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| 卷煙自動(dòng)配料系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) | 2020-03-06 |
| 卷煙廠對香煙生產(chǎn)的質(zhì)量控制，其關(guān)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(chǎn)出不同品牌和檔次的香煙。煙絲配比的穩(wěn)定性不僅直接影響到卷煙的吸味，還關(guān)系到煙廠的生產(chǎn)效益。所以在煙絲生產(chǎn)過程中，各條配料輸送生產(chǎn)線必須嚴(yán)格協(xié)調(diào)控制，對料位、流量及時(shí)準(zhǔn)確地進(jìn)行監(jiān)測和調(diào)節(jié)。自動(dòng)配料系統(tǒng)在線監(jiān)控點(diǎn)多、采樣精度高、邏輯條件復(fù)雜，若用一般控制方式設(shè)計(jì)，配料系統(tǒng)繁瑣，故障率高，性能難以滿足工藝要求。為此，宜采用的計(jì)算機(jī)技術(shù)和控制理論設(shè)計(jì)，提高配料系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性；添加通信功能，實(shí)時(shí)顯示各原料配比的變化趨勢及故障報(bào)警畫面，形成自動(dòng)檢測、控制、監(jiān)管相結(jié)合的一體化配料系統(tǒng)。 1配料系統(tǒng)概述及工作原理 卷煙自動(dòng)配料系統(tǒng)主要由配料輸送流水線、高低料位倉監(jiān)控、配方計(jì)量控制、混合攪拌控制及成品倉料位控制等組成。根據(jù)生產(chǎn)工藝要求，煙絲成份配料控制和流量計(jì)量均由PLC控制。在生產(chǎn)控制過程中，以煙絲主要成份（葉絲）的計(jì)量流量為依據(jù)，按配方比率摻配其它各料。配方計(jì)量控制是計(jì)量偏差與變頻調(diào)速的結(jié)合，如圖1所示，由PLC、觸摸屏、變頻器、電子皮帶秤等實(shí)現(xiàn)。 當(dāng)秤架上有煙絲流過時(shí)，由稱重變送器輸出一正比于煙絲重量的計(jì)量電平信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換成重量碼Mp；由旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)出跟蹤皮帶速度的脈沖信號(hào)，經(jīng)計(jì)數(shù)器轉(zhuǎn)換成速度碼Mv。再由CPU計(jì)算得實(shí)時(shí)流量Qn=Kn×Mp×Mv及累計(jì)產(chǎn)量W=∫Qndt，兩值經(jīng)串口送顯示屏顯示。實(shí)時(shí)流量Qn與予置給定流量Qp相比較得配料偏差e=Qp－Qn，經(jīng)PID調(diào)節(jié)改變D/A輸出接口電平，以控制變頻器對輸送電機(jī)的速度調(diào)節(jié)，即反向調(diào)節(jié)Mv值，從而實(shí)現(xiàn)定量給料。 各配料同時(shí)混合計(jì)量，并按配方工藝要求加香、加水等，經(jīng)均勻攪拌后送煙絲成品柜，以待后用。 2配料系統(tǒng)技術(shù)要求及主要功能 2.1技術(shù)要求 ⑴各控制秤級(jí)聯(lián)啟停，故障自檢及應(yīng)急手動(dòng)運(yùn)行，保證正常工作； ⑵對配方比率、流量系數(shù)Kn、速度系數(shù)等進(jìn)行設(shè)定和調(diào)整； ⑶對生產(chǎn)工藝參數(shù)自動(dòng)記錄； ⑷計(jì)量誤差≤±0.5%，高/低速計(jì)量誤差≤±1%，控制誤差≤±1%，配比偏差≤±2%； ⑸流量輸出信號(hào)0～10V或4～20mA任選。2.2配料系統(tǒng)主要功能 ⑴檢測功能配料系統(tǒng)能實(shí)時(shí)檢測各配料儲(chǔ)柜料位、入口配料重量、輸送機(jī)速度、煙絲溫濕度、操作按鈕（開關(guān)）狀態(tài)，故障自檢等。 ⑵控制功能-配料系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)煙絲流量的計(jì)量、PID調(diào)節(jié)，控制變頻器輸出頻率；各配料秤間級(jí)聯(lián)控制；當(dāng)配料系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，除啟動(dòng)故障報(bào)警外，還切換相應(yīng)設(shè)備的工作狀態(tài)。 ⑶顯示功能-配料系統(tǒng)具有豐富的顯示功能，實(shí)時(shí)顯示檢測到的各項(xiàng)工藝參數(shù)及工作運(yùn)行圖表，主要包括配料系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定表、運(yùn)行參數(shù)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(tǒng)運(yùn)行工況。 ⑷診斷功能-配料系統(tǒng)具有故障自檢功能，當(dāng)配料系統(tǒng)硬件電路（包括檢測、執(zhí)行元件）損壞、軟件運(yùn)行出錯(cuò)，或電子秤超速、過載、皮重過大時(shí)，配料系統(tǒng)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(diǎn)。 ⑸維護(hù)功能-配料系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)去皮、自動(dòng)掛碼、自動(dòng)標(biāo)定、自動(dòng)校正端點(diǎn)系數(shù)等。利用校準(zhǔn)的砝碼實(shí)際值和測量的帶速作為計(jì)量基準(zhǔn)自動(dòng)校正計(jì)量誤差。 3配料系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 配料控制過程是一個(gè)多輸入、多輸出、滯后特性明顯的特定對象，除要求現(xiàn)場生產(chǎn)具備一定工藝條件外，更要求配料系統(tǒng)硬件配置高可靠?；谂淞舷到y(tǒng)設(shè)計(jì)要求，選用A-B公司SLC500系列可編程序控制器為工作主機(jī)，并配以相應(yīng)的接口模塊：DI/O模塊選用1746-IB16/OW16，AI/O模塊為1746-NI8V/NO4V，計(jì)數(shù)模塊為1746-HCSE。該系列PLC采用模塊式結(jié)構(gòu)，配置靈活，功能齊全，運(yùn)行可靠，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力；且軟件編程簡單，指令豐富，易于學(xué)習(xí)和使用。PLC負(fù)責(zé)配料工藝的算術(shù)運(yùn)算及邏輯控制，包括設(shè)備的狀態(tài)檢測、煙絲檢測；執(zhí)行邏輯、算術(shù)運(yùn)算；輸出執(zhí)行指令（參數(shù)），完成級(jí)聯(lián)控制、電機(jī)速度調(diào)節(jié)、配料啟停等功能。 在人機(jī)交互的操作、顯示界面上，采用GP370彩顯智能觸摸屏，實(shí)行全程漢化人機(jī)對話觸摸工作方式，性能穩(wěn)定，操作靈活。以串行通信方式完成與PLC之間通信，在線運(yùn)行配比參數(shù)設(shè)定和信息查詢，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控配料過程。 煙絲流量檢測與配料質(zhì)量直接相關(guān)。檢測回路主要由重量傳感器、信號(hào)放大器、AI模塊、速度編碼器、計(jì)數(shù)模塊組成。信號(hào)放大器采用具有自校準(zhǔn)功能、高精密、高性能運(yùn)放設(shè)計(jì)，合理運(yùn)用電磁兼容性、全屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電路板，具有高穩(wěn)定、低漂移、輸入阻抗高等特性。 對配料系統(tǒng)的煙絲料位、秤間級(jí)聯(lián)、線路供電、變頻器異常等都設(shè)有檢測保護(hù)開關(guān)。各檢測信號(hào)串聯(lián)，作為PLC啟動(dòng)運(yùn)行的聯(lián)鎖條件，保證配料系統(tǒng)在正常條件下工作。 4配料系統(tǒng)優(yōu)化及功能實(shí)現(xiàn) 配料系統(tǒng)設(shè)有自動(dòng)/手動(dòng)2種控制方式，由選擇開關(guān)或觸摸按鈕轉(zhuǎn)換。根據(jù)配料工藝要求，以自動(dòng)控制為主，手動(dòng)方式僅在應(yīng)急操作、單秤計(jì)量或標(biāo)定時(shí)使用。配料系統(tǒng)采用了高精度模擬量檢測，數(shù)字化測速，變頻調(diào)速，皮帶自動(dòng)糾偏，誤差自動(dòng)校正，觸摸屏操作、顯示等設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)配料生產(chǎn)的連續(xù)計(jì)量及穩(wěn)定控制。若電子秤運(yùn)行多年出現(xiàn)計(jì)量誤差時(shí)，啟用配料系統(tǒng)維護(hù)功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)校正。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障或工藝參數(shù)不正常時(shí)，配料系統(tǒng)給出故障診斷信息，并啟動(dòng)燈光及蜂鳴器報(bào)警，且僅當(dāng)故障排除后，才能有效通過按鈕復(fù)位報(bào)警。配料系統(tǒng)工作時(shí)，PLC控制主電控柜上對應(yīng)狀態(tài)指示燈亮，觸摸屏實(shí)時(shí)顯示各原料配比的變化趨勢、瞬時(shí)流量、皮帶速度及故障報(bào)警畫面等，方便了操作員對整個(gè)配料過程的監(jiān)視。若生產(chǎn)所需，配料系統(tǒng)可通過聯(lián)網(wǎng)與中控室上位機(jī)通信，實(shí)現(xiàn)集中控制操作。 為提高配料系統(tǒng)的可靠性，還作了如下優(yōu)化設(shè)計(jì)： （1）煙絲重量檢測采用球頭拉桿裝置，由球頭拉桿承載于計(jì)量支架與重量傳感器間。由于儲(chǔ)柜喂料對皮帶經(jīng)常產(chǎn)生顫動(dòng)及秤架工作運(yùn)行時(shí)的震動(dòng)，使傳感器檢測失真。改用垂直受力的拉桿結(jié)構(gòu)后，可減少檢測誤差。 （2）添加皮帶糾偏裝置。在秤架兩側(cè)安裝皮帶導(dǎo)輪及跑偏調(diào)整托輥，實(shí)現(xiàn)皮帶運(yùn)行時(shí)自動(dòng)糾偏，以利于電子秤運(yùn)行穩(wěn)定、計(jì)量準(zhǔn)確。 （3）控制電機(jī)選用進(jìn)口SEW電機(jī)，它動(dòng)態(tài)性能好，運(yùn)行平穩(wěn)，轉(zhuǎn)矩大，變速反應(yīng)迅速、準(zhǔn)確，有效消除配料因執(zhí)行機(jī)構(gòu)反應(yīng)滯后產(chǎn)生的誤差。 （4）為抑制電源及變頻調(diào)速器對控制配料系統(tǒng)的噪聲干擾，采用線路濾波器、隔離變壓器及分離開關(guān)單獨(dú)供電。線路濾波器安裝時(shí)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(diào)速器及其配置的濾波器盡量置于柜體底部，縮短柜內(nèi)線段，濾波器外殼接地。 （5）對檢測開關(guān)、PLCI/O信號(hào)、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(hào)線路的抗干擾能力及整套設(shè)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(hào)線路分別獨(dú)立配線，且相互間保持一定距離，設(shè)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(hào)線分槽布置。對速度調(diào)節(jié)、流量計(jì)量、測速脈沖等信號(hào)采用雙絞屏蔽電纜傳送，并將信號(hào)線屏蔽層一端可靠接地。 5配料系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 5.1PLC軟件設(shè)計(jì) 根據(jù)煙絲各原料在計(jì)量運(yùn)算、配制控制方式上具有一定共性的特點(diǎn)，采用模塊化結(jié)構(gòu)方式設(shè)計(jì)配料系統(tǒng)控制程序，以提高程序的編程效率和可讀性。設(shè)計(jì)時(shí)首先按工藝流程確定配料系統(tǒng)中各運(yùn)行狀態(tài)的先后次序及聯(lián)鎖關(guān)系；畫出PLC各輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的邏輯、運(yùn)算關(guān)系；再由關(guān)系轉(zhuǎn)化為梯形圖。該程序分別由煙絲計(jì)量、PID運(yùn)算、過程監(jiān)控、故障診斷等程序段組成，采用模塊化結(jié)構(gòu)方式編制后，程序流程有序、邏輯清晰。煙絲配料過程時(shí)間短，條件多，運(yùn)算復(fù)雜，為此，將配料系統(tǒng)的運(yùn)行和故障聯(lián)鎖等全部由PLC控制，以提高配料系統(tǒng)的可靠性；在軟件設(shè)計(jì)中適當(dāng)添加聯(lián)鎖條件，使各電子秤嚴(yán)格確保相互約束或定時(shí)關(guān)系；建立合適的狀態(tài)標(biāo)志位，并準(zhǔn)確應(yīng)用于各控制狀態(tài)的設(shè)計(jì)中；設(shè)置識(shí)別及處理故障的能力，對配料系統(tǒng)中的煙絲料位、變頻器異常等采用延時(shí)確認(rèn)方式。 5.2人機(jī)交互界面設(shè)計(jì) 配料系統(tǒng)人機(jī)交互操作、顯示界面是基于Windows98環(huán)境下設(shè)計(jì)，選用Digital公司的ProTool軟件編程，該組態(tài)軟件具有較高的穩(wěn)定性和兼容性，直觀的圖形界面便于學(xué)習(xí)和使用。軟件編制時(shí)以填入式對話建立目標(biāo)；將功能模塊在策略編輯器中按工藝要求所需邏輯將其聯(lián)接。 | |
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