填料电机造成损害，另一方面填料量无法合理控制。因此，实现变频调速自动填料就显得尤为重要。
（2）原填料系统采用模拟电路控制滑差调速电机的方法进行填料，由于滑差调速电机对环境要求较高，必须为粉尘较小且干燥的环境，否则飞扬的粉尘很容易进入电机内部而出现磨损、卡死等现象，维修过程繁琐、维护时间较长，影响分厂的正常生产。
经过车间技术人员的共同分析、探讨，决定采用变频器对填料电机进行变速，用PLC控制变频器，同时称重传感器进行重量模拟信号反馈，提高填料系统的精确性和稳定性。
3、变频器的工作原理
变频器就是通过改变三相交流电源的电压和频率从而改变三相交流电机的转速和转矩的电子设备。将频率固定（通常为工频50HZ）的交流电变换成频率连续可调(多数为0～400 Hz)的三相交流电源。一般由整流器、逆变器、中间电路、保护电路以及控制电路等部分组成。控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。
（1）整流器的作用：它与单相或三相交流电源相连接，产生脉动的直流电压。
（2）中间电路的作用：使脉动的直流电压变得稳定或平滑，供逆变器使用；通过开关电源为各个控制线路供电；可以配置滤波或制动装置以提高变频器性能。
（3）逆变器的作用：将固定的直流电压变换成可变电压和频率的交流电压。
（4）控制电路的作用：它将信号传送给整流器、中间电路和逆变器，同时它也接收来自这些部分的信号。其主要组成部分是：输出驱动电路、操作控制电路。主要功能是：利用信号来开关逆变器的半导体器件；提供操作变频器的各种控制信号；监视变频器的工作状态，提供保护功能。
4、自动填料系统的控制方案
4.1 系统控制方案
系统由PLC可编程控制器作为控制端，通过现场总线连接现场称重传感器、控制计算机、PLC、变频器等智能化程度高的设备，PLC主要承担对系统故障报警的检测、显示及报警，并同时向变频器输出信号，变频器对填料电机进行控制达到调节转速的目的。称重传感器向PLC反馈当前填料量，经过运算对变频器输出信号，从而达到一个闭环控制系统。
称重传感器称量的是瞬时填料量，上位机给的是设定填料量，二者在填料中有所偏差。采用过程控制PID调节进行填料量实际控制，设定填料量Qp和实际填料量Qn存在偏差，经过PID调节运算PLC输出信号给变频器，通过变频器调节填料电机的转速调整填料量，使之与设定值匹配完成自动填料过程。
4.2系统控制流程
当填料系统开始时设定填料量，检查料斗是否有料，若有料则填料电机开始运转，系统开始填料，由称重传感器传送实时填料量，通过与设定填料量进行对比，计算得出填料量偏差，经PLC内置PID调节系统改变输出信号以控制变频器对填料电机的转速调节，实现填料量的精确控制。例如：实时填料量未达到设定值的70%时，填料电机以高频高速运行；实时填料量达到设定值的70%以后，填料电机切换到中频运行，当填料量超过设定值的90%后，填料电机采用低频低速运行。
5、系统主要设备配置
5.1变频器的选型
我们选用的是SEW的MDX61B系列变频器，如图4。SEW变频器采用V/F可变频变压技术、矢量控制技术等多种变频控制技术，能够达到异步电机的高控制精度。其功率范围为：0.5-132KW，其性能特点如下：
(1)输入端子由光电耦合器隔离保护。
(2)变频器内置PROFIBUS接口。
(3)集成制动斩波器,变频器配合适当的制动电阻和电源能量回馈装置实现四象限运行。
(4)高的静态转子扭矩和运行扭矩，由VFC控制在0.5HZ以上。
(5)变频器可以并排无空隙安装，结构紧凑，充分利用时间。
(6)操作界面方便，提供了DFP21B手动操作界面。
(7)变频器和电机的全方位保护，可以防止短路、过载、接地和过热。
5.2称重传感器
称重传感器采用的是德国HBM单点触感器，型号为PW12CC3，最小检定分度值为20g,最大称量值为100Kg,传感器的质量信号是控制系统关键的原始数据，为了保证它传输的准确性和稳定性，配置profibox总线盒与称重传感器相连，通过总线盒的RS-232串行通信口传输到PLC。
5.3系统控制器
系统控制器采用西门子S7-400系列414-2XG04-0AB0 PLC,它具有体积小，功能强，程序编辑简便等优点。
5.4填料电动机
填料电机用的是德国宝尔BG40型电动机，电动机功率为0.55KW,额定电压为380V，额定电流为2.8A，转速为1400r/min,可调频率范围为5-100Hz,电压范围为46-400V。
6、优化前后的填料数据
作为系统运行的填料单元，填料精度决定控制系统整体填料性能。系统优化前，填料数据见表1。
表1 优化前填料数据表（设定值为14000g)
由表1可知，系统每填料10次出现3次错误，且填料精度误差最大为73g。通过填料系统的自动化改进、系统参数的优化，自动填料系统的填料稳定性和填料效率达到了最优状态，优化后数据见表2。
表2 优化后填料数据表（设定值为14000g)
7、结束语
基于PLC与变频技术的自动填料系统具有成本低、开发周期短、现场操作性强等特点，通过变频器调节填料电机转速来控制下料量，不但保证了配料精度，满足了工艺要求，还提高了系统的稳定性、高效性，并且降低了维修成本和节约能源，企业经济效益十分明显，达到了整个系统预期的技术指标要求。
参考文献：
【1】张燕宾.[M]变频器应用教程.机械工业出版社. 2011.06第2版
【2】Frank D.Petruzella.[M]PLC教程.人民邮电出版社.2007.05第1版
【3】SEW [M]MDX6061B变频器手册
【4】郭一楠.[M]过程控制系统.机械工业出版社. 2009.02
论文作者:高磊
论文发表刊物:《电力设备》2018年第17期
论文发表时间:2018/10/19
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