打葉復烤生產線電子皮帶秤調校研究

李紅梅，曾朝彬

(紅云紅河煙草(集團)有限責任公司 紅河卷煙廠，云南 彌勒 652399)

0 引言

在紅河打葉復烤生產線上，為了實現煙葉的流量控制、產品計量、摻配對比，在每條生產線都配置了昆船CA型雙托輥電子皮帶秤。由于在電子皮帶秤的使用過程中會產生“皮帶效應”，從而使其在使用過程中呈現出穩定性和可靠性差，計量精度和控制精度誤差較大等問題。為保證電子皮帶秤動態測量準確度，需要在實際應用中每個月根據電子皮帶秤調校規程對電子皮帶秤進行調校，以保證其計量精度誤差≤0.5%，控制精度誤差≤1%。

1 電子皮帶秤結構及工作原理

1.1 電子皮帶秤結構

昆船CA型雙托輥電子皮帶秤主要由一條皮帶輸送機和一個微機控制柜組成，如圖1所示。

圖1 電子皮帶秤組成

皮帶輸送機主要由輸送托輥、稱重托輥、傳感器等部件組成，如圖2所示。微機控制柜主要由PLC、操作終端、變頻器等組成，如圖3所示。雙托輥電子皮帶秤輸送機如圖4所示。

圖2 皮帶輸送機主要組成

圖3 微機控制柜主要組成

圖4 CA型雙托輥電子皮帶秤輸送機

1.2 電子皮帶秤工作原理

皮帶輸送機完成物料輸送并通過安裝在輸送機上的檢測元件(傳感器)完成重量信號檢測，物料重量對稱重托輥產生壓力，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物料質量成正比的電壓信號P；同時測速機構產生與皮帶速度成正比的脈沖信號A；CPU完成對這兩個信號的處理，從顯示器上顯示出重量、速度、流量等參數。電子皮帶秤工作原理框圖如圖5所示。

圖5 電子皮帶秤工作原理框圖

電子皮帶秤的PLC將采樣到的重量信號與速度信號進行乘積運算，得到瞬時流量，再與控制面板置入的設定流量進行偏差運算，該信號經工藝電柜內的PLC的PI運算產生相應的皮帶速度控制信號，經A/D轉換輸出控制信號給變頻器，變頻器根據此信號對電子秤皮帶電機及喂料提升帶電機的轉速進行控制，從而達到調節皮帶速度進而調節物料流量的目的。電子皮帶秤控制原理如圖6所示。

圖6 電子皮帶秤控制原理

1.2.1 重量信號

當物料通過皮帶秤時，計量區內的物料重量將作用于稱重壓力傳感器上，稱重傳感器輸出0 mV～24 mV正比于物料重量的電壓信號P，該信號經稱重放大器放大處理成0 V～10 V電壓后送入模擬輸入模塊，經A/D變換后再送CPU模塊進行運算,至此完成一次重量采樣工作。重量和速度信號采集原理如圖7所示。即：傳感器(0 kg～10 kg)→mV信號源(0 mV～24 mV)→變送器輸出信號(0 V～10 V)→AD碼值(0～27648)。

圖7 重量和速度信號采集原理

1.2.2 速度信號

皮帶秤運行過程中,速度編碼器產生與皮帶速度成正比的脈沖信號(其中500個脈沖即代表電機轉過一轉(500 P/R))，送給PLC進行計算和控制。

2 電子皮帶秤使用現狀

打葉復烤生產線潤葉機入口有2臺電子皮帶秤，隨著使用年限增加，對物料流量控制波動增大，流量控制趨勢如圖8所示，最大流量達15 000 kg/h，最小流量達7 500 kg/h，平均波動范圍±3 500 kg/h，即平均振幅約±30%，流量的變化造成潤葉機內負荷波動，難以穩定在一個較好的狀態，致使煙葉水分、溫度、潤透率大幅波動，造成打葉過程中煙葉造碎率增加并直接影響片煙質量；流量的波動，容易造成打葉復烤線設備的欠載或超載，以及空料、堵料，增加能耗及成本，降低了設備的運行效率。

圖8 電子秤流量控制趨勢

打葉復烤生產線每天生產運行時間高達23 h，對設備的連續工作能力要求較高，留給工人的維護時間短，且物料在各個生產工序的水分、溫度、形狀不同。由于是連續作業，所以要求設備要盡可能持續運轉。因此，針對這兩臺電子皮帶秤的使用現狀，在加大日常巡檢維護的同時將校秤周期由一個月調整為兩周，且調校過程嚴格按照復烤車間《電子皮帶秤調校規程》執行。然而，控制效果卻改觀不大，仍存在流量波動大、計量不準確等問題。

3 電子皮帶秤調校改進措施

3.1 增加生產操作測試界面

在電子皮帶秤上位增加生產測試操作界面，在線生產運行狀態下，設定采樣時間，點擊“生產測試”按鈕，利用PLC自動完成采樣、運算等工作，結果顯示于操作界面，并可遠程修正流量校正系數。生產測試操作界面如圖9所示。

圖9 生產測試操作界面

3.2 增加校秤測試操作界面

取消人工現場采樣、運算校驗控制精度的方式，在上位機上新增校秤測試操作界面(如圖10所示)，設定采樣時間、控制流量，在校秤前準備工作完成后，點擊“校秤測試”按鈕，PLC就會自動完成數據采集、運算等工作，結果顯示于操作界面，并可遠程修正流量校正系數。

圖10 校秤測試操作界面

4 電子皮帶秤調校方法實施

4.1 上位機部分

4.1.1 電子秤控制精度測試操作界面設計

為了方便對兩條生產線電子秤的調校與管理，將兩條生產線電子皮帶秤控制精度測試功能合并在同一個操作界面，如圖11所示。

圖11 電子秤控制精度測試界面

4.1.2 電子秤控制精度測試界面組態

根據PLC定義的地址，編輯標簽變量，組態操作按鈕、數據顯示框等。

4.2 PLC部分

4.2.1 組態及編程

組態預處理后段PLC與兩臺電子皮帶秤PLC間數據傳輸的輸入輸出映像區，并分配定義地址，然后構建生產測試功能程序邏輯框圖，如圖12所示，校秤測試功能程序框圖如圖13所示，并利用PLC編程實現生產與測試功能。

圖12 生產測試功能程序邏輯框圖

圖13 校秤測試功能程序邏輯框圖

4.2.2 仿真測試

(1)采用WinCC仿真軟件，測試顯示值、偏差、控制精度誤差、流量校正系數公式運算結果正確性。

(2)程序下傳PLC，校對上位操作介面的按鈕、數顯框的地址與PLC地址一一對應。

(3)在線生產運行狀態下，操作“生產測試”功能，檢驗界面上各數據顯示的正確性。

(4)周期性校秤準備工作就緒，操作“校秤測試”功能，檢驗界面上各數據顯示的正確性。

5 效果驗證

新增電子皮帶秤控制精度測試功能界面如圖14所示，集中反映了兩臺秤的兩種調校方法、調校結果、流量校正系數參數，方便在線監測。

圖14 電子皮帶秤控制精度測試操作界面

電子皮帶秤控制精度測試操作界面具有控制精度“誤差超標警示”功能，促使每班操作和修理人員及時對秤進行維護，有效提升了物料流量控制的均衡性與穩定性。改進后的電子皮帶秤流量控制趨勢如圖15所示，進而穩定和提升了后續潤葉、打分、復烤工序設備的加工質量。

圖15 電子皮帶秤流量控制趨勢

6 結論

在打葉復烤生產中，電子皮帶秤的精度影響煙葉水分、溫度和流量控制，進而影響片煙質量和設備運行效率。通過對電子皮帶秤調校方法進行研究，改善了現有電子皮帶秤調校過程中存在的問題，提升了電子皮帶秤的控制精度和計量精度，有效提升了潤葉工序煙葉流量控制的穩定性，使潤葉機負荷穩定在一個較好的狀態，確保煙葉水分、溫度、潤透率滿足工藝生產要求，并降低了煙葉生產過程中的造碎率，進而提高了片煙質量。