一種用于細(xì)支煙卷煙機(jī)的重量控制系統(tǒng)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——一種用于細(xì)支煙卷煙機(jī)的重量控制系統(tǒng)常用的數(shù)字PID可分為位置式和增量式兩種，卷煙機(jī)通過計(jì)算煙支重量偏差量來調(diào)理平準(zhǔn)盤高度，可選用增量式PID進(jìn)行控制。其計(jì)算公式為[9]：

其中，[ek]為第k次采樣得到的偏差，[ek-1]為第k-1次采樣得到的偏差，[ek-2]為第k-2次采樣得到的偏差。

假使采樣周期T恒定，只要確定A、B、C，使用前后三次測(cè)量的偏差值，就可求出控制量，計(jì)算量小，適合本系統(tǒng)使用。

為了提高控制精度，需要對(duì)采集的重量數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的濾波處理。根據(jù)本系統(tǒng)特點(diǎn)，選用滑動(dòng)平均濾波的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。基本原理是首先連續(xù)采集18支煙（控制粒度）的重量值并保存，去掉最大值和最小值，以剩余16支煙的平均重量來計(jì)算本次偏差。再連續(xù)采集9支煙（滑動(dòng)采樣數(shù)量）的重量值，將上次的18支煙重量值中的前9個(gè)數(shù)據(jù)去掉，并與9個(gè)新數(shù)據(jù)重新組成18個(gè)數(shù)據(jù)，去除最值后求平均值，計(jì)算新的偏差值，一直重復(fù)這個(gè)過程，為PID控制提供反饋數(shù)據(jù)。

通過調(diào)整控制粒度和滑動(dòng)采樣數(shù)量來調(diào)整控制的靈敏度以及速度，提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

為了避免平準(zhǔn)盤高度頻繁調(diào)整引起系統(tǒng)不穩(wěn)定，在計(jì)算得到平準(zhǔn)盤高度調(diào)整量后，假使調(diào)整量在誤差允許范圍內(nèi)，系統(tǒng)將不進(jìn)行調(diào)整。同時(shí)PLC引入平準(zhǔn)盤高度傳感器信號(hào)，實(shí)時(shí)判斷平準(zhǔn)盤高度，防止平準(zhǔn)盤到達(dá)極限位置后繼續(xù)調(diào)整，避免電機(jī)過載，保護(hù)電機(jī)。當(dāng)煙支重量持續(xù)較長時(shí)間過重而平準(zhǔn)盤到達(dá)極限位置無法調(diào)理時(shí)，控制系統(tǒng)將發(fā)出警報(bào)。

緊頭位置偏差會(huì)影響單支煙的重量，假使緊頭位置偏差超過允許范圍，會(huì)導(dǎo)致同一支雙倍長煙切下的兩支單支煙一支偏重、一支偏輕，影響煙支標(biāo)準(zhǔn)偏差。由于平準(zhǔn)盤和切刀盤同步狀況較好，所以緊頭位置一般變動(dòng)較小，故無須頻繁調(diào)理。其基本原理為檢測(cè)緊頭位置偏差，只有緊頭連續(xù)屢屢向同一方向偏移，并且偏移量超出允許范圍后才進(jìn)行調(diào)理。事先標(biāo)定出PLC輸出和平準(zhǔn)盤相位之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，然后進(jìn)行定量調(diào)理。

由于重量系統(tǒng)是滯后控制，故不能完全消除質(zhì)量不合格煙支，所以需要實(shí)時(shí)計(jì)算每支煙的重量，并判斷是否在重量允許范圍內(nèi)，對(duì)不合格煙支進(jìn)行剔除，可有效控制平均重量和標(biāo)準(zhǔn)偏差。同時(shí)根據(jù)煙支重量分布狀況，可判斷出煙支是否存在空松、結(jié)塊等故障，并將其剔除以提高成品煙品質(zhì)。

3試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

為驗(yàn)證本重量控制系統(tǒng)的綜合性能，將系統(tǒng)集成到經(jīng)過改造的卷煙機(jī)機(jī)組中進(jìn)行安裝與調(diào)試，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行，控制效果良好。通過在現(xiàn)場(chǎng)取樣進(jìn)行測(cè)量，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求。

依照煙廠測(cè)量要求，每次取樣30支煙進(jìn)行測(cè)量，測(cè)出30支煙的平均重量、標(biāo)準(zhǔn)差以及變異系數(shù)。共測(cè)量10組數(shù)據(jù)，測(cè)量儀器為北京歐美利華科技有限公司的OM-VL型綜合測(cè)試臺(tái)。設(shè)定重量為550mg，平均重量允許范圍是550mg±0.075mg，具體數(shù)據(jù)如下表所示：

通過表1中數(shù)據(jù)可以看出，30支煙平均值優(yōu)于設(shè)計(jì)要求，標(biāo)準(zhǔn)偏差小于0.014g，符合要求，變異系數(shù)較小。說明本系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，控制精度高，完全滿足正常生產(chǎn)的需求。

4結(jié)論

本文基于倍福PLC設(shè)計(jì)開發(fā)的用于細(xì)支煙生產(chǎn)的卷煙機(jī)重量控制系統(tǒng)，能夠完全取代原卷煙機(jī)的專用電路板控制系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用通用的PLC模塊，結(jié)構(gòu)簡單，開發(fā)周期短，穩(wěn)定性好，可升級(jí)擴(kuò)展，同時(shí)降低了設(shè)備的維護(hù)成本，提高了數(shù)據(jù)采集和控制精度?？刂扑惴ú?/p>