| 卷煙自動配料系統的設計與實現 | 2020-03-06 |
| 卷煙廠對香煙生產的質量控制，其關鍵是煙絲成份配比的控制。改變卷煙中葉絲、薄片絲、梗絲、膨脹絲、殘絲等的配比，可生產出不同品牌和檔次的香煙。煙絲配比的穩定性不僅直接影響到卷煙的吸味，還關系到煙廠的生產效益。所以在煙絲生產過程中，各條配料輸送生產線必須嚴格協調控制，對料位、流量及時準確地進行監測和調節。自動配料系統在線監控點多、采樣精度高、邏輯條件復雜，若用一般控制方式設計，配料系統繁瑣，故障率高，性能難以滿足工藝要求。為此，宜采用的計算機技術和控制理論設計，提高配料系統的穩定性和可靠性；添加通信功能，實時顯示各原料配比的變化趨勢及故障報警畫面，形成自動檢測、控制、監管相結合的一體化配料系統。 1配料系統概述及工作原理 卷煙自動配料系統主要由配料輸送流水線、高低料位倉監控、配方計量控制、混合攪拌控制及成品倉料位控制等組成。根據生產工藝要求，煙絲成份配料控制和流量計量均由PLC控制。在生產控制過程中，以煙絲主要成份（葉絲）的計量流量為依據，按配方比率摻配其它各料。配方計量控制是計量偏差與變頻調速的結合，如圖1所示，由PLC、觸摸屏、變頻器、電子皮帶秤等實現。 當秤架上有煙絲流過時，由稱重變送器輸出一正比于煙絲重量的計量電平信號，經A/D轉換成重量碼Mp；由旋轉編碼器發出跟蹤皮帶速度的脈沖信號，經計數器轉換成速度碼Mv。再由CPU計算得實時流量Qn=Kn×Mp×Mv及累計產量W=∫Qndt，兩值經串口送顯示屏顯示。實時流量Qn與予置給定流量Qp相比較得配料偏差e=Qp－Qn，經PID調節改變D/A輸出接口電平，以控制變頻器對輸送電機的速度調節，即反向調節Mv值，從而實現定量給料。 各配料同時混合計量，并按配方工藝要求加香、加水等，經均勻攪拌后送煙絲成品柜，以待后用。 2配料系統技術要求及主要功能 2.1技術要求 ⑴各控制秤級聯啟停，故障自檢及應急手動運行，保證正常工作； ⑵對配方比率、流量系數Kn、速度系數等進行設定和調整； ⑶對生產工藝參數自動記錄； ⑷計量誤差≤±0.5%，高/低速計量誤差≤±1%，控制誤差≤±1%，配比偏差≤±2%； ⑸流量輸出信號0～10V或4～20mA任選。2.2配料系統主要功能 ⑴檢測功能配料系統能實時檢測各配料儲柜料位、入口配料重量、輸送機速度、煙絲溫濕度、操作按鈕（開關）狀態，故障自檢等。 ⑵控制功能-配料系統能實現煙絲流量的計量、PID調節，控制變頻器輸出頻率；各配料秤間級聯控制；當配料系統發生故障時，除啟動故障報警外，還切換相應設備的工作狀態。 ⑶顯示功能-配料系統具有豐富的顯示功能，實時顯示檢測到的各項工藝參數及工作運行圖表，主要包括配料系統參數設定表、運行參數棒圖、流量記錄圖、配比變化趨勢圖及故障診斷信息圖，方便操作人員了解配料系統運行工況。 ⑷診斷功能-配料系統具有故障自檢功能，當配料系統硬件電路（包括檢測、執行元件）損壞、軟件運行出錯，或電子秤超速、過載、皮重過大時，配料系統均能給出故障診斷信息，為操作人員提供了直接的故障探查手段，以迅速確定故障點。 ⑸維護功能-配料系統可實現自動去皮、自動掛碼、自動標定、自動校正端點系數等。利用校準的砝碼實際值和測量的帶速作為計量基準自動校正計量誤差。 3配料系統硬件設計 配料控制過程是一個多輸入、多輸出、滯后特性明顯的特定對象，除要求現場生產具備一定工藝條件外，更要求配料系統硬件配置高可靠。基于配料系統設計要求，選用A-B公司SLC500系列可編程序控制器為工作主機，并配以相應的接口模塊：DI/O模塊選用1746-IB16/OW16，AI/O模塊為1746-NI8V/NO4V，計數模塊為1746-HCSE。該系列PLC采用模塊式結構，配置靈活，功能齊全，運行可靠，具有良好的環境適應性和抗干擾能力；且軟件編程簡單，指令豐富，易于學習和使用。PLC負責配料工藝的算術運算及邏輯控制，包括設備的狀態檢測、煙絲檢測；執行邏輯、算術運算；輸出執行指令（參數），完成級聯控制、電機速度調節、配料啟停等功能。 在人機交互的操作、顯示界面上，采用GP370彩顯智能觸摸屏，實行全程漢化人機對話觸摸工作方式，性能穩定，操作靈活。以串行通信方式完成與PLC之間通信，在線運行配比參數設定和信息查詢，實現監控配料過程。 煙絲流量檢測與配料質量直接相關。檢測回路主要由重量傳感器、信號放大器、AI模塊、速度編碼器、計數模塊組成。信號放大器采用具有自校準功能、高精密、高性能運放設計，合理運用電磁兼容性、全屏蔽結構設計電路板，具有高穩定、低漂移、輸入阻抗高等特性。 對配料系統的煙絲料位、秤間級聯、線路供電、變頻器異常等都設有檢測保護開關。各檢測信號串聯，作為PLC啟動運行的聯鎖條件，保證配料系統在正常條件下工作。 4配料系統優化及功能實現 配料系統設有自動/手動2種控制方式，由選擇開關或觸摸按鈕轉換。根據配料工藝要求，以自動控制為主，手動方式僅在應急操作、單秤計量或標定時使用。配料系統采用了高精度模擬量檢測，數字化測速，變頻調速，皮帶自動糾偏，誤差自動校正，觸摸屏操作、顯示等設計，實現配料生產的連續計量及穩定控制。若電子秤運行多年出現計量誤差時，啟用配料系統維護功能，可實現自動校正。當設備出現故障或工藝參數不正常時，配料系統給出故障診斷信息，并啟動燈光及蜂鳴器報警，且僅當故障排除后，才能有效通過按鈕復位報警。配料系統工作時，PLC控制主電控柜上對應狀態指示燈亮，觸摸屏實時顯示各原料配比的變化趨勢、瞬時流量、皮帶速度及故障報警畫面等，方便了操作員對整個配料過程的監視。若生產所需，配料系統可通過聯網與中控室上位機通信，實現集中控制操作。 為提高配料系統的可靠性，還作了如下優化設計： （1）煙絲重量檢測采用球頭拉桿裝置，由球頭拉桿承載于計量支架與重量傳感器間。由于儲柜喂料對皮帶經常產生顫動及秤架工作運行時的震動，使傳感器檢測失真。改用垂直受力的拉桿結構后，可減少檢測誤差。 （2）添加皮帶糾偏裝置。在秤架兩側安裝皮帶導輪及跑偏調整托輥，實現皮帶運行時自動糾偏，以利于電子秤運行穩定、計量準確。 （3）控制電機選用進口SEW電機，它動態性能好，運行平穩，轉矩大，變速反應迅速、準確，有效消除配料因執行機構反應滯后產生的誤差。 （4）為抑制電源及變頻調速器對控制配料系統的噪聲干擾，采用線路濾波器、隔離變壓器及分離開關單獨供電。線路濾波器安裝時盡量靠近PLC電源，用最短雙絞線連接，且將其輸入、輸出配線分開；變頻調速器及其配置的濾波器盡量置于柜體底部，縮短柜內線段，濾波器外殼接地。 （5）對檢測開關、PLCI/O信號、重量變送器、速度編碼器等采用專用凈化電源供電，以提高信號線路的抗干擾能力及整套設備的電磁兼容性。 （6）采取合理的配線方式。控制線路、電源線路和信號線路分別獨立配線，且相互間保持一定距離，設法避免長距離平行配線，采取垂直交叉走線方式，以及輸入、輸出信號線分槽布置。對速度調節、流量計量、測速脈沖等信號采用雙絞屏蔽電纜傳送，并將信號線屏蔽層一端可靠接地。 5配料系統軟件設計 5.1PLC軟件設計 根據煙絲各原料在計量運算、配制控制方式上具有一定共性的特點，采用模塊化結構方式設計配料系統控制程序，以提高程序的編程效率和可讀性。設計時首先按工藝流程確定配料系統中各運行狀態的先后次序及聯鎖關系；畫出PLC各輸出信號與輸入信號的邏輯、運算關系；再由關系轉化為梯形圖。該程序分別由煙絲計量、PID運算、過程監控、故障診斷等程序段組成，采用模塊化結構方式編制后，程序流程有序、邏輯清晰。煙絲配料過程時間短，條件多，運算復雜，為此，將配料系統的運行和故障聯鎖等全部由PLC控制，以提高配料系統的可靠性；在軟件設計中適當添加聯鎖條件，使各電子秤嚴格確保相互約束或定時關系；建立合適的狀態標志位，并準確應用于各控制狀態的設計中；設置識別及處理故障的能力，對配料系統中的煙絲料位、變頻器異常等采用延時確認方式。 5.2人機交互界面設計 配料系統人機交互操作、顯示界面是基于Windows98環境下設計，選用Digital公司的ProTool軟件編程，該組態軟件具有較高的穩定性和兼容性，直觀的圖形界面便于學習和使用。軟件編制時以填入式對話建立目標；將功能模塊在策略編輯器中按工藝要求所需邏輯將其聯接。 | |
