微波測量頭MIDAS性能檢查判定方法的分析與應用

張能，白忠兵，王發勇，沈岸彪，侯志平，白朝矗

（紅云紅河煙草（集團）有限責任公司，云南 昆明 650231）

0 引言

PROTOS2-2型卷接機組是德國HAUNI公司生產的一種高速卷煙機，額定生產車速16000支/分鐘。微波測量頭MIDAS是PROTOS2-2型卷接機組重量控制系統的核心部件，其主要功能是由微波發生器向諧振腔輸送不同頻率的微波，通過諧振腔未受煙條影響與受煙條影響的諧振曲線的變化來測定煙條的密度和水分，然后將數據傳輸給重量控制系統的中央處理組件進行處理，從而控制執行機構的運動，以滿足煙支重量的控制要求。因其長時間的運行，微波測量頭MIDAS內部的參數會出現一定偏差，內置數據庫因長期計算偏差的積累，會使得微波測量頭MIDAS的性能劣化，影響卷接機組的重量控制效果。近年來，對微波測量頭的研究已有一定積累，黃威、劉運平等[1-2]分析了微波檢測技術在重量控制系統中的應用，盧霞[3]介紹了重量控制系統參數的驗證方法，蔣文炤等[4]講解了重量系統的常見故障診斷，李昭[5]分析了PROTOS70卷煙機參數對煙支重量穩定性的影響，巫少通[6]給出了一種提高ZJ17型卷煙機煙支重量控制精度的方法。上述研究大多數是對微波測量頭在重量控制系統中的應用或重量控制系統穩定性的相關分析，而針對微波測量頭性能特別是進口微波測量頭MIDAS性能的研究則鮮見報道。為此，本文從以下三個步驟對微波測量頭MIDAS的性能情況進行檢查判定，為測量頭MIDAS的維護和重量控制系統故障維修提供有力依據，以期提高卷煙產品質量。

1 從LED指示燈狀態的檢查判定

PROTOS2-2型卷接機組的微波測量頭MIDAS上有一紅一綠的兩個LED指示燈，指示燈亮暗與閃跳頻率的不同組合，代表著微波測量頭的不同運行狀態，如表1。

表1 LED的指示狀態

從LED指示燈狀態可以直觀判斷出微波測量頭MIDAS是否處于正常運行狀態。其中，“初始化”和“啟動過程”狀態都有一定的時間限制，超過設定時間，說明微波測量頭MIDAS有故障。如果指示燈狀態一直不能處于程序正常運行狀態，可以判定微波測量頭MIDAS故障，通過軟件校準一般難以修復，通常需要更換或返廠維修。

2 從重量控制系統的檢查判定

2.1 參數的檢查判定

短期標準偏差表示1000支煙的重量對其平均重量的離散情況。該數值是衡量生產時機器在其短期重量波動方面的重要性能指標，一般在15～30之間，數值越小表示正在生產的煙支質量越好。短期標準偏差增大，大多數情況下都是機械控制方面的原因，但也可能是由于諧振腔組件的測量管灰塵和膠垢沉積引起。長期標準偏差是每次計算10組100支煙的平均重量，計算組間的標偏。長期標準偏差表示各組平均值與這10組總平均值的離散情況。該數值表明重量控制系統工作的好壞，一般≤8，數值越小表示重量控制系統對煙支質量的影響越好。測量頭MIDAS沒有工作，微波掃描信號超出設定范圍，測量頭內部溫度不正常，測量管磨損嚴重、劃痕都可能引起長期標準偏差增大。

2.2 煙支、煙條重量的檢查判定

（1）煙支廢品重量超重、超輕：①正向驗證。假定“嘴棒、水松紙、膠水”條件一致，在卷煙機出口連續取樣，50支一組，共2組，用煙支綜合測試臺進行測量，驗證是否有超輕、超重煙支，如果無則說明微波測量頭MIDAS當前的性能還能滿足生產需要；②反向驗證。記錄人機界面MLP上的廢品計數，并收集剔除下的廢品煙支。排除空頭、缺嘴、漏氣、外觀等缺陷的煙支，用電子天平稱量剩余廢品煙支，檢驗剔除的超輕、超重煙支是否準確。如果準確則說明微波測量頭MIDAS當前的性能還能滿足生產需要。（2）無嘴煙條取樣：通過無嘴煙條取樣進行檢查判定的前提是無嘴煙條取樣功能的完好性和準確性。可通過盤紙劃線法驗證前后道煙條配置是否正確；通過“搓接鼓取樣閥的點燃數據點”和“設定數量”參數調整取樣時機和取樣數量。可以在卷煙機組人機界面MLP進行取樣測試。

通過目標取樣，前后道各取50支額定重量無嘴煙條，用綜合測試臺測量，檢查重量和標準偏差是否正常。通過偏差取樣，前后道各取30支煙絲超輕或超重無嘴煙條，用綜合測試臺測量，檢查是否為設定的偏差重量。如果判定取樣準確，則說明微波測量頭MIDAS的性能良好。

3 從Midas_MSP軟件的檢查判定

Midas_MSP是用于讀取、顯示和傳輸雙通道或單通道微波測量頭MIDAS數據的服務軟件，如圖1。

圖1 Midas_MSP軟件

3.1 云圖的檢查判定

選擇One shot，進入生產數據記錄，可以分別查看前后道生產數據生成的云圖。

如果生產的云圖如圖2，是可以接受的，判斷的要點主要有：①數值盡可能分布在重量范圍和水分范圍組成的矩形框內；②目標重量（淺藍色豎線）應該在設定的重量范圍內，并且測量出的平均重量（紫色豎線）應該盡可能與目標重量一致；③數值應盡可能靠近目標水分的水平軸（淺紅色橫線）分布；④重量范圍內，回歸線（紅色線）也應位于水分限制范圍內。并且右邊的Weight range check（重量范圍檢查）、Moisture toierance check（水分偏差檢查）、Band width moisture check（參數水分寬度檢查）、Weight toierance check（重量偏差檢查）沒有出現紅色報警，則MIDAS性能良好，沒有必要進行校準優化。

圖2 正常的MIDAS云圖

如果云圖分布異常，如圖3，明顯不符合前述判斷要點要求并且右邊檢查已出現紅色報警時，則有必要對其進行校準優化。

圖3 異常的云圖

3.2 溫度的檢查判定

停止生產，清除殘留在測量頭內的煙條，選擇Temperature，分別查看前后道的溫度，如圖4。MIDAS工作理想時，mean（實際值）是和設定值很接近，甚至基本一致；如果相差較大，則MIDAS很可能存在故障，有時通過參數校準可以使得兩個值再次趨同。

圖4 MIDAS溫度情況

3.3 日志信息的檢查判定

選擇Messages進入傳感器記錄的日志信息，點擊Get Message讀取微波傳感器中的信息，微波傳感器不同種類信息由不同顏色區別，如表2。

表2 不用種類信息的顏色

當出現故障信息時，需根據具體信息進行處理，部分故障可以通過校準修復。

3.4 諧振曲線的判定

停止生產，清潔測量管，然后選擇Get resonance，進入界面。在Select Rod中選擇前/后道，點擊Get Curve，即可得到諧振曲線，如圖5。判斷的要點為：①品質因素Q，一般來說Q值在50～60之間是正常的，如果超出范圍，MIDAS有故障，一般難以校準；②波峰前上升的那段曲線，是工作段曲線，應該平滑，否則也很可能是MIDAS故障。

圖5 MIDAS諧振曲線

3.5 參數值的檢查判定

停機時，選擇Weight range selection，進入界面，如圖6所示。可以看到重量范圍，日期等信息。正常情況下，根據煙支規格不同會有多個重量范圍可選。可用范圍為綠色，當前選定范圍為藍色。B1一般用于細支煙，B2和B3在國內一般不用，當前常規煙支卷煙生產應選用B4。也有特殊情況，部分MIDAS由于版本過低或存儲部分故障，只有一個重量范圍。需要檢查確認當前工作范圍是否符合卷煙生產的需要。

圖6 MIDAS的重量范圍

4 結語

從微波測量頭MIDAS上的LED指示燈狀態，重量控制系統的關鍵參數，Midas_MSP軟件讀取的MIDAS內部數據三個方面，可以對微波測量頭MIDAS的性能情況作出一個準確的判定。當微波測量頭MIDAS性能劣化時，通常可以通過使用Midas_MSP軟件對其參數進行校準優化，從而消除部分內部故障，改善微波測量頭MIDAS的性能；當通過參數的校準優化無法改善微波測量頭性能，甚至無法完成參數校準過程時，則需要對微波測量頭MIDAS更換或返廠維修。對微波測量頭MIDAS性能劣化情況的準確判定，為測量頭MIDAS的維護和重量控制系統故障維修提供了有力依據，節約了維修費用，并提高了修理的有效性和及時性。