小流量加香精度超標(biāo)解決實例

蘭志勇

（廈門煙草工業(yè)有限責(zé)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(tǒng)。該系統(tǒng)加香精度容易超標(biāo)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(nèi)，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(xiàn)在以該系統(tǒng)為例來說明其控制原理。

首先介紹一下加香系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。加香系統(tǒng)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(tǒng)結(jié)構(gòu)

加香滾筒由電機驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，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(tǒng)、噴嘴、加香泵、氣動閥、移動罐、質(zhì)量流量計組成，負(fù)責(zé)將香精均勻、準(zhǔn)確的噴灑在煙絲上。

圖2 加香裝置結(jié)構(gòu)

加香精度超標(biāo)就是指質(zhì)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(zhí)行過程。

加香裝置的信號處理過程。如圖3。電子皮帶秤設(shè)在加香滾筒前方，經(jīng)電子皮帶秤稱量后，送出瞬時流量和累積量，然后物料進(jìn)振槽再進(jìn)入滾筒定比加香。加香裝置收到電子皮帶秤發(fā)來的瞬時流量，經(jīng)過必要的堆棧延時后乘以設(shè)定比例，給加香裝置當(dāng)設(shè)定流量，然后控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定流量調(diào)節(jié)加香泵的快慢，使實際流量始終跟隨設(shè)定流量，即定比噴灑PID調(diào)節(jié)過程。

圖3 加香系統(tǒng)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(jù)這兩個核心要素，我們整理出加香精度超標(biāo)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(jīng)定比噴灑后流量計產(chǎn)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(chǎn)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(tǒng)（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(biāo)排查流程圖

電子皮帶秤累積量通過定期的校準(zhǔn)已經(jīng)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(tǒng)（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(zhǔn)不準(zhǔn)（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(diào)節(jié)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(jìn)行多次調(diào)整，并參照其他設(shè)備設(shè)定，一直沒得到很好的效果，加香精度不是正偏差就是負(fù)偏差，毫無規(guī)律可言，所有我們也基本確定不是加香裝置PID調(diào)節(jié)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(wěn)定的（從數(shù)采的數(shù)據(jù)看很平穩(wěn)），但是為什么會有問題呢？

通過觀察發(fā)現(xiàn)在生產(chǎn)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(chǎn)中瞬時流量顯示是穩(wěn)定的，但電子皮帶秤速度調(diào)節(jié)是不斷變化的。經(jīng)分析原因是：電子皮帶秤瞬時流量是經(jīng)系統(tǒng)計算后，一秒鐘送出一個數(shù)據(jù)，也就是瞬時流量是經(jīng)平滑后的數(shù)據(jù)，一秒鐘才更新一次。而皮帶秤重量計算和速度調(diào)節(jié)是100毫秒調(diào)節(jié)一次，只要有偏差它就不斷的調(diào)節(jié)，所以會出現(xiàn)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(wěn)，不應(yīng)該出現(xiàn)瞬時突變。

圖5 生產(chǎn)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(diào)節(jié)上。電子皮帶秤的調(diào)速原理是：根據(jù)荷重傳感器和速度信號積分得到瞬時重量。當(dāng)皮帶秤為恒流型時，它根據(jù)設(shè)定的瞬時流量來調(diào)節(jié)變頻器的速度，當(dāng)瞬時流量小于設(shè)定流量時，變頻器加速，當(dāng)瞬時流量大于設(shè)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(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)800KG線電子皮帶秤控制誤差較大（設(shè)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(jié)果

同時我們也用3200KG線的電子皮帶秤做了對比實驗，結(jié)果3200KG線的電子皮帶秤控制誤差很小（設(shè)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(diào)節(jié)不合理，導(dǎo)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(jié)果

該電子皮帶秤恒流型的流量調(diào)節(jié)過程如下，當(dāng)設(shè)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(shù)調(diào)節(jié)，當(dāng)偏差小于“流量快速跟蹤范圍”啟動PID調(diào)節(jié)。由于我們在生產(chǎn)過程中變頻器頻率變化較大，所以將“流量快速跟蹤范圍”設(shè)為500KG，如圖8，即將“流量快速跟蹤范圍”關(guān)閉，保留PID調(diào)節(jié)功能，同時優(yōu)化PID參數(shù)，將P值從0.1設(shè)為5，將I值由0.1設(shè)為5，如圖9，優(yōu)化后效果理想，測試“流量控制精度檢測”功能數(shù)據(jù)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(yōu)化后的PID參數(shù)

圖10 800KG線電子皮帶秤參數(shù)優(yōu)化后“流量控制精度檢測”結(jié)果

通過本次加香精度超標(biāo)問題的查找，最終發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致瞬時流量和累積量出現(xiàn)偏差，簡單的講，就是出現(xiàn)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(zhǔn)的，而我們在校準(zhǔn)電子皮帶秤時，也只是對累積量進(jìn)行校準(zhǔn)，瞬時流量無法校準(zhǔn)，所以很難發(fā)現(xiàn)該故障。