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丹佛斯OGD电机在饮料包装线上的应用


一.概述:
某饮料包装线的套标机传输皮带使用两台同步电机作传动电机,用一台Danfoss VLT5000变频器内置Profibus-DP通讯卡,同时驱动两台同步电机。由于电机已经使用多年,需要更换。但是原电机采购成本较高,供货时间也较长,因此上海津信选择如下解决方案:
用两台Danfoss OGD电机替换原SSB Duradrive同步电机,用2台FC302驱动器内置MCA114 Profibus-DP通讯卡驱动两台OGD电机,替换原系统的VLT5000变频器。
二.项目理论分析:
1、原设备的设计原理
套标机输入侧送瓶使用螺杆推进,螺杆推进起到分瓶作用;输出侧送瓶采用传输皮带,传输皮带的线速度比螺杆高,起到拉开间距的作用。为使套标准确,要求传输皮带的转速与分瓶推进螺杆的转速保持精确的速度比。分瓶推进螺杆上安装主编码器,主编码器信号既用于套标又用于传输皮带的速度控制。传输皮带如果用伺服驱动的话,的确可以做到很精确的速度比控制,但是此处的应用不需要伺服级的精度;传输皮带如果用异度电机驱动的话,必须要在异步电机上加装编码器,采用电子角度同步控制方式才能保证精确的速比控制;原设计使用同步电机加VLT5000变频器的方案,非常简单地解决了高精度同步速比控制的问题,因为同步电机的转速与变频器输出频率成严格正比,而VLT5000变频器输出频率又能与脉冲输入频率保持严格比例关系,结果使传输带的速度与分瓶推进螺杆的转速保持高精度速度比例。
通过上面的分析,可知用丹佛斯OGD永磁同步电机替换原同步电机是最简单可行的替换方案。
2、OGD电机选型
原永磁同步电机规格:
电机额定转速:3000 RPM
电机额定功率:1.5kW
可以算出电机额定转矩为4.8Nm
实测原电机总减速比约:28.7
设备额定转速=3000/28.66=104 RPM
设备额定转矩=4.8×28.7=138Nm

参考OGD电机选型样本,OGDSK214K13电机的转速-转矩特性如下:

减速比i为14.13,最高输出转速210rpm,输出转矩大于140Nm,满足驱动要求。
3、变频器选型:
OGD电机的转矩常数为:1.7Nm/A

138Nm需要的驱动电流:

查阅Danfoss FC302变频器选型手册,FC302P2K2T5变频器额定输出电流5.6A,与此电机的驱动电流相匹配。
三.机械安装:
安装OGD需要按现场条件准备辅助支架和转动轴,这些附件的机械尺寸如下图:

预先准备好安装附件,现场安装就会非常简便。
四.升级改造的软件变动:
由于原系统为1台变频器驱动两台同步电机,改造的系统为两台变频器驱动两台OGD电机,因此改造的设计出现两种方案。
第一种方案,不动PLC程序,一台FC302做主机,加装MCA114 Profibus-DP通讯卡,接入原DP现场网络。主机接线图如下:
另一台变频器做从机,采用丹佛斯特有的脉冲主从控制方式,跟随主机输出。实践证明此种控制方式生立,两台电机转速同步性非常好,转速只有很小的误差。唯一的缺点是从机的报警状态无法被系统检测到。
为使改造系统完美,在第一种方案试机成功以后,我们又为客户设计了第二套改造方案,将从机变频器也加入到DP总线上,
增加了21号站,配置I/O地址为PIB316~323,PQB324~327。程序增加network6,使从机的控制命令与20号站(主机)的完全相同。修改原报警程序,合并从机的报警。程序下载以后系统工作正常。
变频器主要参数设置:
五.改造后运行效果:
柜内变频器安装和现场电机安装效果图:
参考文献
[1] VLT5000操作说明. MG51A841. Danfoss
[2] FC300编程指南. FC300 Programming Guide. MG33MI02. Danfoss
[3] OGD操作手册. OGD Operation Instructions. MG75c402. Danfoss

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