基于制絲線常用設(shè)備組合的恒流量控制

田野

摘要：隨著制絲生產(chǎn)過程自動化程度的提高，加工過程中物料流量波動的過濾對主機設(shè)備的穩(wěn)定運行和工藝指標的有效保障起著至關(guān)重要的作用。本論文依托制絲線常見的電子皮帶秤、計量管、光電管和皮帶機的控制組合，摸索常見組合內(nèi)各設(shè)備運行規(guī)律和相互影響，形成可連鎖式調(diào)節(jié)參數(shù)的控制模式并進行固化，以成套的參數(shù)調(diào)節(jié)方式提高常見組合過濾物料流量波動的能力，基本達到通過物料恒流量的目標。

一、引言

在我廠新建制絲線待料運行時發(fā)現(xiàn)，物料流量波動對工藝指標和設(shè)備的連續(xù)穩(wěn)定運行造成了較大影響。尤其是烘絲機出口流量波動直接造成摻配工序精度和比例超出工藝指標約定。經(jīng)查閱發(fā)現(xiàn)，自動化生產(chǎn)模式下物料流量波動是各卷煙廠普遍存在的問題，也是影響工藝質(zhì)量的關(guān)鍵性問題。本論文利用制絲線現(xiàn)有設(shè)備從控制模式入手，對控制過程和參數(shù)調(diào)整進行研究，利用一體化參數(shù)調(diào)節(jié)的控制模式嘗試解決物料流量波動的問題。此處以我廠新建制絲線烘絲機后電子皮帶秤（葉絲摻配主秤）為例，利用三組光電管對物料落入?yún)^(qū)域進行感應(yīng)，調(diào)節(jié)入料端皮帶機運行速度和電子皮帶秤設(shè)定流量，力爭達到過濾烘絲機帶來的物料流量波動，基本實現(xiàn)出料流量恒定的目標。

二、研究的材料和方法

（一）主要材料簡介

本次對葉絲摻配主秤出料流量恒定控制進行研究所用到的材料主要有：控制型電子皮帶秤一臺、計量管一個、對射式光電管三組、由變頻器控制的皮帶機一臺。

（二）實驗方法

本次實驗主要應(yīng)用皮帶機在變頻調(diào)速時，單位時間通過的物料流量不同可實現(xiàn)對物料的動態(tài)緩存。在電子皮帶秤出料流量設(shè)置恒定的情況下，根據(jù)物料填充到計量管的位置不同，而對應(yīng)調(diào)整進料皮帶機運行頻率。當物料填充到計量管的料多（少）區(qū)域時，說明單位時間通過物料較多（少），應(yīng)減小（增加）皮帶機運行頻率，將多余物料動態(tài)存儲在進料皮帶機及計量管上;從而達到電子皮帶秤出料流量基本恒定。

第一步將對射式光電管按照試驗用途分為堵料位、高料位和低料位檢測光電管，并安裝在計量管的上、中、下位置，形成料多區(qū)域、正常區(qū)域、料少區(qū)域。

第二步觀察物料填充的區(qū)域?qū)M料皮帶機進行對應(yīng)調(diào)速。當物料落入正常區(qū)域時，將電子皮帶秤運行頻率記作A，跟蹤系數(shù)（進料端皮帶機與電子皮帶秤運行頻率的比值）記作X，則進料端皮帶機的運行頻率修正為AX。

當物料落入料多區(qū)域時，電子皮帶秤運行頻率為A，跟蹤系數(shù)調(diào)整為X-0.2（此處0.2為固定值，代表進料皮帶機頻率調(diào)整的躍變值，此值越大則響應(yīng)越迅速，但控制精度會降低），測量狀態(tài)持續(xù)時間為F（物料持續(xù)填充于料多區(qū)域的時間），狀態(tài)持續(xù)的反饋系數(shù)為Y（代表進料皮帶機頻率對狀態(tài)持續(xù)時間的靈敏度），那么進料端皮帶秤機的運行頻率修正為A*（X-0.2-FY），即在料多狀態(tài)下，會根據(jù)持續(xù)時間不斷減小皮帶機運行頻率，料多狀態(tài)越久則頻率減小的會越多（此處考慮到皮帶機運行頻率過慢會導致前端工序出現(xiàn)堵料的情況，皮帶機運行頻率最低減少到8HZ）。

當物料落入料少區(qū)域時，電子皮帶秤運行頻率為A，跟蹤系數(shù)調(diào)整為X+0.2，測量狀態(tài)持續(xù)時間為L（物料持續(xù)填充于料少區(qū)域的時間），狀態(tài)持續(xù)的反饋系數(shù)為Y，那么進料端皮帶秤機的運行頻率修正為A*（X+0.2+LY），即在料少狀態(tài)下，會根據(jù)持續(xù)時間增加皮帶機運行頻率，料少狀態(tài)越久則頻率增加的會越多（因電機頻率最大輸出為50HZ，此處皮帶機運行頻率最大為50HZ）。

三、實驗過程

第一步根據(jù)前端工序物料流量及對應(yīng)水分，折算出通過葉絲摻配主秤物料流量并根據(jù)該數(shù)據(jù)來設(shè)定物料通過流量，此處以我廠新建制絲線待料測試牌號為例。前端工序設(shè)定物料流量為4300kg/h，對應(yīng)水分約為21%，葉絲摻配主秤工序水分約為12.5%，對應(yīng)流量約為3882kg/h（考慮到路徑上的損耗和計量管的填充，此處電子皮帶秤流量設(shè)定應(yīng)略小于3882kg/h）。

第二步在帶料測試時進行觀察，對電子皮帶秤設(shè)定流量和進料皮帶機的跟蹤系數(shù)、反饋系數(shù)等進行摸索。考慮烘絲機料頭料尾的波動和異常堵料等原因，起始葉絲主秤流量設(shè)定為4000kg/h，根據(jù)實際過料情況及料頭持續(xù)時間逐步往下調(diào)整。前期料少狀態(tài)每多持續(xù)1分鐘，電子秤設(shè)置流量下調(diào)100kg/h，調(diào)整到3882kg/h時進行觀察，料少狀態(tài)持續(xù)較久時下調(diào)10kg/h再進行觀察。大約在5分鐘后流量逐漸穩(wěn)定，最終流量設(shè)定為3850kg/h。

在電子皮帶秤出料流量達到且基本穩(wěn)定在3850kg/h左右的情況下，優(yōu)化跟蹤系數(shù)x及反饋系數(shù)值。初始設(shè)置跟蹤系數(shù)x為1，此時進料皮帶機響應(yīng)較快，物料較快填充到料多區(qū)域，隨后逐步降低至0.5時發(fā)現(xiàn)皮帶機頻率調(diào)節(jié)過慢，且計量管長期處于缺料區(qū)域，隨后按照每次調(diào)節(jié)0.1來不斷修正，最后發(fā)現(xiàn)設(shè)置為0.8時，物料填充區(qū)域基本可穩(wěn)定在正常區(qū)域。初始設(shè)置反饋系數(shù)Y為0.05時進料皮帶機較為敏感，一旦出現(xiàn)物料填充處于非正常區(qū)域時，皮帶機頻率立刻進行調(diào)整。設(shè)置為0.015時，皮帶機頻率調(diào)整反應(yīng)較為遲鈍，隨后按照每次調(diào)節(jié)0.002來進行修正，最后發(fā)現(xiàn)調(diào)整為0.025時皮帶機頻率響應(yīng)即可以滿足。

第三步將調(diào)整參數(shù)固化到控制程序內(nèi)，在后期待料測試中將電子皮帶秤初始設(shè)定流量為3850kg/h，跟蹤系數(shù)及反饋系數(shù)等在出料流量波動可控的前提下不斷優(yōu)化。

四、實驗結(jié)果與分析

（一）程序監(jiān)控結(jié)果

通過編程器監(jiān)控，物料落入高料位區(qū)域時，觀察到進料端皮帶機運行頻率降低至20.55HZ，前端物料在入料皮帶上動態(tài)緩存;在物料落入低料位位區(qū)域時，觀察到進料端皮帶機運行頻率增高至44.81HZ，進口物料增加;處于正常料位區(qū)域時運行頻率一般為37.22HZ。通過程序監(jiān)測與預(yù)期結(jié)果一致。

（二）試驗時帶料運行結(jié)果

為便于查看試驗結(jié)果，分別以彩虹圖和趨勢圖的形式將試驗前后葉絲摻配主秤的流量進行統(tǒng)計和分析。從彩虹圖可以看出絕大多數(shù)物料波動已被過濾，且分別到達設(shè)置區(qū)域上下限后立即進行調(diào)整;通過趨勢圖可以看出，通過的物料流量穩(wěn)定在了一個很小的區(qū)間。

（三）分析與總結(jié)

1實驗結(jié)果分析和現(xiàn)象解釋

通過程序監(jiān)控結(jié)果和帶料運行結(jié)果，可以看出該方法對過濾物料流量波動有較大作用。出料流量較控制程序未優(yōu)化前小了很多，當物料來料較多時，通過降低進料端皮帶機運行頻率，減少物料進料速度，把多余物料在皮帶機上動態(tài)緩存來實現(xiàn)出口物料流量基本恒定;當物料來料較少時，可通過提高進料端皮帶機運行頻率，增加物料進料速度，達到出口物料流量基本恒定。

2.實驗結(jié)果與現(xiàn)有成果比對

該實驗方法對比增加常用的緩存設(shè)備，將原有的固定化存儲物料變?yōu)閯討B(tài)的物料存儲，既達到了流量控制的目的又節(jié)約了投資成本。考慮到皮帶機、計量管和電子秤是制絲生產(chǎn)線常用的設(shè)備組合，本控制模式可應(yīng)用的范圍較廣、成本低且不受制于生產(chǎn)線內(nèi)空間的約束，對各加工單元和整個生產(chǎn)線的流量穩(wěn)定有較大的促進作用。

根據(jù)實驗過程的猜想：1.利用大數(shù)據(jù)將全生產(chǎn)線設(shè)備運行頻率進行監(jiān)控，挖掘有用數(shù)據(jù)，尋找同一路徑上可能的連鎖控制和一體化參數(shù)調(diào)。

參考文獻

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