卷煙機(jī)新型重量控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

彭峋

摘 要：為增加卷煙機(jī)生產(chǎn)煙支重量標(biāo)偏的合格率，設(shè)計(jì)一種新型長(zhǎng)短周期重量控制基本原理和方法。用這種方法設(shè)計(jì)的系統(tǒng)在PASSIM卷接機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用，取得了很好的使用效果。

關(guān)鍵詞：長(zhǎng)短周期 重量控制 標(biāo)準(zhǔn)偏差

中圖分類號(hào)：TP271 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）02（c）-00-01

卷煙重量是卷煙的一項(xiàng)基本指標(biāo)。直接影響卷煙的吸阻、硬度、主流煙氣和感官質(zhì)量等各項(xiàng)指標(biāo)[1]。在目前實(shí)現(xiàn)的卷煙機(jī)煙支重量控制系統(tǒng)中，煙支重量都是采用大慣量的閉環(huán)控制，重量控制系統(tǒng)通過(guò)檢測(cè)的煙支重量與目標(biāo)重量進(jìn)行比較，根據(jù)殘差的大小，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整后的重量再進(jìn)行檢測(cè)以確定執(zhí)行的結(jié)果，這樣反復(fù)的進(jìn)行檢測(cè)、調(diào)整達(dá)到閉環(huán)控制的目的，即重量的檢測(cè)在執(zhí)行機(jī)構(gòu)之后。其優(yōu)點(diǎn)是可以對(duì)執(zhí)行的情況進(jìn)行監(jiān)控和不合格品剔除，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)態(tài)控制；缺點(diǎn)：具有滯后性，對(duì)于某個(gè)煙支不能進(jìn)行控制，不能適應(yīng)煙絲離散帶來(lái)的煙支重量的偏差。而煙支中煙絲的合理分布對(duì)卷煙物理指標(biāo)的穩(wěn)定性有著重要影響。[2]煙支重量短期標(biāo)準(zhǔn)偏差是衡量煙支質(zhì)量與卷煙設(shè)備運(yùn)行情況的一個(gè)重要指標(biāo)，它與原料煙絲的質(zhì)量特性，供料系統(tǒng)的送絲、勻絲、計(jì)量、分選、吸絲成型、劈刀刷絲輪機(jī)構(gòu)、重量控制系統(tǒng)等密切相關(guān)。影響該參數(shù)的因素較為復(fù)雜，其主要因素和原材料、機(jī)械、電器控制有關(guān)。我們針對(duì)機(jī)組的電控系統(tǒng)，結(jié)合設(shè)備的實(shí)際性能以及卷煙環(huán)節(jié)的控制，找出了幾個(gè)影響卷煙煙支重量精度的幾個(gè)因素，并加以改進(jìn)。設(shè)計(jì)一種新的重量控制系統(tǒng)—卷煙機(jī)長(zhǎng)短周期重量控制。來(lái)解決PASSIM機(jī)組的標(biāo)偏的問(wèn)題。

1 長(zhǎng)短周期重量控制的設(shè)計(jì)原理

1.1 設(shè)計(jì)的基本思想

（1）在原重量與緊頭控制系統(tǒng)中增加短周期重量檢測(cè)與控制。短周期檢測(cè)位置在劈刀邊緣前256 mm左右，先檢測(cè)后控制，達(dá)到對(duì)單煙支重量控制的目的。（2）由于長(zhǎng)短周期都需要對(duì)重量進(jìn)行控制，即對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，為協(xié)調(diào)二者之間的關(guān)系，對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的操作統(tǒng)一到短周期控制板進(jìn)行。（3）長(zhǎng)短周期對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制二者的分工：長(zhǎng)周期控制負(fù)責(zé)平均重量的控制以保證煙廠20支煙的重量達(dá)到生產(chǎn)工藝要求；（4）短周期控制是在長(zhǎng)周期控制位置附近，對(duì)單煙支的重量進(jìn)行調(diào)整，以降低煙支的離散度，降低標(biāo)準(zhǔn)偏差。

1.2 長(zhǎng)短周期控制的優(yōu)先權(quán)

長(zhǎng)周期控制的優(yōu)先權(quán)高，短周期的優(yōu)先權(quán)低，在長(zhǎng)周期控制期間，短周期控制暫停，以保證煙支重量的基準(zhǔn)平衡點(diǎn)；為降低長(zhǎng)周期控制的次數(shù)，長(zhǎng)周期控制的投入條件設(shè)置為10 mg左右，這樣20支煙的偏差理論上在±0.2 g，可以滿足生產(chǎn)工藝要求。根據(jù)原重量控制的經(jīng)驗(yàn)，此時(shí)控制頻率已經(jīng)較小，現(xiàn)在加上短周期的隨動(dòng)調(diào)整特性，在短周期控制正常下，長(zhǎng)周期原則上是不需要調(diào)整的，當(dāng)需要調(diào)整時(shí)說(shuō)明短周期系統(tǒng)的控制出現(xiàn)問(wèn)題，需要對(duì)其測(cè)量與執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)函數(shù)出現(xiàn)偏差，需要重新調(diào)整。為保證長(zhǎng)周期平衡點(diǎn)的準(zhǔn)確性，長(zhǎng)周期控制滿足的條件不要放的太大，應(yīng)在2～4 mg。其基本思想是：長(zhǎng)周期來(lái)控制20支煙的偏差，短周期輔助控制以減少單支煙的標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 長(zhǎng)短周期重量控制的設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)要求

長(zhǎng)周期檢測(cè)部分基本保持原設(shè)計(jì)，不做大的改動(dòng)，增加一些必要的數(shù)據(jù)聯(lián)系。（1）長(zhǎng)周期為逼近控制，達(dá)到平衡需要3～5個(gè)控制循環(huán)，現(xiàn)在為100支煙控制1次，為降低長(zhǎng)周期控制的時(shí)間，可降低到30～50支煙控制1次，且在菜單界面上可調(diào)。（2）長(zhǎng)短周期之間需要一些必備的數(shù)據(jù)與控制信息之間的交換：在長(zhǎng)周期控制要投入時(shí)，需要把控制的位置信息傳遞給短周期控制板，傳遞的方式為脈沖形式。脈沖總寬度為1 ms，對(duì)應(yīng)的劈刀位置控制范圍±20 mm，其中0～500 μs為向上調(diào)整的位置量，500～1000 μs為向下調(diào)整的位置量，位置傳輸?shù)姆直媛剩?.02 mm/1μs，定時(shí)器精度可達(dá)到0.4 us遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足精度要求。傳輸脈沖的下降沿在短周期控制板作為中斷任務(wù)，調(diào)度長(zhǎng)周期的控制，1 ms的傳輸延時(shí)，保證了快速響應(yīng)。（3）短周期控制使能信號(hào)：長(zhǎng)周期重量板發(fā)出，以電平中斷或查詢方式，通知短周期控制板可以開(kāi)始短周期控制。高電平有效。（4）數(shù)據(jù)同步信號(hào)：用于密度、標(biāo)偏等數(shù)據(jù)采集的同步，上升沿有效。保留2個(gè)長(zhǎng)短周期聯(lián)系的I/O端口。

2.2 設(shè)計(jì)關(guān)鍵問(wèn)題

（1）測(cè)量需要的基本分辨率：在白桿煙重量為700 mg的基礎(chǔ)下，單煙支測(cè)量的分辨率必須要保證10 mg，不然長(zhǎng)周期20支煙平均重量±0.2的控制精度難以保證。在此基礎(chǔ)上，以8000支/分生產(chǎn)速度下，單支煙采集8個(gè)密度點(diǎn)，則密度檢測(cè)的分辨率必須要達(dá)到：10/（700×8）=0.18%的相對(duì)分辨率。（2）單片機(jī)A/D接口為0～5 V，如果其滿量程對(duì)應(yīng)700 mg，則測(cè)量信號(hào)送入單片機(jī)的測(cè)量信號(hào)電路處理誤差要滿足上面的要求。由于A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)有了0.1%的轉(zhuǎn)換誤差，因此接口電路最大允許誤差為：5×0.08%=4 mV這對(duì)模擬電路處理上的要求是較難實(shí)現(xiàn)的，抗干擾能力也很低。（3）傳感器的量程與分辨率必須要高于此分辨率。（4）吸絲帶吸附煙絲底部高低變化對(duì)測(cè)量的影響。

3 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)在煙支生產(chǎn)線上進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)，該系統(tǒng)可以在PASSIM生產(chǎn)的煙支生產(chǎn)線上可以快速、精確測(cè)定煙支的重量。而且它具有以下特點(diǎn)：在不大改變?cè)瓩C(jī)組重量控制系統(tǒng)的前提下，增加一個(gè)短周期的控制系統(tǒng)，成本更少。在我們安裝的機(jī)組中對(duì)比系統(tǒng)安裝前后，可以降低2～4 mg標(biāo)準(zhǔn)偏差值。考慮到負(fù)壓測(cè)量會(huì)受到環(huán)境因素的影響，因此需要對(duì)算法進(jìn)行進(jìn)一步的補(bǔ)償。

參考文獻(xiàn)

[1] 朱令宇，王根旺，鄭俊力.卷煙煙支重量控制能力評(píng)價(jià)模式分析[J].技術(shù)研發(fā)，2010（1）：8.

[2] 趙漢文，趙曉梅.卷煙機(jī)平整器對(duì)卷煙質(zhì)量穩(wěn)定性的影響[J].煙草科技，2007（12）：22-23，62.