電子秤智能控制的改進及應用

袁書豪

（河南中煙工業有限責任公司漯河卷煙廠，河南漯河 462000）

電子秤智能控制的改進及應用

袁書豪

（河南中煙工業有限責任公司漯河卷煙廠，河南漯河 462000）

針對電子秤故障診斷能力不足、異常情況頻發、維修時間過長等問題，開發出電子秤自診斷控制系統和智能語音報警系統，可以自動修復常規故障并實時播報異常語音信息，提高檢修效率，減少批次異常次數和產品質量波動。

電子秤；智能；自診斷；語音報警

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.43

0 引言

在煙草制絲生產線上，電子皮帶秤是一種連續稱重設備，實現物料的輸送、精確計量、恒流量控制、精確摻兌配比、加香加料控制和定料給料控制等功能，用來滿足精確控制和數據采集的要求，為精密加工和穩定制絲產品的質量奠定基礎。隨著煙草制絲線自動化和柔性加工的需要，要求電子秤控制技術更先進、精度更高、數據轉換更快、實時通信性更好；同時要求性能穩定、可靠性高、維護簡單、輔助檢測功能進一步完善。隨著電子皮帶秤技術發展和總線系統的應用，為跨平臺數據綜合應用提供支撐，各種控制功能得以實現，如指標輔助測試功能，多秤臺多傳感器自動切換功能，聯合監控功能等，使自診斷校驗功能成為可能。

1 存在問題及現狀分析

1.1 電子皮帶秤工作原理

皮帶秤由秤架、荷重傳感器、測速編碼器和觸控操作屏等4大部件組成。控制柜中PC裝置在接受由稱重傳感器來的重量信號和測速機的速度信號后，通過CPU模塊運算，得出物料的瞬時流量、累計重量及電機控制等信號，從而完成電子秤的自動稱重和控制等功能。

圖1 電子秤系統原理

當秤架上有物料經過計量段時，對這一區段稱重托輥產生壓力，稱重托輥將這個力作用到負荷傳感器上，使傳感器產生一個與此區段上的物料質量成正比的電壓信號。該信號經過稱重放大器處理后送入模擬量模塊，同時測速機構產生與皮帶速度成正比的脈沖信號，送給可編程控制器進行計算和控制，最后在觸控屏上顯示質量、速度、流量和精度等參數。

1.2 電子秤控制系統存在問題及現狀分析

漯河卷煙廠目前使用的電子皮帶秤，采用雙托輥、雙傳感器結構，物料均勻通過的情況下計量精度較高，能將稱量精度控制在標準范圍內；但傳感器等故障較多，出現異常問題進行維修時，要通過因素分析、追蹤、篩選等方法處理，故障排除時間受維修員個人因素的影響較大。另外，此種秤已使用十年之久，未經過項修和改進，控制技術較為落后，自診斷功能較弱。

表1 2017年1-3月松散回潮電子秤異常統計

從表1可以看出，精度問題、電氣故障、流量、荷重、速度瞬間波動和皮帶打滑等是電子秤主要故障，占故障總數的81.25%。由于電子秤自身故障診斷能力不足，導致維修時間過長、故障排除時間拖延等。

由于自診斷功能較弱，不能及時發現電子皮帶秤運行中異常問題，往往要到生產結束后數據的比對分析或者是在維修人員校驗后才能發現，自動校驗功能更差。恰恰是這些事后發現的物料計量問題，帶來難于彌補的質量損失。

2 系統改進及應用

在現有電子皮帶秤基礎上改造相應機械和電氣器件，開發應用自診斷系統（圖2）。在生產前和生產過程中分別增加不同的故障智能診斷系統，實時發現異常、對異常做出綜合判斷，并對可能的異常實施應急措施，實現故障自校驗，保證控制精準，實現電子秤運行狀態可控。

2.1 荷重傳感器判異功能實現

單托輥雙傳感器或雙秤臺四傳感器，均可實現傳感器異常自診斷：每個荷重傳感器工作時將荷重輸出信號上傳到可編程控制器，PLC轉換和處理接收到的稱重信號并對荷重傳感器傳輸信號周期性掃描（圖3）。生產過程中，2個秤臺同時計量，通過計算計量數據差值是否超過預設值，判斷秤臺是否正常運行。出現精度異常時，智能報警系統發出對系統進行檢查或自動調整的指令，據此觸發自診斷自校驗系統工作流程并定位異常發生部位，從而節省了故障查找和檢修時間。

圖2 自診斷自校驗系統工作流程

圖3 稱重傳感器原理

2.2 測速傳感器自診斷

電子皮帶秤交流電機運行時，旋轉編碼器發送出代表皮帶速度的脈沖電壓信號，經計數器變為速度脈沖，計算整圈的編碼器脈沖數理論值，累計實際一圈的編碼器脈沖數，對比2個數值來檢定測速傳感器的好壞。當誤差有增大趨勢時，自動修正脈沖信息，經反復測試，脈沖值誤差超過10%以上可判定傳感器異常，據此輸出報警信息并通過智能語音報警系統發出語音提示。

2.3 位移檢測功能實現

在皮帶左右兩側增加位置檢測接近開關，使接近開關接頭與輸送帶面距離為2～4 mm，調整活動支架、使左、右接近開關同時接收到皮帶金屬片給出的信號，同時接收到信號的時間間隔不能太大。皮帶跑偏到一定位置，接近開關檢測皮帶上左、右偏離信號，送入PC裝置，經判斷處理后發出控制信號，自診斷程序啟用，確定電動推桿的運行方向，給校偏機構發出指令，使皮帶自動恢復至中間位置，實現自動糾偏（圖4）。若長期校偏仍不能使皮帶恢復到中間位置，則發出帶偏信號，并通過語音播報，提醒操作人員及時排除故障、校正皮帶位移。

圖4 位移檢測原理

2.4 語音報警系統的應用

確定各個異常報警輸出閥值（報警值），根據邏輯控制設定限制條件，并編寫工藝參數報警輸出控制程序，將程序異常輸出與語音報警信息一一對應，經過語音處理軟件處理，播報故障信息，同時對故障信息進行分類存儲（圖5）。對于警示故障，通過自診斷、自校驗系統自動修復，對于禁止故障，設備自動停止運行，并通過語音報警系統定位故障位置，提醒巡視人員處理。

圖5 語音報警系統工作流程

3 改進效果

（1）自診斷校驗系統的應用，減少了批次中的異常次數和產品質量波動，提高電子秤過程控制能力。經統計分析，異常診斷能力達85%以上、自校驗能力達60%以上，質量缺陷和設備隱患預防管控能力提高。

（2）智能語音裝置與中控系統有機融合，在生產前點檢和生產中，及時準確發布設備異常狀態，提醒操作人員預防和處理，減少誤操作和反應時間。異常趨勢的判斷準確性和處理效率提高，系統能指導維修工準確定位設備故障點、提高維修效率。

（3）通過自診斷監控畫面，語音報警系統的開發，電子秤的維護更簡單、性能更可靠，可在行業和同類設備推廣應用。

［1］國家煙草專賣局.卷煙工藝規范［M］.北京：中央文獻出版社，2003.

TH715.1+99

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〔編輯 吳建卿〕