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在煙草工業(yè)生產(chǎn)中，煙絲的配比工藝段無疑是非常關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)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在配比型皮帶秤上的應(yīng)用和相關(guān)技術(shù)特點(diǎn)等。
一  簡(jiǎn)介
所謂煙草工業(yè)生產(chǎn)中，煙絲的配比工藝段無疑是非常關(guān)鍵的工藝環(huán)節(jié)之一。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。配比型皮帶秤是完成此項(xiàng)工藝段加工過程的核心設(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，一般分為計(jì)量型、控制型、配比型三種類型。
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。
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^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)其通過稱量裝置有效稱量段時(shí)，其重量通過輸送機(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SIWAREXU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
配比型皮帶秤控制系統(tǒng)以通過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
配比型皮帶秤主控柜部件采用德國西門子公司 S7-300系列PLC。
S7-300 PLC由CPU317-2PN/DP、高速計(jì)數(shù)模塊FM350-2、稱重模塊SIWAREXU、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SIWAREXU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。皮帶秤根據(jù)來自重量傳感器的重量信號(hào)、來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。
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)采集采用西門子的電子稱重模塊SIWAREX U，使來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。
西門子稱重模塊（SIWAREXU）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，SIWAREXU是一個(gè)集信號(hào)放大、16位A/D轉(zhuǎn)換為一體的專用稱重模塊，它與西門子PLC的連接直接由背板總線來完成，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)
雖然西門子稱重模塊SIWAREXU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SIWAREXU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300米，盡量選擇西門子訂貨號(hào)為7MH4702-8AG的原裝傳感器電纜。
四  結(jié)束語
使用電子稱重模塊SIWAREXU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。

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