某大型烟厂装封箱机故障案例分析

【摘要】本文了从工艺和设备的角度分析了装封箱的故障原因，提出了一种可靠、实用的电气控制解决方案，并详细描述了方案的实施过程。
【关键字】装封箱机、掉烟、电机速度、变频器
1、故障现象
       今年五、六月份我车间的一台YP11装封箱机频繁出现烟条在烟箱内撞坏的现象。经车间工艺、设备技术人员的观察，装封箱机在推入第一垛烟时，最上排的烟条一进入烟箱，就会在惯性的作用下掉到烟箱的后部空位处，当再次推入第二垛烟进入烟箱时，掉到烟箱的后部空位的烟条就被挤坏，同时造成装封箱机机械停机故障。
2、故障分析
       从故障现象来分析和与现场的其他装封箱设备的工况对比来看，造成装封箱机撞坏烟条的主要原因有两个，一是烟箱的尺寸比原来使用的偏大一些，原来装封箱机推烟时，由于烟箱小，烟箱内壁与烟条接触的面积大，摩擦力大，最上排的烟条进入烟箱的惯性小，因此没有发生掉烟的事件，后来工艺指标和纸箱生产变了，烟箱的尺寸增大了一些，烟箱内壁与烟条接触的面积变小，以及年初硬盒包装机的条包美容器改造后,包装机生产出来的烟条表面光滑很多, 烟条之间的摩擦力变小了，最上排的烟条进入烟箱时，就很容易发生相对滑动，继而出现掉烟的现象；二是这台设备比其他设备工作速度快，因为同样的纸箱在其他较慢速度的装封箱机上使用，没有发生这种现象。因此要解决该问题有两种方法，一是改小纸箱尺寸，二是降低装封箱机推烟进箱的速度。由于纸箱是全省统一采购和使用的，改小纸箱尺寸的方法是行不通的，因此唯一的方法是降低推烟进箱的速度。但是要降低推烟进箱的速度并非是一件容易的事情。原装封箱机设备的最大生产能力是160条/分钟，而我车间是五台硬合包装机对接该台装封箱机，为此设备供应商对原设备进行了改进，将设备最大生产能力提升至200条/分钟。设备速度提升后，由于设备的基本结构并没有改变，设备的稳定性受到了很大的影响。特别出现了烟条在烟箱内撞坏的现象，严重的制约了该设备的有效作业率。为了降低推烟进箱的速度，经过技术人员的研究可以采取如下一些解决方案：1改用变速比大一些的减速器来替换原来的减速器，降低电机的速度；2将电机改用高低双速电机；3增加变频器来改变电机的速度。第一种方案经过实践是可以解决烟箱内撞烟的问题，但是降低了装封箱机设备的最大生产能力，满足不了生产，因此不能采用。第二种方案采用高低双速电机是可以可解决问题，但涉及的设备改动面大，实施的难度大，时间长，因此不是一个好方案。最后，大家确认了采用增加变频器来改变电机的速度的方案。方案的工作思路是利用变频器的高低两段速度的预设多段速度应用功能来改变推烟电机，即推烟板推烟进箱时，让变频器低频运行，使推烟电机低速转动；而推烟板离开烟箱时，让变频器高频运行，使推烟电机高速转动，总的推烟周期保持不变。这样既保证在推入第一垛烟时，不会有烟条推倒，又能保证原来的生产能力。
3、维修措施
       采用增加变频器来改变电机的速度的方案要解决两个技术难点，一是装封箱机的推烟周期只有2.1秒,变频器的速度变化会很快,有可能引起变频器跳闸，这涉及到变频器功率的选择和参数的设定问题；二是变频器由低速变高速时的工作点的确定。
（1）变频器选型和主要工作参数计算，控制电路和主电路改接。
       推烟电机的额定功率为0.37KW，工作频率为0-87Hz，工作额定电流为0.95A，通过仪器实测电机启动电流为6.13A。一般来讲，变频器是低压低速启动的，电机的启动电流很小，但在这种应用场合中，我们要求变频器的启动时间尽可能短，也就是变频器能够承受全压启动的电流冲击，因此选择变频器过载电流应大于电机启动电流。变频器的电流过载率为200%，选择额定电流Ie>6.13/2=3.065A的变频器就可以满足要求，而1.5KW的变频器的额定工作电流为4A,于是选用了一台1.5KW的三菱迷你型变频器。接下来我们要确定变频器的工作参数，由于装封箱机的推烟周期很短，因此变频器的启动和停止时间设为最短，即启动时间、停止时间都设为0.1秒；根据未改造的装封箱机推烟电机速度折算为本机的低速推烟速度为41.2Hz, 我们设定低速为40Hz；剩下的高速设定值，我们可以用路程法来计算出来，除去变频器的起停时间后，现在其运行时间为1.9秒,原来以50Hz的速度运行2.1秒，总路程S=50HzX2.1秒=102Hz秒,我们使低速运行55%的路程,高速运行45%的路程,即SL=102Hz秒X55%=56.1Hz秒,SH=102Hz秒X45%=45.9Hz秒。由于低速时间TL=Sl/40Hz=1.4025秒,于是高速VH= SH /TH=45.9Hz秒/(2.1秒-1.4025秒)=65.8Hz, 考虑到中途的速度转换时间,我们设定高速为68 Hz,至此,变频器器的主要参数全部确定完毕。在原推烟电机的主回路改动方面，我们用变频器直接替代原来的接触器作为执行元件，避免了接触器频繁工作对变频器的影响；控制电路改动方面，我们用接触器的启动信号作为变频器运行使能信号，并在PLC中增加一个输出点作为高低速的转换信号，如图3所示。
 

图1、改进前使用推烟电机控制接触器图

2、改进后使用变频器驱动推烟电机

图3、改进前推烟电机电路 VS改进后推烟电机电路

（2）速度转换工作点的确定，在PLC增加高低速转换程序。
第二个技术难点的解决方法有两种，一是固定低速推烟向前的速度，测试出一个周期的时间，然后取55%的周期时间作为高速转换延时时间，但是如果改变了低速的速度时，这种方法就会有问题，不能保证速度转换时的工作点的准确性；另一种方法是利用原机的推烟超时检测器，来获取准确速度转换工作点。推烟超时检测器安装在圆盘上，当圆盘旋转时，检测器输出脉冲信号，这个信号不但可以检测推烟电机是否过载，还可以计算推烟杆的当前位置，因此我们在程序中利用这个信号就可以精确的得到变频器由低速变高速时的工作点。如我们在PLC利用程序计数得到一个推烟周期共产生38个脉冲，按照低速运行55%的路程计算，转换点的脉冲数P=38X55%=20.9，于是我们取21个脉冲作为启动高速推杆回程的工作点。
4、结语
车间电气技术人员灵活的将新技术和新知识应用到实际工作中，经过周详的计划实施和反复的现场调试验证，成功解决了装封箱机运行时烟箱内撞烟的疑难问题。同时也给遇到该问题的其他卷烟厂提供了解决问题的借鉴。

【参考文献】

      1、《YP11装封箱机电气文件》，青岛颐中烟草机械公司。
      2、《西门子S7-300PLC编程手册》，西门子电气。
      3、《三菱S500变频器说明书》，三菱电气。
      4、《电机拖动基础》，机械出版社。
作者简介：李继波，男，1975年出生，电气工程师,工程硕士。现任广东中烟工业有限责任公司湛江卷烟厂卷包车间电气设备员，主管卷包设备、成型设备和卷烟辅助设备的维护管理工作。主要专业方向：PLC系统应用和维护、工业PC的应用、智能传感器应用、变频器和伺服控制器应用等。