一.概述:
某飲料包裝線的套標機傳輸皮帶使用兩台同步電機作傳動電機,用一台Danfoss VLT5000變頻器內置Profibus-DP通訊卡,同時驅動兩台同步電機。由於電機已經使用多年,需要更換。但是原電機采購成本較高,供貨時間也較長,因此上海深夜福利导航選擇如下解決方案:
用兩台Danfoss OGD電機替換原SSB Duradrive同步電機,用2台FC302驅動器內置MCA114 Profibus-DP通訊卡驅動兩台OGD電機,替換原係統的VLT5000變頻器。
二.項目理論分析:
1. 原設備的設計原理
套標機輸入側送瓶使用螺杆推進,螺杆推進起到分瓶作用;輸出側送瓶采用傳輸皮帶,傳輸皮帶的線速度比螺杆高,起到拉開間距的作用。為使套標準確,要求傳輸皮帶的轉速與分瓶推進螺杆的轉速保持精確的速度比。分瓶推進螺杆上安裝主編碼器,主編碼器信號既用於套標又用於傳輸皮帶的速度控製。傳輸皮帶如果用伺服驅動的話,的確可以做到很精確的速度比控製,但是此處的應用不需要伺服級的精度;傳輸皮帶如果用異度電機驅動的話,必須要在異步電機上加裝編碼器,采用電子角度同步控製方式才能保證精確的速比控製;原設計使用同步電機加VLT5000變頻器的方案,非常簡單地解決了高精度同步速比控製的問題,因為同步電機的轉速與變頻器輸出頻率成嚴格正比,而VLT5000變頻器輸出頻率又能與脈衝輸入頻率保持嚴格比例關係,結果使傳輸帶的速度與分瓶推進螺杆的轉速保持高精度速度比例。
通過上麵的分析,可知用丹佛斯OGD永磁同步電機替換原同步電機是最簡單可行的替換方案。
2. OGD電機選型
原永磁同步電機規格:
電機額定轉速:3000 RPM
電機額定功率:1.5kW
可以算出電機額定轉矩為4.8Nm
實測原電機總減速比約:28.7
設備額定轉速=3000/28.66=104 RPM
設備額定轉矩=4.8×28.7=138Nm

參考OGD電機選型樣本,OGDSK214K13電機的轉速-轉矩特性如下:

減速比i為14.13,最高輸出轉速210rpm,輸出轉矩大於140Nm,滿足驅動要求。
3. 變頻器選型:
OGD電機的轉矩常數為:1.7Nm/A
138Nm需要的驅動電流:
查閱Danfoss FC302變頻器選型手冊,FC302P2K2T5變頻器額定輸出電流5.6A,與此電機的驅動電流相匹配。
三.機械安裝:
安裝OGD需要按現場條件準備輔助支架和轉動軸,這些附件的機械尺寸如下圖:

預先準備好安裝附件,現場安裝就會非常簡便。
四.升級改造的軟件變動:
由於原係統為1台變頻器驅動兩台同步電機,改造的係統為兩台變頻器驅動兩台OGD電機,因此改造的設計出現兩種方案。
第一種方案,不動PLC程序,一台FC302做主機,加裝MCA114 Profibus-DP通訊卡,接入原DP現場網絡。主機接線圖如下:

另一台變頻器做從機,采用丹佛斯特有的脈衝主從控製方式,跟隨主機輸出。實踐證明此種控製方式生立,兩台電機轉速同步性非常好,轉速隻有很小的誤差。唯一的缺點是從機的報警狀態無法被係統檢測到。
為使改造係統完美,在第一種方案試機成功以後,深夜福利导航又為客戶設計了第二套改造方案,將從機變頻器也加入到DP總線上,

增加了21號站,配置I/O地址為PIB316~323,PQB324~327。程序增加network6,使從機的控製命令與20號站(主機)的完全相同。修改原報警程序,合並從機的報警。程序下載以後係統工作正常。
變頻器主要參數設置:
五.改造後運行效果:
櫃內變頻器安裝和現場電機安裝效果圖:
參考文獻
[1] VLT5000操作說明. MG51A841. Danfoss
[2] FC300編程指南. FC300 Programming Guide. MG33MI02. Danfoss
[3] OGD操作手冊. OGD Operation Instructions. MG75c402. Danfoss