袁書豪

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠，河南漯河 462000）

電子秤智能控制的改進(jìn)及應(yīng)用

袁書豪

（河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司漯河卷煙廠，河南漯河 462000）

針對(duì)電子秤故障診斷能力不足、異常情況頻發(fā)、維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等問(wèn)題，開發(fā)出電子秤自診斷控制系統(tǒng)和智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)，可以自動(dòng)修復(fù)常規(guī)故障并實(shí)時(shí)播報(bào)異常語(yǔ)音信息，提高檢修效率，減少批次異常次數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)。

電子秤；智能；自診斷；語(yǔ)音報(bào)警

10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.10.43

0 引言

在煙草制絲生產(chǎn)線上，電子皮帶秤是一種連續(xù)稱重設(shè)備，實(shí)現(xiàn)物料的輸送、精確計(jì)量、恒流量控制、精確摻兌配比、加香加料控制和定料給料控制等功能，用來(lái)滿足精確控制和數(shù)據(jù)采集的要求，為精密加工和穩(wěn)定制絲產(chǎn)品的質(zhì)量奠定基礎(chǔ)。隨著煙草制絲線自動(dòng)化和柔性加工的需要，要求電子秤控制技術(shù)更先進(jìn)、精度更高、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換更快、實(shí)時(shí)通信性更好；同時(shí)要求性能穩(wěn)定、可靠性高、維護(hù)簡(jiǎn)單、輔助檢測(cè)功能進(jìn)一步完善。隨著電子皮帶秤技術(shù)發(fā)展和總線系統(tǒng)的應(yīng)用，為跨平臺(tái)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用提供支撐，各種控制功能得以實(shí)現(xiàn)，如指標(biāo)輔助測(cè)試功能，多秤臺(tái)多傳感器自動(dòng)切換功能，聯(lián)合監(jiān)控功能等，使自診斷校驗(yàn)功能成為可能。

1 存在問(wèn)題及現(xiàn)狀分析

1.1 電子皮帶秤工作原理

皮帶秤由秤架、荷重傳感器、測(cè)速編碼器和觸控操作屏等4大部件組成?？刂乒裰蠵C裝置在接受由稱重傳感器來(lái)的重量信號(hào)和測(cè)速機(jī)的速度信號(hào)后，通過(guò)CPU模塊運(yùn)算，得出物料的瞬時(shí)流量、累計(jì)重量及電機(jī)控制等信號(hào)，從而完成電子秤的自動(dòng)稱重和控制等功能。

圖1 電子秤系統(tǒng)原理

當(dāng)秤架上有物料經(jīng)過(guò)計(jì)量段時(shí)，對(duì)這一區(qū)段稱重托輥產(chǎn)生壓力，稱重托輥將這個(gè)力作用到負(fù)荷傳感器上，使傳感器產(chǎn)生一個(gè)與此區(qū)段上的物料質(zhì)量成正比的電壓信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)過(guò)稱重放大器處理后送入模擬量模塊，同時(shí)測(cè)速機(jī)構(gòu)產(chǎn)生與皮帶速度成正比的脈沖信號(hào)，送給可編程控制器進(jìn)行計(jì)算和控制，最后在觸控屏上顯示質(zhì)量、速度、流量和精度等參數(shù)。

1.2 電子秤控制系統(tǒng)存在問(wèn)題及現(xiàn)狀分析

漯河卷煙廠目前使用的電子皮帶秤，采用雙托輥、雙傳感器結(jié)構(gòu)，物料均勻通過(guò)的情況下計(jì)量精度較高，能將稱量精度控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)；但傳感器等故障較多，出現(xiàn)異常問(wèn)題進(jìn)行維修時(shí)，要通過(guò)因素分析、追蹤、篩選等方法處理，故障排除時(shí)間受維修員個(gè)人因素的影響較大。另外，此種秤已使用十年之久，未經(jīng)過(guò)項(xiàng)修和改進(jìn)，控制技術(shù)較為落后，自診斷功能較弱。

表1 2017年1-3月松散回潮電子秤異常統(tǒng)計(jì)

從表1可以看出，精度問(wèn)題、電氣故障、流量、荷重、速度瞬間波動(dòng)和皮帶打滑等是電子秤主要故障，占故障總數(shù)的81.25%。由于電子秤自身故障診斷能力不足，導(dǎo)致維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、故障排除時(shí)間拖延等。

由于自診斷功能較弱，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)電子皮帶秤運(yùn)行中異常問(wèn)題，往往要到生產(chǎn)結(jié)束后數(shù)據(jù)的比對(duì)分析或者是在維修人員校驗(yàn)后才能發(fā)現(xiàn)，自動(dòng)校驗(yàn)功能更差。恰恰是這些事后發(fā)現(xiàn)的物料計(jì)量問(wèn)題，帶來(lái)難于彌補(bǔ)的質(zhì)量損失。

2 系統(tǒng)改進(jìn)及應(yīng)用

在現(xiàn)有電子皮帶秤基礎(chǔ)上改造相應(yīng)機(jī)械和電氣器件，開發(fā)應(yīng)用自診斷系統(tǒng)（圖2）。在生產(chǎn)前和生產(chǎn)過(guò)程中分別增加不同的故障智能診斷系統(tǒng)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)異常、對(duì)異常做出綜合判斷，并對(duì)可能的異常實(shí)施應(yīng)急措施，實(shí)現(xiàn)故障自校驗(yàn)，保證控制精準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)電子秤運(yùn)行狀態(tài)可控。

2.1 荷重傳感器判異功能實(shí)現(xiàn)

單托輥雙傳感器或雙秤臺(tái)四傳感器，均可實(shí)現(xiàn)傳感器異常自診斷：每個(gè)荷重傳感器工作時(shí)將荷重輸出信號(hào)上傳到可編程控制器，PLC轉(zhuǎn)換和處理接收到的稱重信號(hào)并對(duì)荷重傳感器傳輸信號(hào)周期性掃描（圖3）。生產(chǎn)過(guò)程中，2個(gè)秤臺(tái)同時(shí)計(jì)量，通過(guò)計(jì)算計(jì)量數(shù)據(jù)差值是否超過(guò)預(yù)設(shè)值，判斷秤臺(tái)是否正常運(yùn)行。出現(xiàn)精度異常時(shí)，智能報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢查或自動(dòng)調(diào)整的指令，據(jù)此觸發(fā)自診斷自校驗(yàn)系統(tǒng)工作流程并定位異常發(fā)生部位，從而節(jié)省了故障查找和檢修時(shí)間。

圖2 自診斷自校驗(yàn)系統(tǒng)工作流程

圖3 稱重傳感器原理

2.2 測(cè)速傳感器自診斷

電子皮帶秤交流電機(jī)運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器發(fā)送出代表皮帶速度的脈沖電壓信號(hào)，經(jīng)計(jì)數(shù)器變?yōu)樗俣让}沖，計(jì)算整圈的編碼器脈沖數(shù)理論值，累計(jì)實(shí)際一圈的編碼器脈沖數(shù)，對(duì)比2個(gè)數(shù)值來(lái)檢定測(cè)速傳感器的好壞。當(dāng)誤差有增大趨勢(shì)時(shí)，自動(dòng)修正脈沖信息，經(jīng)反復(fù)測(cè)試，脈沖值誤差超過(guò)10%以上可判定傳感器異常，據(jù)此輸出報(bào)警信息并通過(guò)智能語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)發(fā)出語(yǔ)音提示。

2.3 位移檢測(cè)功能實(shí)現(xiàn)

在皮帶左右兩側(cè)增加位置檢測(cè)接近開關(guān)，使接近開關(guān)接頭與輸送帶面距離為2～4 mm，調(diào)整活動(dòng)支架、使左、右接近開關(guān)同時(shí)接收到皮帶金屬片給出的信號(hào)，同時(shí)接收到信號(hào)的時(shí)間間隔不能太大。皮帶跑偏到一定位置，接近開關(guān)檢測(cè)皮帶上左、右偏離信號(hào)，送入PC裝置，經(jīng)判斷處理后發(fā)出控制信號(hào)，自診斷程序啟用，確定電動(dòng)推桿的運(yùn)行方向，給校偏機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，使皮帶自動(dòng)恢復(fù)至中間位置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾偏（圖4）。若長(zhǎng)期校偏仍不能使皮帶恢復(fù)到中間位置，則發(fā)出帶偏信號(hào)，并通過(guò)語(yǔ)音播報(bào)，提醒操作人員及時(shí)排除故障、校正皮帶位移。

圖4 位移檢測(cè)原理

2.4 語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的應(yīng)用

確定各個(gè)異常報(bào)警輸出閥值（報(bào)警值），根據(jù)邏輯控制設(shè)定限制條件，并編寫工藝參數(shù)報(bào)警輸出控制程序，將程序異常輸出與語(yǔ)音報(bào)警信息一一對(duì)應(yīng)，經(jīng)過(guò)語(yǔ)音處理軟件處理，播報(bào)故障信息，同時(shí)對(duì)故障信息進(jìn)行分類存儲(chǔ)（圖5）。對(duì)于警示故障，通過(guò)自診斷、自校驗(yàn)系統(tǒng)自動(dòng)修復(fù)，對(duì)于禁止故障，設(shè)備自動(dòng)停止運(yùn)行，并通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)定位故障位置，提醒巡視人員處理。

圖5 語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)工作流程

3 改進(jìn)效果

（1）自診斷校驗(yàn)系統(tǒng)的應(yīng)用，減少了批次中的異常次數(shù)和產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)，提高電子秤過(guò)程控制能力。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，異常診斷能力達(dá)85%以上、自校驗(yàn)?zāi)芰_(dá)60%以上，質(zhì)量缺陷和設(shè)備隱患預(yù)防管控能力提高。

（2）智能語(yǔ)音裝置與中控系統(tǒng)有機(jī)融合，在生產(chǎn)前點(diǎn)檢和生產(chǎn)中，及時(shí)準(zhǔn)確發(fā)布設(shè)備異常狀態(tài)，提醒操作人員預(yù)防和處理，減少誤操作和反應(yīng)時(shí)間。異常趨勢(shì)的判斷準(zhǔn)確性和處理效率提高，系統(tǒng)能指導(dǎo)維修工準(zhǔn)確定位設(shè)備故障點(diǎn)、提高維修效率。

（3）通過(guò)自診斷監(jiān)控畫面，語(yǔ)音報(bào)警系統(tǒng)的開發(fā)，電子秤的維護(hù)更簡(jiǎn)單、性能更可靠，可在行業(yè)和同類設(shè)備推廣應(yīng)用。

［1］國(guó)家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范［M］.北京：中央文獻(xiàn)出版社，2003.

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〔編輯 吳建卿〕