变频器在二氧化碳膨胀烟丝生产线中的应用

一、背景

随着世界各国反吸烟运动的兴起和发展，以及消费者对“吸烟与健康”问题的关注，生产对人体危害性较小的低焦油、低烟碱卷烟，是卷烟企业发展的必然趋势。烟草行业推广应用的二氧化碳膨胀烟丝技术是实现“卷烟降焦减害”的必要措施，是生产“中式卷烟”的必由之路。

宝鸡卷烟厂为积极响应国家烟草专卖局禁止使用氟里昂方法制造膨胀烟丝的号召，同时满足企业生产低焦油卷烟的需求，在企业九五技改中提出一项重点项目----二氧化碳膨胀烟丝生产线项目。这是一条国产新模式的570Kg/h二氧化碳膨胀烟丝生产线，项目实施后可杜绝生产过程中排放的氟里昂物质对臭氧层的破坏，保护了大气环境。可年产200多吨优质膨胀烟丝，既满足了企业生产卷烟对膨胀烟丝的需求，也可外卖部分产品。

二、面临问题

二氧化碳膨胀烟丝生产线工艺流程复杂，系统设备计100多台套，分布在上下三个平面层，控制点多且位置分散。若采用传统控制系统，需敷设大量电缆，给设计、施工、调试和维护带来很大麻烦。随着网络技术的发展，烟草行业制丝生产线开始使用现场总线技术。宝鸡卷烟厂经过反复比较， 决定在二氧化碳膨胀烟丝生产线电气控制系统中采用罗克韦尔自动化公司的网络控制技术及产品，实现生产过程自动化控制。

三、解决方案

新模式的570Kg/h二氧化碳膨胀烟丝生产线由秦皇岛烟机公司自行开发设计、制造、安装。控制系统解决方案采用罗克韦尔自动化公司的ControlLogix控制系统^[1]，控制网ControlNet和设备网DeviceNet两层网络技术。在控制系统中采用ControlLogix 5550处理器，配有1756-CNB控制网接口模块，用于连接现场6个ControlLogix 5550 PLC。选用8个触摸屏PanelView来进行生产操作和参数调整，这些触摸屏通过控制网与PLC连接。选用1784-KTCX个人计算机接口卡，使上位机通过控制网与PLC连接，上位机在生产过程中具有在线状态监视和故障诊断等功能。同时，配有1756-DNB设备网接口模块，用于连接25个分散在现场的1794 FLEX I/O工作站和33个1336 PLUS II交流变频器。

四、生产工艺流程

二氧化碳膨胀烟丝生产工艺流程见图1。原料（片烟）经切片，回潮，储存，切丝，定量称重（含水20%的）烟丝后，周期性地送入浸渍器。经浸渍器加工后的干冰烟丝通过松散器打散后，落入振动柜。通过振动柜振动将干冰烟丝经计量带和进料空气锁均匀送入升华器。在升华器中干冰烟丝与350℃左右工艺气体（蒸汽、二氧化碳_、空气）接触时，浸入烟丝细胞中固体二氧化碳使烟丝体积迅速膨胀。膨胀后烟丝通过切向分离器与工艺气体分离，工艺气体经除尘后被工艺风机抽出，大部分送入燃烧炉加热循环使用，少量的送入燃烧炉焚烧掉。被切向分离器分离出的膨胀烟丝通过出料空气锁进入冷却振动输送机，再经过冷却皮带输送机连续散热降温后，进入滚筒式叶丝回潮机回潮加水后，得到成品膨胀烟丝，其含水率为13%。

图1：生产工艺流程

五、控制系统概述

5.1控制系统网络结构图

5.1.1控制系统自动化与控制层ControlNet^[2]网络结构见图2。

图2：自动化与控制层网络结构图

5.1.2设备层DeviceNet^[3]网络结构图

图3：进料1段设备层网络拓扑图

图4：进料2段设备层网络拓扑图

图5：出料段设备层网络拓扑图

5.2 1336 PLUSⅡ型变频器与设备网连接图

图6：变频器与设备网连接图

5.3 1203-GK5通讯模板DIP开关设置^[4]

图7：1203-GK5板DIP开关设置

DIP开关SW1出厂设置值为：

SW1-1=0，SW1-2=0，SW1-3=0，SW1-4=0，SW1-5=0，SW1-6=0，SW1-7=0，SW1-8=0。现场DIP开关SW1值就是采用出厂设置值。

DIP开关SW2出厂设置值为：

SW2-1=1,SW2-2=1,SW2-3=1,SW2-4=1,SW2-5=1, SW2-6=1,SW2-7=０，SW2-８=０。SW2-1～SW2-6设定设备网节点地址，出厂设置节点地址为111111_（2），63_（D），按SW2-6，SW2-5，SW2-4…SW2-1由大到小顺序排列，节点地址范围为0～63。具体节点地址可根据编程需要设定。SW2-6～SW2-7设定数据传输速率，出厂设置数据传输速率为125K。我们就是采用出厂设置值，数据传输速率为125K。

5.4 PLC与变频器I/O工作图表

ControlLogix 5550 PLC与1336 PLUS Ⅱ变频器I/O工作示意如图8所示。

图8：PLC与变频器输入输出示意图

5.5 变频器的编程

1336 PLUS Ⅱ型变频器采用数字编程方式精确控制电机运行速度。变频器可用人机接口模块在本地编程，或通过串行口用PLC、SLC或用DriveTools、RSNetWorx for DeviceNet编程软件进行编程。1336 PLUS Ⅱ变频器有一套丰富的参数，这300多个参数被分成16个组，大大方便用户编程。在参数分类中用功能参数组代替顺序号参数表，可以提高编程效率，减少操作时间。且控制输入端和输出端都可以编程，几乎可以满足任何生产过程需要。

我们使用的1336 PLUS Ⅱ变频器TB1端子是A4型结构，其接线如图9所示。

图9：TB1端子接线图

1336 PLUS Ⅱ 变频器TB3控制接口模板选件通过使不同的触点闭合，提供了把多种信号和指令输入到1336 PLUS Ⅱ 变频器里。有六种型号的选件供用户选用，我们选用L5型端子板，+24V交流/直流接口模板，其接线如图10所示。

图10：TB3端子接线图

变频器的速度指令可以从不同的基准源获得。这些基准源是由变频器的编程程序和TB3上速度选择输入的组态决定。组态软件程序可校验编程的选项，保证选定的输入是有效组合。我们采用使TB3端子上26号（速度选择3）、27号（速度选择2）、28号（速度选择1）所有速度选择输入断开(如图10所示)，则变频器将按照本地人机接口模板所选定的编程参数[频率选择1]运行。

六、使用效果

二氧化碳膨胀烟丝生产线经过两年多时间的运行，所生产的膨胀烟丝在宝鸡卷烟厂的“好猫、猴王、金丝猴”三大系列产品的大多数牌号中，都进行了不同比例地掺兑，增加了烟气的柔和性，刺激性减小，受到市场欢迎。同时降低了焦油、烟碱等有害物质含量，也使库存陕西烟叶得到了充分使用，有力地配合了国家烟草专卖局“降焦减害”工程。

七、应用体会

传统的PLC实行集中控制，所有的电缆都必须连接至PLC控制柜，布线和接线相当繁琐。罗克韦尔自动化开放性网络系统设计方便、结构灵活、安装简便，省去了大量的电气控制柜间的互联线，使用标准通讯电缆和连接器，从而减少了安装费用。编程软件和组态软件具有在线故障诊断功能，使调试和维护更方便。宝鸡卷烟厂二氧化碳膨胀烟丝生产线运行两年多来实际结果表明：罗克韦尔自动化现场总线产品的应用在产品质量、安全生产、节能降耗等方面发挥了重要作用，控制系统运行稳定可靠，网络和电气设备可维护性较强，车间33台1336 PLUS Ⅱ系列变频器运转正常,极大地提高了设备的有效作业率。

二氧化碳膨胀烟丝生产线的投产，增强了宝鸡卷烟厂的卷烟市场竞争能力，为企业新品开发和老品改造提供了有利条件，为扩大生产中高档卷烟奠定了坚实的基础，直接经济效益及社会效益实现双赢，保证了企业持续、稳步、健康地发展。

八、意见和建议

1336 PLUSⅡ系列变频器被广泛应用到各行各业的生产过程，遗憾的是1336 PLUSⅡ变频器和人机接口模块仅有德语、意大利语、法语、西班牙语、日语和英语显示编程、运行和诊断信息。在中国境内被广泛使用，却没有汉语显示编程、运行和诊断信息，随机附带的用户手册也是英文版，使用户操作变频器深感不便，增加了维护难度，影响工作效率，使变频器性能没有得到很好的发挥。