变频调速技术在干白粉定量包装秤中应用

1、引言

     白粉是一种粉末状化工产品，过去用于成品包装的干白粉定量包装秤给料装置，大多采用电机拖动的双螺旋给料机。为保证控制系统精度和速度，双螺旋给料机共有大、小两级螺旋给料，初始状态均处于停止位。进入自动运行状态时，当物料重量达到大给料设定值时停止大给料电机并继续保持小给料电机运转，当物料重量达到最终设定值时，关闭小给料电机。由于干白粉的流动性和螺旋给料机的机械惯性，再加上物料输送的不均匀，定量包装秤的动态精度很难稳定控制。基于上述问题，我们采用变频器对干白粉定量包装秤的给料装置进行了技术改造，将双螺旋给料机形式改为单螺旋给料机形式，即降低了生产成本，又提高了干白粉定量包装秤的性能。

     2、干白粉定量包装秤的结构组成

     干白粉定量包装秤为毛重式称量方式，结构组成如图1所示：主要由储料仓、螺旋给料机、截料装置、称重夹袋装置、气动部分以及电气控制柜组成。

     3、主要技术指标及参数

     (1) 定量包装秤的描述

     4 变频器的选用

     选择变频器时，除了根据电机类别和螺旋给料机的生产效率和驱动功率外，还应以实际电机电流作为选择的依据，电机的额定功率只能作为参考。另外，应充分考虑变频器的输出含有丰富的高次偕波，会使电机的功率因数和效率变坏。因此，用变频器给电机供电与用工频电网供电相比较，电机的电流会增加10%而温升会增加20%。所以在选择电机和变频器时，应考虑到这种情况，适当留有余量，以防止温升过高，影响螺旋给料机的使用寿命。

     在进行了技术比较后我们选用了SANKEN公司IF-4.0K变频器，该变频器采用了先进的驱动控制技术，是一种低噪音高性能的变频器，具有最佳控制电压和电流矢量，可以最大限度地发挥电机的输出转矩，完全适用于干白粉的定量包装控制技术要求。

    5、变频调速的硬件构成

     电气原理图如图2所示，核心部件为IF-4.0K变频器和XK3210称重显示控制器。XK3210称重显示控制器内置简易PLC，通过简单的二次编程，可完成定量包装秤的基本控制功能，适用于净重式和毛重式等定量包装秤，其输出OUT1(大给料)和OUT2(小给料)为无电压继电器输出信号，可直接驱动IF-4.0K变频器的调速输入端FR(1速)2DF(2速)。动力电源线AC380V通过空气开关Q1接至变频器R、S、T端子，螺旋输送机电机接至变频器U、V、W端子。原则上不要在变频器和电机之间装设交流接触器，否则在变频器运转中，接触器启停引起的过大电流易损坏变频器。

     其中，定量称重数据参数通过称重显示控制器设置，可设置提前量、最终定量值、延时时间等参数。螺旋给料机给料速度、过流过压保护等参数通过变频器操作面板可方便地调整。

     6、变频器的控制参数

     变频器的功能参数有基本运转功能、加减速设定功能、运转频率设定功能、保护设定功能、其它调整功能、多功能端子选择功能、无速度传感器选择功能、任选件功能等，部分参数设置如附表所示。

     7、减小EMC影响的主要措施

     EMC即“电磁兼容性”，它主要是指电气设备在电磁环境中良好的工作能力，并且不能产生在此环境中工作的其它设备所不能接受的电磁干扰。变频器通常运行在一个可能存在较高的电磁干扰(EMI)工业环境中，好的安装可确保变频器和定量包装控制系统安全和无故障运行。

     (1) 确保控制柜中的设备接地良好，使用短和粗的接地线连接到公共接地点或接地母排上。特别重要的是，连接到变频器的任何控制设备要与其共地，同样也要使用短和粗的导线接地，最好采用在高频时阻抗较低的扁平导体。

     (2) 安装变频器时，安装板使用无漆镀锌钢板，以确保变频器的散热器和安装板之间有良好的电气连接。

     (3) 为有效的抑制电磁波的辐射和传导，减少对称重显示控制器的影响，变频器的电机电缆采用屏蔽电缆，屏蔽层的电导约为每相导线芯电导的10%。

     (4) 控制电缆使用屏蔽电缆。控制电缆的屏蔽层应直接在变频器的内部接

     地，另一侧通过高频小电容接地。当屏蔽层两端的差模电压不高和连接到同一地线上时，也可以将屏蔽层的两端直接接地。信号线和它的返回线绞合在一起，能减小感性耦合引起的干扰，绞合越靠近端子越好。模拟信号的传输线使用双屏蔽的双绞线。不同的模拟信号线独立走线，有各自的屏蔽层，以减少线间的耦合。数字信号线使用双屏蔽的双绞线，也可以使用单屏蔽的双绞线。

     (5) 电机电缆独立于其它电缆走线，同时避免电机电缆与其它电缆长距离平行走线，这样才能减少变频器输出电压快速变化而产生的电磁干扰。如果控制电缆和电源电缆交叉，应尽可能使它们垂直交叉走线。

     (6) 设计控制柜时要注意EMC的区域原则，把不同的设备规划在不同的区域中。每个区域对噪声的发射和抗扰度有不同的要求，区域在空间上用金属壳或在柜体内用接地隔板隔离。

     8、变频器的使用效果

     采用变频器后，干白粉定量包装秤的螺旋给料机运行平稳，给料均匀，升降速平滑，无机械冲击，对动态称重数据影响很小。主要表现在以下方面：

     (1) 变频给料装置精度高，系统保护功能完善。参数的优化可通过人机界面设置修改，且发生故障后可直接将自诊断的结果显示在人机界面上，缩短了检修时间，大大提高了工作效率。

     (2) 延长了电动机的使用寿命。由于电动机的启停电流为额定电流的5~7倍，冲击转矩很大，影响电机的使用寿命。变频启动是一种软启动方式，可避免对电机的机械冲击，且保护了设备，减少了设备的磨损。正常使用时，由于电动机转速一般都降至额定转速以下，设备的磨损大大减少。

     (3) 可靠的保护措施。变频器通过自身设置的参数很容易实现过流、过压、欠压等保护措施。

     (4) 控制系统稳定可靠,电机经济运行,节能效果明显。

     9、结束语

     采用变频器后的干白粉定量包装秤运行平稳可靠，定量控制精度高，自投入使用以来取得了良好的效果，操作维修简单方便，降低了维护费用，达到了系统设计的要求，受到了用户的好评，并带来了良好的经济效益。