PROTOS-M5微波測(cè)量傳感器原理分析

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 廈門 361022）

PROTOS-M5微波測(cè)量傳感器原理分析

林星星

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，福建 廈門 361022）

為深入了解PROTOS-M5重量控制系統(tǒng)的原理，通過對(duì)其微波測(cè)量傳感器的原理進(jìn)行分析，分別從硬件結(jié)構(gòu)、電氣原理、數(shù)據(jù)處理以及校準(zhǔn)進(jìn)行原理性闡述。

微波測(cè)量傳感器；MIDAS；PROTOS-M5；重量控制

1 硬件結(jié)構(gòu)

微波測(cè)量傳感器由微波模塊、MTC-2計(jì)算機(jī)卡和電壓處理卡構(gòu)成，與其他測(cè)量傳感器單元組合安裝在機(jī)器上。微波測(cè)量傳感器的信號(hào)通過CAN總線傳遞到傳感器服務(wù)器，再通過PROFIBUS總線傳遞給PROSOT-M5控制系統(tǒng)的PC（PLC）中。

2 電氣原理

在測(cè)量傳感器內(nèi)由高頻發(fā)生器發(fā)射6GHz，功率為100mW左右的微波信號(hào)，根據(jù)煙條段煙絲密度的不同，由檢測(cè)電路測(cè)得的微波接收信號(hào)也隨之變化，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換并進(jìn)行轉(zhuǎn)換計(jì)算后得到煙條段的密度傳送給重量控制系統(tǒng)進(jìn)行處理。

微波測(cè)量傳感器在測(cè)量管無煙條和其他雜物時(shí)可獲得一固有頻率曲線，當(dāng)機(jī)器開始運(yùn)行生產(chǎn)時(shí)，可獲得實(shí)測(cè)頻率曲線，煙條中的煙絲越少，頻率曲線約接近固有頻率曲線。

圖1 微波測(cè)量傳感器測(cè)量原理

圖2 煙條密度測(cè)量信號(hào)處理示意圖

圖3 MSP校準(zhǔn)微波測(cè)量傳感器原理

微波測(cè)量傳感器在前后道煙條上測(cè)量煙絲密度，并把測(cè)量的值發(fā)送到PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行處理，從而得知煙條段實(shí)際重量是否與預(yù)設(shè)的額定重量相符合，當(dāng)煙條段實(shí)際重量與預(yù)設(shè)的額定重量不相符合時(shí)，通過AMK伺服控制系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)向上或向下調(diào)整吸絲帶的位置使得實(shí)際重量盡量接近額定重量。

3 數(shù)據(jù)處理

3.1 信號(hào)基準(zhǔn)

微波測(cè)量傳感器在處理傳感器信號(hào)時(shí)以PROTOS-M5的時(shí)鐘脈沖作為信號(hào)基準(zhǔn)。時(shí)鐘脈沖是PROTOS-M5的伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)產(chǎn)生與煙支有關(guān)的測(cè)量所需的時(shí)鐘脈沖CCP（即切割脈沖）。CCP與切刀刀架的煙支切割同步，每?jī)蓚€(gè)CCP之間有1000個(gè)INC脈沖。

3.2 信號(hào)采集

煙條的密度由微波測(cè)量傳感器每隔一個(gè)增量（INC）測(cè)量一次。得出的密度曲線數(shù)據(jù)如（圖2中D1）。圖中顯示的煙條相當(dāng)于一個(gè)雙倍長(zhǎng)煙條段脈沖采集的長(zhǎng)度。所采集的測(cè)量值由微波測(cè)量傳感器計(jì)算機(jī)卡進(jìn)行處理，供重量調(diào)節(jié)和建立煙支橫截面曲線使用。

3.3 處理結(jié)果

根據(jù)雙倍長(zhǎng)煙條段的密度值（圖2中D2）計(jì)算出平均煙支橫截面的數(shù)值，得出的平均煙支橫截面不是整個(gè)地發(fā)送給傳感器服務(wù)器（SES）而始終是每個(gè)INC時(shí)鐘脈沖只發(fā)送幾個(gè)值。（每個(gè)煙條段取62個(gè)測(cè)量值）根據(jù)測(cè)得的密度值，結(jié)合煙支規(guī)格等參數(shù)通過控制系統(tǒng)計(jì)算可得煙條段的重量，從而獲得重量控制的數(shù)據(jù)依據(jù)。

4 校準(zhǔn)

4.1 校準(zhǔn)緣由

一個(gè)微波測(cè)量傳感器牌號(hào)參數(shù)組取決于煙條段重量、煙絲水分、煙條段長(zhǎng)度以及測(cè)量傳感器或煙絲的特性等的牌號(hào)參數(shù)。改變煙條段重量、煙絲水分或煙條段長(zhǎng)度時(shí)，必須生成一個(gè)新的參數(shù)組，由此保證最佳的測(cè)量。因?yàn)槲⒉y(cè)量傳感器的測(cè)量精度會(huì)隨著時(shí)間推移出現(xiàn)下降，所以微波測(cè)量傳感器牌號(hào)參數(shù)僅在一定的時(shí)間內(nèi)有效，之后必須生成一個(gè)新的微波測(cè)量傳感器牌號(hào)參數(shù)組，圖文顯示界面上會(huì)出現(xiàn)“MIDAS需要保養(yǎng)”的黃色信息提示，此時(shí)需用重新校準(zhǔn)微波測(cè)量傳感器。

4.2 校準(zhǔn)原理

微波傳感器的校準(zhǔn)主要是利用制造廠家提供的服務(wù)軟件MSP進(jìn)行。校準(zhǔn)原理如圖3所示。

利用MSP軟件，分別收集微波測(cè)量傳感器在測(cè)量管為空腔（即機(jī)器未生產(chǎn)）和機(jī)器生產(chǎn)時(shí)的微波信號(hào)，根據(jù)煙支牌號(hào)規(guī)格（煙絲類型、水分、溫度、設(shè)計(jì)重量等）的相關(guān)參數(shù)優(yōu)化計(jì)算得出最新的參數(shù)組。

4.3 校準(zhǔn)效果

通過校準(zhǔn)過程，可使微波測(cè)量傳感器測(cè)得的未校準(zhǔn)的粗略數(shù)據(jù)通過參數(shù)校準(zhǔn)斜率和偏量與實(shí)際的煙支重量相匹配。

結(jié)語

隨著全國(guó)卷煙工業(yè)企業(yè)陸續(xù)引進(jìn)PROTOS-M5高速卷煙設(shè)備，對(duì)于新裝備新技術(shù)的消化吸收勢(shì)在必行。在了解新設(shè)備電氣控制原理的基礎(chǔ)上，針對(duì)設(shè)備的日常維修和維護(hù)保養(yǎng)就會(huì)更得心應(yīng)手。

[1]高宏亮，高潔，杜勁松，李晉.煙支重量微波檢測(cè)系統(tǒng)的分析與設(shè)計(jì).制造業(yè)自動(dòng)化，2010（07）.

TN95 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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