小流量加香精度超標解決實例

蘭志勇

（廈門煙草工業有限責任公司，福建 廈門 361022）

一、概述

小流量加香是指加香瞬時流量小于10KG/H的系統。該系統加香精度容易超標有其客觀的原因，由于加香瞬時流量小（小于10KG/H），香精施加總量少（小于10KG），允許的誤差小（25克以內，按照加香精度0.5%，單批500公斤）等原因，在控制方面較為困難，現在以該系統為例來說明其控制原理。

首先介紹一下加香系統的結構。加香系統一般由兩部分組成，一個是加香滾筒，一個是加香裝置（管路施加部分），如圖1。

圖1 加香系統結構

加香滾筒由電機驅動旋轉，作用是將煙絲揚起、混合往前輸送，方便加香裝置將香精噴灑在煙絲上。加香裝置，如圖2，由管路系統、噴嘴、加香泵、氣動閥、移動罐、質量流量計組成，負責將香精均勻、準確的噴灑在煙絲上。

圖2 加香裝置結構

加香精度超標就是指質量流量計的累積量和電子皮帶秤的累積量的比值超出范圍，所以有必要了解一下加香裝置信號處理和執行過程。

加香裝置的信號處理過程。如圖3。電子皮帶秤設在加香滾筒前方，經電子皮帶秤稱量后，送出瞬時流量和累積量，然后物料進振槽再進入滾筒定比加香。加香裝置收到電子皮帶秤發來的瞬時流量，經過必要的堆棧延時后乘以設定比例，給加香裝置當設定流量，然后控制系統根據設定流量調節加香泵的快慢，使實際流量始終跟隨設定流量，即定比噴灑PID調節過程。

圖3 加香系統的信號處理流程

加香精度的計算公式為：

加香精度=（流量計累積量-電子皮帶秤累積量×加香比例%）/（電子皮帶秤累積量×加香比例%）×100

從加香精度計算公式看，核心的兩個因素是流量計累積量和電子皮帶秤累積量，根據這兩個核心要素，我們整理出加香精度超標排查流程圖，如圖4。流量計累積量是由電子皮帶秤瞬時流量給加香裝置，經定比噴灑后流量計產生的流量計累積量；而參與精度計算的電子皮帶秤累積量則是直接來自電子皮帶秤；所以可能產生偏差的就兩個地方，一個是用電子皮帶秤瞬時流量去控制的定比施加系統（支路②+③），一個是電子皮帶秤累積量（支路①）。

圖4 加香精度超標排查流程圖

電子皮帶秤累積量通過定期的校準已經可以排除（支路①），主要問題還是電子皮帶秤瞬時流量去控制的定比施加系統（支路②+③）。該部分又分兩方面，一方面是電子皮帶秤瞬時流量的給定精度問題，即給定的瞬時流量準不準（支路②），另一方面是加香裝置本身的控制精度問題，即加香裝置的PID調節能力（支路③）。

針對加香裝置本身的控制精度問題（支路③），我們對香裝置的PID進行多次調整，并參照其他設備設定，一直沒得到很好的效果，加香精度不是正偏差就是負偏差，毫無規律可言，所有我們也基本確定不是加香裝置PID調節問題。

最后就剩瞬時流量的給定精度問題（支路②）。可是電子皮帶秤的瞬時流量也是穩定的（從數采的數據看很平穩），但是為什么會有問題呢？

通過觀察發現在生產過程中，電子皮帶秤變頻器頻率不斷跳變，如圖5，也就是在生產中瞬時流量顯示是穩定的，但電子皮帶秤速度調節是不斷變化的。經分析原因是：電子皮帶秤瞬時流量是經系統計算后，一秒鐘送出一個數據，也就是瞬時流量是經平滑后的數據，一秒鐘才更新一次。而皮帶秤重量計算和速度調節是100毫秒調節一次，只要有偏差它就不斷的調節，所以會出現變頻器輸出不斷的跳變，正常變頻器速度是變化的，但相對平穩，不應該出現瞬時突變。

圖5 生產中電子皮帶秤變頻器頻率不斷跳變（變化較大）

所以將問題鎖定在電子皮帶秤的速度調節上。電子皮帶秤的調速原理是：根據荷重傳感器和速度信號積分得到瞬時重量。當皮帶秤為恒流型時，它根據設定的瞬時流量來調節變頻器的速度，當瞬時流量小于設定流量時，變頻器加速，當瞬時流量大于設定流量時，變頻器減速，從而保持瞬時流量不變。

我們利用電子皮帶秤自帶的“流量控制精度檢測”功能進行檢測，發現800KG線電子皮帶秤控制誤差較大（設定800KG/H，時間120秒，誤差值在0.24KG左右），如圖6。

圖6 800KG線電子皮帶秤“流量控制精度檢測”結果

同時我們也用3200KG線的電子皮帶秤做了對比實驗，結果3200KG線的電子皮帶秤控制誤差很小（設定3200KG/H，時間180秒，誤差值在0.02KG左右），如圖7，相差10幾倍。原因基本找到，就是電子皮帶秤的速度調節不合理，導致皮帶速度不斷跳變引起的。

圖7 3200線電子皮帶秤“流量控制精度檢測”結果

該電子皮帶秤恒流型的流量調節過程如下，當設定流量和實際流量偏差較大時，啟用“流量快速跟蹤范圍”參數調節，當偏差小于“流量快速跟蹤范圍”啟動PID調節。由于我們在生產過程中變頻器頻率變化較大，所以將“流量快速跟蹤范圍”設為500KG，如圖8，即將“流量快速跟蹤范圍”關閉，保留PID調節功能，同時優化PID參數，將P值從0.1設為5，將I值由0.1設為5，如圖9，優化后效果理想，測試“流量控制精度檢測”功能數據滿足要求，如圖10，自此問題解決。

圖8 電子皮帶秤“流量快速跟蹤范圍”

圖9 電子皮帶秤優化后的PID參數

圖10 800KG線電子皮帶秤參數優化后“流量控制精度檢測”結果

通過本次加香精度超標問題的查找，最終發現是電子皮帶秤瞬時流量和累積的匹配問題，也就是瞬時流量1秒送出一個，累積量100毫秒累積一次，由于計算周期相差十倍，導致瞬時流量和累積量出現偏差，簡單的講，就是出現該故障時，按照瞬時流量的瞬時值去積分出累積流量是不準的，而我們在校準電子皮帶秤時，也只是對累積量進行校準，瞬時流量無法校準，所以很難發現該故障。