摘要：煙草制絲線煙絲配比工藝段是制絲生產(chǎn)的關(guān)鍵過(guò)程之一，配比型電子皮帶秤稱重系統(tǒng)對(duì)煙絲配比精度控制起著核心作用。本文描述了電子皮帶秤的原理及稱重模塊SIWAREX U在配比型電子皮帶秤上的應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)等。
關(guān)鍵詞：摻配、 稱重模塊、自動(dòng)追加、電子皮帶秤、集成化稱重
Abstract: Cut tobacco’s mixture ratio processing is the key process in tobacco primary line. And the dosing electronic belt scale weighing system plays the core role in precision control of the cut tobacco’s mixture ratio. This paper mainly introduces that the theory of electronic belt scale and SIWAREX U weighing module’s application and related technical features in dosing electronic belt scales.
Keywords: blending, weighing module, automatic superaddition, electronic belt scale, integration weighing
一 前言
煙草工業(yè)生產(chǎn)中，煙絲的配比工藝段無(wú)疑是非常關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)之一。所謂煙絲配比，是指按生產(chǎn)中葉絲的流量為基數(shù)，將梗絲、膨脹煙絲、薄片煙絲以及殘絲中的幾種按各自的設(shè)定比例和葉絲進(jìn)行實(shí)時(shí)均勻的摻配。配比型電子皮帶秤是完成此項(xiàng)工藝段加工過(guò)程的核心設(shè)備，而影響其精度的關(guān)鍵因素之一就是稱重信號(hào)的采集精度及穩(wěn)定性，它將直接關(guān)系到煙絲配比的質(zhì)量，從而也在很大程度上決定著后續(xù)煙支成品的內(nèi)在吸味質(zhì)量的穩(wěn)定性和均衡性。雖然電子皮帶秤的技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟，但對(duì)于應(yīng)用設(shè)計(jì)者而言，技術(shù)進(jìn)步的探索之路永無(wú)止境。
二 配比型電子皮帶秤的工作原理
電子皮帶秤按其工作用途分類(lèi)，一般分為計(jì)量型、控制型、配比型三種類(lèi)型。
計(jì)量型—計(jì)量物料的瞬時(shí)流量及累計(jì)重量。
控制型—均衡地控制物料重量，使物料按設(shè)定流量通過(guò)。
配比型 —實(shí)現(xiàn)葉絲、梗絲、薄片絲、殘絲等的設(shè)定配比。
配比型電子皮帶秤稱重系統(tǒng)由多臺(tái)稱量裝置組成并集中控制，集稱量、配比于一體，具有交互式多任務(wù)、多參數(shù)計(jì)量功能，能夠?qū)νㄟ^(guò)該配比系統(tǒng)的多種煙絲進(jìn)行動(dòng)態(tài)累計(jì)稱量、流量控制，并按一定比例進(jìn)行摻配。
2.1 電子皮帶秤工作原理
各種煙絲通過(guò)限量管（或直接下落）到稱量裝置的皮帶上，隨皮帶向前運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)其通過(guò)稱量裝置有效稱量段時(shí)，其重量通過(guò)輸送機(jī)皮帶和計(jì)量托輥加到荷重傳感器上，傳感器感受負(fù)荷產(chǎn)生的信號(hào)直接送入稱重模塊SIWAREX U中，經(jīng)稱重模塊SIWAREX U采集并轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)直接經(jīng)S7系統(tǒng)總線送入PLC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，檢測(cè)稱量段上的單位長(zhǎng)度重量q（kg/m），同時(shí)測(cè)速裝置檢測(cè)出皮帶運(yùn)行速度v（m/s），經(jīng)過(guò)PLC運(yùn)算得出瞬時(shí)流量和累積量并進(jìn)行顯示。
瞬時(shí)流量為：Q=3600×q×v（kg/h）
累積量為：G=∫q×v×d t（kg）
其中：q=w×h×p s
w — 秤體上物料寬度（m），與限量管寬度有關(guān)。
h — 秤體上物料厚度（m），與限量管開(kāi)口高度有關(guān)。
p s — 物料比重（kg/m3）
v — 帶速（m/s）
2.2 電子皮帶秤配比工作原理
配比型電子皮帶秤控制系統(tǒng)以通過(guò)主稱量裝置的物料瞬時(shí)流量為基準(zhǔn)，與摻配稱量裝置相對(duì)應(yīng)的設(shè)定摻配比例運(yùn)算后，作為該摻配裝置的設(shè)定流量，同時(shí)將測(cè)得的通過(guò)該摻配裝置的瞬時(shí)流量與設(shè)定流量信號(hào)進(jìn)行比較，利用PLC進(jìn)行PID控制運(yùn)算，輸出調(diào)速信號(hào)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變皮帶速度，以達(dá)到自動(dòng)調(diào)整摻配流量的目的。
2.3 電子皮帶秤控制系統(tǒng)組成
配比型電子皮帶秤主控柜部件采用德國(guó)西門(mén)子公司 S7-300系列PLC，其電控系統(tǒng)功能框圖見(jiàn)圖1。
圖1 電控系統(tǒng)功能框圖
S7-300 PLC由CPU317-2PN/DP、高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2、稱重模塊SIWAREX U、數(shù)字量輸入輸出模塊和電源模塊組成。CPU317-2PN/DP主要用于主過(guò)程控制及Profinet通訊。包含數(shù)字量輸入點(diǎn)和數(shù)字量輸出點(diǎn)、模擬量輸入和模擬量輸出回路，其中數(shù)字輸入點(diǎn)和數(shù)字輸出點(diǎn)承擔(dān)著整個(gè)電子皮帶秤的數(shù)字量輸入和輸出控制以及提供與外部聯(lián)機(jī)時(shí)所需的輸入和輸出信號(hào)；模擬量輸入用于4-20mA流量外設(shè)定采樣；模擬量輸出用于變頻器控制及瞬時(shí)流量4-20mA輸出。稱重傳感器的重量信號(hào)由SIWAREX U采樣，速度編碼器的編碼脈沖信號(hào)送入PLC的高速計(jì)數(shù)器。電子皮帶秤根據(jù)來(lái)自重量傳感器的重量信號(hào)、來(lái)自速度編碼器的速度信號(hào)及該秤的設(shè)置信號(hào)和已編制的軟件程序，進(jìn)行稱重、流量控制、配比、通訊并送出速度控制信號(hào)，該信號(hào)送到變頻調(diào)速器從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，帶動(dòng)電子皮帶秤工作。控制型電子皮帶秤控制單元及SIWAREX U電子稱重模塊集成實(shí)物如圖2。
圖2 控制型電子皮帶秤控制單元
2.4 控制系統(tǒng)特點(diǎn)
2.4.1 簡(jiǎn)化了荷重信號(hào)放大電路
荷重信號(hào)采集采用西門(mén)子的電子稱重模塊SIWAREX U，使來(lái)自荷重傳感器的信號(hào)連線直接接入稱重模塊SIWAREX U中，減少了使用信號(hào)放大器的傳統(tǒng)中間放大環(huán)節(jié)，使荷重信號(hào)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度更高，采樣的頻率更快，這就可以保證電子皮帶秤的累積精度。
西門(mén)子稱重模塊（SIWAREX U）具有對(duì)傳感器橋路輸出信號(hào)的電源補(bǔ)償，且傳輸距離遠(yuǎn)，能達(dá)到1000米，精度高，設(shè)計(jì)為0.05%，65000分區(qū)分辨率，控制測(cè)量次數(shù)達(dá)到50次/秒，更有數(shù)字濾波、斷線監(jiān)視等功能，使其更加穩(wěn)定、可靠，計(jì)量精度的穩(wěn)定性在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)可以得到較大限度的保證，從而大大延長(zhǎng)了電子皮帶秤的維護(hù)和標(biāo)定周期。另外，SIWAREX U是一個(gè)集信號(hào)放大、16位A/D轉(zhuǎn)換為一體的專(zhuān)用稱重模塊，它與西門(mén)子PLC的連接直接由背板總線來(lái)完成，大大地簡(jiǎn)化了荷重信號(hào)放大電路，這一系列的優(yōu)勢(shì)使得電子皮帶秤的精度可靠性得到了更大意義上的提升，應(yīng)用水平又上了一個(gè)新的臺(tái)階。
2.4.2 計(jì)量累計(jì)誤差自動(dòng)追加功能
根據(jù)配比型電子皮帶秤的摻配原理，瞬時(shí)摻配精度應(yīng)該能夠得到保證，但是摻配后的煙絲累計(jì)量總體累計(jì)精度隨著時(shí)間的推移可能會(huì)因瞬時(shí)流量的誤差、煙絲來(lái)料不穩(wěn)定等各種因素超出設(shè)定比例的允許范圍，因此我們?cè)O(shè)計(jì)了計(jì)量累計(jì)誤差自動(dòng)追加程序。原理是：當(dāng)累計(jì)誤差超過(guò)允許范圍較大時(shí)在原設(shè)定比例的基礎(chǔ)上增加較大的修正值修訂設(shè)定比例，使其快速回到正常的累計(jì)誤差范圍；當(dāng)累計(jì)誤差超過(guò)允許范圍較小時(shí)在原設(shè)定比例的基礎(chǔ)上增加較小的修正值修訂設(shè)定比例，使其緩慢回到正常的累計(jì)誤差范圍。
三 注意事項(xiàng)
雖然西門(mén)子稱重模塊SIWAREX U具有對(duì)傳感器橋路輸出信號(hào)的電源補(bǔ)償，且傳輸距離遠(yuǎn)，能達(dá)到1000米，但是在通常使用時(shí)應(yīng)盡量縮短荷重傳感器與稱重模塊SIWAREX U的距離，從而盡可能地避免強(qiáng)干擾信號(hào)的介入。如果傳輸距離超過(guò)300米，盡量選擇西門(mén)子訂貨號(hào)為7MH4702-8AG的原裝傳感器電纜。
四 結(jié)束語(yǔ)
使用電子稱重模塊SIWAREX U后，荷重信號(hào)的穩(wěn)定性有了明顯的提高。為使整個(gè)電子皮帶秤的系統(tǒng)精度及穩(wěn)定性會(huì)達(dá)到一個(gè)最佳狀態(tài)，我們?cè)诰唧w使用過(guò)程中，還應(yīng)注意影響荷重信號(hào)穩(wěn)定性的其他因素，如：秤體上的軸承潤(rùn)滑是否良好，皮帶是否干凈，秤體邊緣與皮帶之間是否有異物等等。同時(shí)這種集成化的稱重方式，非常值得在行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。
參考資料：
GB/T7551-1997.《稱重傳感器》；
方原柏．《電子皮帶秤》．北京：冶金工業(yè)出版社．2007,8
：鞏經(jīng)理
：13915946763
：南京塞姆泵業(yè)有限公司
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