煙草物料高精度自動定量下料控制系統的設計

陳 霞

(河南中煙工業有限責任公司 安陽卷煙廠,河南 安陽 455004)

0 引言

煙草公司在具體生產環節,需要進行定量、定時下料,具體在相關容器之中,每隔4 個小時,就會增三乙基鋁物料活化劑,容量為2～2.1 L。 傳統采用的是人工模式,在具體生產之際,往往出現忘記加料,或者不能準點加料,進而導致產品品質有所下降。 立足于PLC的自動加料系統,就能對上述局限性進行很好解決,能夠兼具自動、手工加料功能。 使用者只需要對加料時間間隔、每次加料量多少進行設定,就能實現自動化加料。 該系統通過具體調試,獲得較佳效果,證實該方法對物料能夠自動化增添,因此本項技術也有較佳的參考價值。

1 國內外煙草物料自動加料系統的研究現狀和趨勢

自動加料系統如今在食品、化工、建材、冶金等諸多行業獲得頗為廣泛運用。 近些年,在PLC、計算機技術持續發展下,海內外現場總線技術持續完善,這使得該自動系統方案也持續得到改善。 特別是近些年,PLC技術獲得了巨大發展,這也推動了工控技術的發展,其功能也在日益豐富,實現模擬與數字邏輯控制。 而且其應用領域也在不斷拓展,從早先的單體裝置控制,進一步發展為過程、系統集成控制等[1]。

現場總線能將控制中心、系統、現場設備形成一個系統,并能支持智能、數字化、分散性、多站式通信,對傳統模擬信號標準進行了創新,能夠實現全數字化控制。 雖然集散控制(簡稱“DCS”),解決對模擬控制系統中的精度較低問題,使得系統的抗干擾能力顯著增強,同時還能支持分布式控制,因此在可靠性方面也有了顯著提升,控制能力也獲得了顯著增長。 然而,這種技術對控制器有著較高性能要求,不僅需要較高的處理能力,而且還需要頗高的可靠性[2]。 以現場總線為基礎的加料控制系統,其整體精度較高,而且還有頗快的速度,能夠最大限度減少數據抗干擾性等。 這種控制技術已經成為今后重要的自動化控制方向[3]。

2 自動定量給料系統介紹與系統控制原理分析

2.1 自動定量給料系統介紹

煙草自動加料系統在煙絲生產領域具有重要作用,加料的精準性、穩定性將會對最終產品品質帶來顯著影響。 該加料系統若是沒有較高的匹配精度,就會使得煙葉料液產生較大偏差,很難滿足工藝要求,在相互滲透之后很難對糖料進行均勻化吸收,進而導致在吸食相同品牌香煙時,就會產生差異性口味與香氣,進而影響到產品的品牌效應,還會使得外表出現異狀、黃斑等,使得卷煙的吸味與外觀受到顯著影響。 通過自動化系統,使得粉體在配料時能夠做到高精度,能夠按照標準的配方進行混合[4-6]。

料箱內部存儲的為不同種類、需要進行精準計量的粉末物料,計算機會自動化按照粉末配方的動態要求,對下料行走小車進行自動化控制,從而將其準確運行至配方所對應原料儲料箱,接著將出料口密封蓋進行打開,于是借助于步進電機,就能對粉料輸送系統進行驅動,將儲料箱中的粉末進行輸出。 當下料完成之后,就要對密封蓋進行閉合,隨后運行至接下來的原料箱下端,并完成第二種原料下料工作,直至完成配方下料。 隨后系統進入到延時狀態,在4 小時之后,再進行新一輪自動化下料。

2.2 煙草物料自動加料系統控制原理

2.2.1 煙草物料自動加料系統硬件設計

由于該自動化系統在較為惡劣的環境下運行,其控制需要具有較高的精準性與可靠性,整體要求較為嚴格。在此環境下傳統接觸器-繼電器的控制,其可靠性整體較差,而且維護成本高,難度也較高等。 為了對這種傳統控制技術局限性進行有效改變,本文提出了以PLC 為基礎的自動化下料系統,對當前市場進行綜合,以及分析性價比等要素,本次遴選的PLC 芯片型號為FX3U-16MRES-A,這是由三菱公司所生產,它完全可以滿足本次自動控制要求,而且還不需要相應的擴展模塊。 這款PLC的IO 點分別為8 個,以這種芯片為基礎的自控系統,有著較高精準性,而且維護較為簡單,成本低等,因此可以很好滿足相應企業的高質量生產需求。

2.2.2 煙草物料自動加料系統軟件設計

根據煙草物料自動下料系統要求,用PLC 控制的自動加料催化劑控制系統的梯形圖如圖1 所示。

圖1 自動下料催化劑系統控制梯形

按照本次控制的要求,通過PLC 技術進行控制,能夠對物料催化劑進行自動化加料。 其實現機制為:在觸發SB1 操作鈕后,X0、M0 這兩個線圈分別被通電,于是相應T0 定時器、Y0 線圈得到連通,進而和YV1 電磁閥進行連通,使得該催化劑在漏斗之下進行下放,然后利用現場調試,當下放時間為3.5 秒,此時下料量正好處于設定量,而且誤差控制不超過3.0%。 因此能滿足本次要求[7]。 在T0 線圈延時結束之后,需要將YV1斷開,不再下料。 接著對T1 定時器進行連通,此時延時24 分鐘,此時C0 計算器,需要完成1 個計數,此定時器在斷開后,就能是相應線圈進行斷電,進而使之開展新一輪計時,通過這種循環,當計數器完成10 次循環,也就是240 分鐘,此時,C0 就會觸發動作,使得T0 線圈進行復位,進入到第二輪的下料工作。 若是對SB2 操作鈕進行關閉,那么上述諸多動作都會停止。

在觸發操作鈕SB3 時,此時X2 線圈就會被連接,隨后Y1 和M1 兩個線圈連電,于是YV2 電磁閥就會被連通打開,于是該煙草物料就會轉入至漏斗之中,在其物料位達到設定,就可以對繼電器K 進行打開,使得X3 線圈連電,隨后,M2、T2 線圈通電。 對于T2 來說,就是在YV3 被觸發后,對應物料就會倒入至容器,隨后X3 就會斷開,在此物料周期中,就不可再次連通M2。隨后,將Y1 斷開,相應YV2 也會被斷開,此時物料不能進入到漏斗。 當Y1 不再連電后,就需要對T3 進行自動接通,接著將其進行24 分鐘延時,在一輪演示結束后,C1 計數器進行增1,直至10,達到了4 小時,完成Y1 線圈連通,隨后進入到新一輪的加料動作,同時C1計數器需要被復位,為后續延時等待提供支持。 當觸發SB2 操作鈕時,該系統就不再進行動作。

2.2.3 系統工作時序圖

自動加料催化劑系統時序如圖2 所示。

圖2 自動加物料系統的時序

當按下SB1 啟動按鈕時,煙草物料催化劑下料電磁閥YV1 通電,下放時間為3.5 秒,系統等待時間為4個小時;當按下SB2 停止按鈕時,YV1 電磁閥立即關閉,之后則會立即停止下料。 自動加物料系統的時序如圖3 所示。

圖3 自動加物料系統的時序

當按下SB3 啟動按鈕時,下料電磁閥YV2 通電,當液位傳感器K 接通后電磁閥YV2 立即斷電,系統等待時間為4 個小時,電磁閥YV3 通電10 秒;當按下停止按鈕SB2 時,YV3 與電磁閥YV2 兩者同時關閉,之后會立即停止下料。

3 結語

針對煙草公司物料自動下料問題,面對其有關定時定量的下料操作,傳統的方式大多為人工模式,整體缺乏自動化水平。 為了提升其生產效率,保障產品品質,需要對傳統的電氣設備系統進行升級改造,要對傳統的問題進行分析,并綜合元器件選型、電氣控制方案、現場環境等諸多要素,從而對該自動下料系統進行自動化改造升級。 自該項目投入應用之后,簡化了系統控制線路,提升了工作效率。 應用該技術對煙草公司物料系統進行創新之后,此系統到目前為止從未發生過故障,有較高的穩定性,受到工作過人員的一致好評。