陳宏平

(牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司，黑龍江牡丹江，157013)

透氣度是卷煙紙最重要的性能指標(biāo)之一。Permi是一種快速、可靠的在線透氣度測(cè)試儀，具有測(cè)量管段小、測(cè)試氣管壓力損失小、測(cè)試穩(wěn)定、校準(zhǔn)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，可以連續(xù)測(cè)量，測(cè)量精度達(dá)到2 ms，可快速反映勻整機(jī)打漿精度和卷煙紙的等級(jí)變化等指標(biāo)。但是由于Permi在線透氣度儀在線測(cè)量卷煙紙透氣度時(shí)易發(fā)生一些測(cè)量故障，因此，在實(shí)際測(cè)量時(shí)需要進(jìn)行設(shè)備維護(hù)，以確保測(cè)量的準(zhǔn)確性。本文結(jié)合在線測(cè)量實(shí)踐，介紹了Permi在線該透氣度儀的結(jié)構(gòu)、原理及維護(hù)心得等。

1 Permi在線透氣度儀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖1為Permi在線透氣度儀系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，主要由控制單元、測(cè)量頭和氣動(dòng)單元構(gòu)成。本文主要介紹2種硬件結(jié)構(gòu):控制單元和測(cè)量頭。

1.1 控制單元

圖2為控制單元核心元件的控制主板，其尺寸為400 mm×300 mm×200 mm，但柜門需要額外220 mm的深度，該單元主要包括電源連接、換輥信號(hào)、斷紙信號(hào)和輸出信號(hào)。

1.1.1 電源連接

透氣度儀系統(tǒng)需要提供110－240 VAC，1 A 50/60 Hz交流電源和1根2.5 mm2保護(hù)地線。

1.1.2 斷紙信號(hào)和換輥信號(hào)

斷紙信號(hào)由紙機(jī)DCS系統(tǒng)提供，也可從現(xiàn)場(chǎng)斷紙開關(guān)直接提供。斷紙信號(hào)是檢測(cè)紙機(jī)斷紙時(shí)透氣度儀觸發(fā)一個(gè)測(cè)量頭下降并自動(dòng)清洗功能，當(dāng)紙張接過去之后測(cè)量頭上升并開始測(cè)量。換輥信號(hào)由紙機(jī)DCS提供或安裝換輥按鈕提供，只起到一個(gè)換輥顯示作用。

1.1.3 輸出信號(hào)

輸出信號(hào)是透氣度儀測(cè)量紙張透氣度的信號(hào)，除了可以在本地控制單元顯示以外，還可提供DCS系統(tǒng)顯示。輸出方式如圖2所示，根據(jù)控制板上跳線輸出4～20 mA或1～5 V、2～10 V共3種信號(hào)，出廠默認(rèn)是4～20 mA信號(hào)。

1.2 測(cè)量頭

圖1 Permi在線透氣度儀系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

圖2 Permi在線透氣度儀控制單元

測(cè)量頭安裝在紙幅下面的縱向位置和紙機(jī)卷曲機(jī)的前側(cè)，橫向位置最好安裝在離測(cè)量單元較近一側(cè)，一般控制單元安裝在紙機(jī)操作側(cè)，測(cè)量單元安裝在紙機(jī)傳動(dòng)側(cè)。具體測(cè)量頭位置要與下輥標(biāo)樣位置對(duì)應(yīng)，這樣才能保證測(cè)量點(diǎn)與實(shí)驗(yàn)室標(biāo)定點(diǎn)對(duì)應(yīng)。

測(cè)量頭的面積根據(jù)測(cè)量介質(zhì)的性能選擇，包括真空密封環(huán)形區(qū)域和測(cè)量區(qū)域。在測(cè)量過程中，真空密封環(huán)形區(qū)域處于真空狀態(tài)，保證運(yùn)行的紙幅能緊貼在測(cè)量頭上，防止測(cè)量頭四周氣體和測(cè)量區(qū)域氣體泄漏造成測(cè)量誤差。

1.2.1 測(cè)量頭接地

雖然測(cè)量頭沒有電信號(hào)，但是紙張到卷曲位置時(shí)靜電非常大，所以如圖3所示在測(cè)量頭上安裝一根直徑不小于6 mm2的銅質(zhì)電纜，并將其接到紙機(jī)的地上，否則會(huì)影響測(cè)量精度。

1.2.2 測(cè)量頭角度調(diào)整

在實(shí)際測(cè)量中要求測(cè)量頭把紙幅頂起3～5 mm的距離，才能保證紙幅最大程度密封好測(cè)量頭，不會(huì)使空氣從測(cè)量頭四周進(jìn)入。

測(cè)量頭的角度調(diào)整非常重要，測(cè)量頭的測(cè)量平面必須和紙幅縱向運(yùn)行平面保持平行，保證空氣不能從測(cè)量頭四周進(jìn)入。調(diào)整方法是通過擰松測(cè)量頭下面兩個(gè)內(nèi)側(cè)的螺絲再松外側(cè)的兩個(gè)螺絲來調(diào)節(jié)角度。

圖3 Permi在線透氣度儀測(cè)量頭

1.2.3 測(cè)量頭升降速度調(diào)節(jié)

測(cè)量頭升降速度是通過氣動(dòng)單元內(nèi)執(zhí)行氣缸進(jìn)出氣調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)整。一般來講最好是調(diào)成低速，才能保證紙幅的接觸力度，降低故障率。

2 Permi在線透氣度儀測(cè)量原理

圖4為Permi在線透氣度儀的測(cè)量原理，由圖4可知，在線透氣度儀大致分為測(cè)量回路、密封回路和排污回路。透氣度儀的測(cè)量狀態(tài)是在真空狀態(tài)下進(jìn)行，只有在清洗側(cè)頭、清洗管路和排污時(shí)才是在正壓狀態(tài)。所以在這2種狀態(tài)下，必須清楚地了解每個(gè)測(cè)量元件和執(zhí)行元件的動(dòng)作狀態(tài)，才能掌握在線透氣度儀測(cè)量工作原理。

2.1 空氣質(zhì)量流量計(jì)

空氣質(zhì)量流量計(jì)是Permi在線透氣度儀系統(tǒng)核心元件之一，采用的是AWM5101VN氣體質(zhì)量流量傳感器，外殼為文丘里流量管形。最高流量可以測(cè)量5 L/min，工作電壓是10±0.1 VDC，輸出信號(hào)是滿量程5 V。

2.2 比例調(diào)節(jié)閥

比例調(diào)節(jié)閥是日本SMC公司的復(fù)合控制閥系列，最大承受壓力是 0.88 MPa，輸出范圍是0.05～0.88 MPa。每次進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài)都是從100%開度往下調(diào)節(jié)壓力，而不是從0開度往上調(diào)節(jié)。控制方式是通過PID運(yùn)算將測(cè)量壓力調(diào)節(jié)到設(shè)定壓力。

圖4 Permi在線透氣度儀測(cè)量原理

2.3 真空發(fā)生器

真空發(fā)生器是日本SMC公司生產(chǎn)的ZU07L型真空發(fā)生器，由噴嘴、接收室、混合室和擴(kuò)散室組成。標(biāo)準(zhǔn)使用壓力是0.45 MPa，最高使用壓力不超過0.7 MPa，最高真空度可以達(dá)到48 kPa。

2.4 壓力變送器

壓力變送器是檢測(cè)測(cè)量回路的真空壓力，具體描述請(qǐng)參看4.1。

吃了燈草，說得輕巧，你指望啥還？田間的老鼠嘴尖牙利個(gè)啥？你以后能走個(gè)正道，混好混孬先不提，只要回家，別讓村里人戳咱脊梁骨，那八萬(wàn)塊錢算個(gè)毬。人要臉，樹要皮，沒臉沒皮啥東西？人過留名，雁過留聲，一個(gè)人的名聲比啥都重要，不過呢，話也說過來，年輕的時(shí)候，打兩個(gè)黑老鴰碗也屬于正常的事，咱可不能一頭撞到南墻上，浪子回頭金不換哩。李老鬼說著停下手中的活兒，點(diǎn)上一顆煙吃。我這是捋料你，苦口婆心的，我圖個(gè)啥？他又說。

2.5 電磁閥

Permi在線透氣度儀使用的電磁閥都是SMC公司的電磁閥，除了測(cè)量回路和密封回路各有1個(gè)兩位三通電磁閥以外，其余都是開關(guān)型電磁閥。

2.6 清洗/測(cè)量工作過程

Permi在線透氣度儀在每次通電、紙機(jī)斷頭接紙后，或達(dá)到測(cè)量周期時(shí)間時(shí)，系統(tǒng)都會(huì)自動(dòng)進(jìn)行清洗。

2.6.1 清洗過程

達(dá)到測(cè)量周期時(shí)間時(shí)，測(cè)量頭電磁閥a得電置位，測(cè)量頭下降。同時(shí)測(cè)量電磁閥和電磁閥c失電復(fù)位，關(guān)閉測(cè)量回路。清洗/測(cè)量電磁閥、清洗電磁閥h和清洗電磁閥i得電置位，對(duì)密封回路和測(cè)量回路進(jìn)行清洗。清洗是階段性分次進(jìn)行，通常分為3次。排污回路是排污閥和排水電磁閥得電置位進(jìn)行排污或排水，每個(gè)周期排污1次。

2.6.2 測(cè)量過程

測(cè)量過程是在上述清洗過程結(jié)束后，相關(guān)清洗回路的電磁閥進(jìn)入初始狀態(tài)，下一輪測(cè)量周期開始。首先，電磁閥a失電復(fù)位，測(cè)量頭上升進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。壓力調(diào)節(jié)閥f和壓力調(diào)節(jié)閥g調(diào)整到一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)(0.05 MPa)，清洗/測(cè)量電磁閥在失電狀態(tài)，保證測(cè)量頭密封回路進(jìn)入密封狀態(tài)。測(cè)量電磁閥得電置位，真空發(fā)生器開始工作，測(cè)量回路形成真空負(fù)壓，壓力變送器檢測(cè)到測(cè)量回路實(shí)際真空壓力，比例閥根據(jù)測(cè)量回路設(shè)定壓力來調(diào)節(jié)實(shí)際測(cè)量真空壓力，調(diào)整到設(shè)定值后控制單元開始采集測(cè)量回路的空氣質(zhì)量流量計(jì)信號(hào)，透氣度儀開始進(jìn)入測(cè)量狀態(tài)。

3 Permi在線透氣度儀標(biāo)定

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，如果更換空氣質(zhì)量流量計(jì)或進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定，最好在取樣模式下，標(biāo)定出增益Gain和截距Offset參數(shù)后;再通過在線測(cè)量進(jìn)行相應(yīng)的增益和截距標(biāo)定，標(biāo)定曲線如圖5所示。

取樣標(biāo)定由紙機(jī)生產(chǎn)的紙張透氣度決定，牡丹江恒豐紙業(yè)股份有限公司 (以下簡(jiǎn)稱“恒豐紙業(yè)”)16#紙機(jī)一般生產(chǎn)透氣度為50～80 cu的紙張，可取50 cu、60 cu、70 cu、80 cu共4組紙樣，每組樣為5張紙。

圖5 透氣度儀標(biāo)定示意圖

通過控制單元進(jìn)入標(biāo)定參數(shù)設(shè)置選項(xiàng)，把增益Gain改為1，截距Offset改為0，將測(cè)量模式切換到取樣標(biāo)定模式。分別將4組紙樣進(jìn)行測(cè)量，每組的5張紙得到測(cè)量值后進(jìn)行平均值計(jì)算，最后得到4個(gè)透氣度測(cè)量值。在將這4組紙樣送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)量，同樣得到4個(gè)透氣度實(shí)驗(yàn)值。得到2組測(cè)量值和實(shí)驗(yàn)值后，根據(jù)二元一次方程進(jìn)行增益和截距的計(jì)算。廠家提供了一個(gè)編好的Excel表格標(biāo)定工具，只要將2組測(cè)量值和實(shí)驗(yàn)值分別輸入表格中，就會(huì)自動(dòng)給出當(dāng)前紙種范圍的增益Gain和截距Offset值。但是在實(shí)際應(yīng)用中標(biāo)定好Gain、Offset兩個(gè)值后，進(jìn)入在線測(cè)量狀態(tài)還是有差值。在此，筆者結(jié)合實(shí)際情況，分4種狀態(tài)對(duì)Gain、Offset兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行在線修正。

3.1 測(cè)量值比實(shí)驗(yàn)值都高或都低

如圖5(a)所示，在保證密封回路不存在漏氣和密封壓力正常的情況下，通過在線測(cè)量發(fā)現(xiàn)50～80 cu測(cè)量值均比實(shí)驗(yàn)值高，則這個(gè)取樣標(biāo)定是非常成功的。因?yàn)樵谌訕?biāo)定的時(shí)候，紙樣放在測(cè)量頭上標(biāo)定的狀態(tài)和紙張?jiān)谡y(cè)量狀態(tài)下是不一樣的。在正常測(cè)量狀態(tài)下，紙幅在紙機(jī)卷曲機(jī)的拉力比取樣時(shí)拉力大，所以取樣面積就小。根據(jù)透氣度定義得到透氣度在線測(cè)量值就會(huì)偏低。這時(shí)根據(jù)在線測(cè)值只對(duì)Offset參數(shù)進(jìn)行增加修正。

如果在線測(cè)量發(fā)現(xiàn)50～80 cu測(cè)量值都比實(shí)驗(yàn)值低，則取樣標(biāo)定是不成功的。在取樣標(biāo)定時(shí)可能是測(cè)量管路、測(cè)量頭或空氣質(zhì)量流量計(jì)有堵塞情況。

3.2 測(cè)量值比實(shí)驗(yàn)值前低后高或前高后低

如圖5(b)所示，該測(cè)量值50～80 cu與實(shí)驗(yàn)值比較，其中50 cu與60 cu測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)值相比越來越低，70 cu與80 cu測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)值相比越來越高，該誤差可能是系統(tǒng)誤差或空氣質(zhì)量流量計(jì)性能引起的偏差，一般認(rèn)為該標(biāo)定結(jié)果也是成功的，只要在線測(cè)值對(duì)截距Offset參數(shù)相應(yīng)增加，增益Gain參數(shù)相應(yīng)減少即可。

如圖5(c)所示，該測(cè)量值50～80 cu與實(shí)驗(yàn)值比較，其中50 cu與60 cu測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)值相比越來越高，70 cu與80 cu測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)值相比越來越低，處理方法與圖5(b)方法一樣，只是將截距Offset參數(shù)相應(yīng)減少，增益Gain參數(shù)相應(yīng)增加。

4 Permi在線透氣度儀參數(shù)配置

將測(cè)量 (Measurement)開關(guān)撥到ON位置，按Enter鍵進(jìn)入主菜單，如圖6所示。Permi在線透氣度儀的參數(shù)配置包括設(shè)置 (Settings)、校準(zhǔn) (Calibration)和退出 (Exit)3個(gè)部分。在此，重點(diǎn)介紹設(shè)置和校準(zhǔn)參數(shù)。

圖6 Permi在線透氣度儀參數(shù)配置

4.1 設(shè)置

進(jìn)入設(shè)置菜單后，其中1是平均流量/Flow average，包括流量計(jì)的平均流量 (默認(rèn)是200)和流量計(jì)信號(hào)濾波系數(shù) (默認(rèn)是1，不濾波);2、3、4分別是Flow meter/流量計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)選用流量計(jì)型號(hào)進(jìn)行相應(yīng)選擇設(shè)置，該系統(tǒng)有3個(gè)測(cè)量輸入通道，可以根據(jù)紙種透氣度大小進(jìn)行不同量程的測(cè)量。同時(shí)可以對(duì)每個(gè)通道在線測(cè)量設(shè)置真空“目標(biāo)壓力”(默認(rèn)是1 kPa)和調(diào)節(jié)目標(biāo)壓力的較慢速/Very slow、慢速/Slow、快速/Fast、較快速/Very fast的控制方式選擇 (默認(rèn)是慢速/Slow);5是流量計(jì)選擇應(yīng)用/Use flow meter，這個(gè)參數(shù)只有選擇了流量計(jì)類型以后才被應(yīng)用;6是壓力傳感器/Use press sensor，是根據(jù)紙張性能進(jìn)行壓力傳感器量程類型選擇，包括類型1/Type1測(cè)量范圍是0～ (－2.5)kPa(默認(rèn))和類型2/Type2測(cè)量范圍是0～ (－20)kPa。同時(shí)可以對(duì)信號(hào) (mA/V)方式進(jìn)行修改選擇;8是清洗/Clearing，是對(duì)測(cè)量頭清洗頻率 (默認(rèn)200 s)和清洗時(shí)間(默認(rèn)30 s)進(jìn)行設(shè)置，該參數(shù)設(shè)置取決于紙張品種，若因?yàn)榧埛N導(dǎo)致測(cè)量頭過臟的話，就要增加清洗頻率延長(zhǎng)清洗時(shí)間;9是輸出/Outputs，是對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行設(shè)置，通常這個(gè)信號(hào)送到DCS系統(tǒng)中進(jìn)行顯示，可以設(shè)置mA或V信號(hào)輸出，通道設(shè)置取決于控制箱內(nèi)控制板上的跳線;10是輸入/Inputs，它包括斷紙信號(hào) (默認(rèn)是假)和換輥信號(hào) (默認(rèn)是數(shù)字輸入18通道)。斷紙信號(hào)作用是發(fā)生斷紙時(shí)測(cè)量頭下降并進(jìn)行清洗，有紙時(shí)自動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，但是不論在有紙或斷紙模式都可以進(jìn)入測(cè)試狀態(tài)。還有斷紙延時(shí)設(shè)置，有紙信號(hào)進(jìn)來以后要延時(shí)一段時(shí)間進(jìn)行測(cè)量，因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候紙幅還沒有平整展開。換輥信號(hào)就是換輥顯示作用;15是系統(tǒng)顯示/Display，包括內(nèi)部顯示/Use display(默認(rèn)是真)和外部顯示/Use ext display(默認(rèn)是假)。內(nèi)部顯示主要是可以看出流量計(jì)的原始?jí)毫土髁繝顟B(tài)。外部顯示如果選擇真，可以看到流量計(jì)模擬電壓、壓力傳感器和壓力調(diào)節(jié)閥狀態(tài)。

4.2 標(biāo)定

進(jìn)入標(biāo)定參數(shù)設(shè)置后，其中1、2、3、4、5、6分別是3個(gè)測(cè)量通道的線性測(cè)量曲線的增益/Gain(默認(rèn)是1)和截距Offset(默認(rèn)是0)參數(shù)。這2個(gè)參數(shù)都是通過透氣度儀在線測(cè)量結(jié)果和實(shí)驗(yàn)室測(cè)量結(jié)果計(jì)算得到。7、8、9、10、11、12分別是3個(gè)測(cè)量通道最小和最大輸出信號(hào)顯示，最小輸出信號(hào)是4 mA/1 V/2 V和20 mA/5 V/10 V。信號(hào)類型取決于控制板上的跳線。

5 Permi在線透氣度儀測(cè)量中常見故障和維護(hù)

在恒豐紙業(yè)不同生產(chǎn)線機(jī)臺(tái)應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，安裝在生產(chǎn)高透紙機(jī)臺(tái)上透氣度測(cè)量穩(wěn)定性非常好，但是在透氣度品種更換時(shí)測(cè)量值會(huì)與實(shí)際值出現(xiàn)不同測(cè)量差值。安裝在卷煙紙機(jī)臺(tái)上的在線透氣度設(shè)備，不但測(cè)量值與不同透氣度品種實(shí)際值存在偏差，更重要的是因?yàn)榫頍熂圕aCO3含量大，造成在線透氣度檢測(cè)不準(zhǔn)或根本就不能檢測(cè)的故障現(xiàn)象［1-2］。

5.1 常見故障現(xiàn)象

在恒豐紙業(yè)16#紙機(jī)卷煙紙的生產(chǎn)中，造成透氣度檢測(cè)不準(zhǔn)或根本不能檢測(cè)的主要原因有:

(1)根據(jù)透氣度測(cè)量原理，易將卷煙紙上的Ca-CO3吸入到在線透氣度儀設(shè)備中，導(dǎo)致測(cè)量值偏低。

(2)透氣度儀測(cè)量原件“流量計(jì)”工作時(shí)容易發(fā)生測(cè)量漂移或損壞。

(3)透氣度儀測(cè)量回路壓力調(diào)節(jié)比例閥，調(diào)節(jié)速度過慢或損壞。

(4)透氣度儀測(cè)量回路和密封回路的過濾器密封常常發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

(5)透氣度儀測(cè)量回路和密封回路的管路接頭存在漏氣現(xiàn)象，而且測(cè)量管顏色太深，看不到里面的狀況，致使不容易判斷測(cè)量故障。

(6)生產(chǎn)不同透氣度卷煙紙時(shí)，測(cè)量值與實(shí)際值存在偏差。

5.2 維護(hù)經(jīng)驗(yàn)

根據(jù)上述故障現(xiàn)象，分析總結(jié)可能發(fā)生故障的任何設(shè)備環(huán)節(jié)，并多次在現(xiàn)場(chǎng)結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行測(cè)試。最終把透氣度儀測(cè)量故障真正原因一一排除，同時(shí)制定相關(guān)維護(hù)方案。故障排除的具體方法:

(1)保證盡可能減少CaCO3進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)中，在不影響測(cè)量精度情況下，將清洗次數(shù)由廠家設(shè)置每5 min清洗1次改到每3 min清洗1次，清洗時(shí)間由200 s改成300 s。通過增加清洗頻次來減少CaCO3進(jìn)入測(cè)量系統(tǒng)現(xiàn)象。

(2)流量計(jì)因結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，電極和過濾網(wǎng)上容易粘上 CaCO3。所以明確了流量計(jì)更換方法和清洗方法。

(3)壓力調(diào)節(jié)比例閥是調(diào)節(jié)負(fù)壓真空氣體調(diào)節(jié)閥，在使用過程中壓縮空氣里不能含油或含水，所以必須保證壓縮空氣干凈。

(4)密封和測(cè)量回路過濾器由于CaCO3較多，且都是在負(fù)壓真空狀態(tài)，經(jīng)常因每次清洗安裝造成密封不好，有時(shí)還發(fā)生虛假測(cè)量現(xiàn)象，所以須規(guī)定清洗周期和安裝方法。

(5)密封和測(cè)量回路的管路出廠時(shí)都是Φ 6 mm和Φ 8 mm藍(lán)色費(fèi)斯托氣源管，且氣源管接頭是快插式的。由于藍(lán)色氣源管不容易發(fā)現(xiàn)管路發(fā)生堵塞的位置，所以更換成無色氣源管。并將快插式接頭更換成卡扣式接頭，以杜絕管路在負(fù)壓真空狀態(tài)時(shí)發(fā)生漏氣現(xiàn)象。

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