摘 要：在卷煙廠(chǎng)生產(chǎn)車(chē)間里面，烘絲機(jī)前端，切絲機(jī)切好的煙絲經(jīng)過(guò)傳送帶進(jìn)到喂料機(jī)，在儲(chǔ)柜里面煙絲鋪到觸發(fā)料位傳感器后等待烘絲段全線(xiàn)啟動(dòng)生產(chǎn)。生產(chǎn)開(kāi)始后，在進(jìn)料儲(chǔ)柜底部皮帶運(yùn)行，將煙絲送往卸料方向的提升傳送帶。這時(shí)如果后面的烘絲機(jī)，計(jì)量皮帶秤和計(jì)量光柵給提升皮帶允許進(jìn)料信號(hào)，提升帶開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，將煙絲往上運(yùn)輸?shù)接?jì)量光柵。目前有些卷煙廠(chǎng)還繼續(xù)使用三段式（低中高）計(jì)量光柵來(lái)控制提升帶的運(yùn)轉(zhuǎn)和停止。即料位低于中部光電傳感器啟動(dòng)提升帶，煙絲到高料位傳感器停止。這樣基本上也能控制煙絲流量，但是精度不高。如果運(yùn)用SICK公司的條形多傳感器式光柵，則可以精確的顯示料位的百分比，從0%到100%。這樣可以根據(jù)計(jì)量光柵的料位來(lái)實(shí)現(xiàn)PID控制，更加精確的控制提升帶電機(jī)變頻器的提升速度，使計(jì)量光柵的煙絲料位更加穩(wěn)定，從而提高計(jì)量皮帶秤的煙絲流量控制精度。

關(guān)鍵詞：喂料機(jī);提升帶;計(jì)量光柵;計(jì)量皮帶秤;上下游設(shè)備;PID控制器;煙絲流量

1 總體控制流程

這里介紹一種筆者實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)編程調(diào)試的煙絲流量控制技術(shù)：按照煙絲傳送方向從硬件上有變頻器控制的提升帶，計(jì)量光柵，計(jì)量皮帶秤三個(gè)部分。提升帶在儲(chǔ)柜里煙絲料位達(dá)到出口料位高度傳感器觸發(fā)，在光柵計(jì)量管給出允許進(jìn)料信號(hào)，并且生產(chǎn)命令啟動(dòng)了這些條件下開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，速度一開(kāi)始是固定速度，直到煙絲傳送上去到達(dá)計(jì)量光柵落下去到皮帶秤上。計(jì)量光柵料位高度達(dá)到60%時(shí)候，皮帶秤在后面的烘絲機(jī)給出允許進(jìn)料信號(hào)后開(kāi)始啟動(dòng)運(yùn)行預(yù)加料階段。同時(shí)計(jì)量光柵進(jìn)入生產(chǎn)階段，PID控制程序根據(jù)計(jì)量光柵料位高低給出相應(yīng)的提升帶速度設(shè)定值送到變頻器。計(jì)量皮帶秤在煙絲運(yùn)行到稱(chēng)重區(qū)后由預(yù)加料階段變?yōu)榇龣C(jī)階段，然后馬上變?yōu)樯a(chǎn)階段，把煙絲往下游烘絲機(jī)進(jìn)料振槽上傳送到烘絲機(jī)里面。計(jì)量皮帶秤也開(kāi)始運(yùn)行煙絲流量控制PID把流量精確控制在設(shè)定值要求范圍內(nèi)。

2 具體方法實(shí)施

2.1 計(jì)量光柵

實(shí)際采用SICK公司的MLG-2 pronet計(jì)量光柵。安裝時(shí)將發(fā)射器與接收器旋入原裝的flexfix固定支架，檢查支架水平度，保證發(fā)射器與接收器的機(jī)械對(duì)齊。發(fā)射接收器相對(duì)表面干凈，中間玻璃也干凈。PLC控制軟件采用西門(mén)子PLC編程平臺(tái)TIA V14 sp1，CPU是1516-3，在硬件組態(tài)里先對(duì)計(jì)量光柵進(jìn)行配置，需要下載安裝所安裝相應(yīng)光柵型號(hào)的GSD文件，版本應(yīng)該正確。名字是vs1-a11如下圖：

然后配置其IP地址如下圖：

在硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)里配置顯示如下圖：

到SICK公司官網(wǎng)上下載SOPAS-ET MLG-2計(jì)量光柵配置軟件，對(duì)應(yīng)型號(hào)網(wǎng)站提供有對(duì)應(yīng)版本的SOPAS-ET軟件下載。在配置電腦里安裝好后，一起和光柵連入以太網(wǎng)絡(luò)或交換機(jī)，運(yùn)行軟件，軟件會(huì)自動(dòng)尋找所連的光柵，然后提示安裝驅(qū)動(dòng)程序，或者自動(dòng)從光柵上載驅(qū)動(dòng)，建議選擇自動(dòng)上載，上載完光柵圖標(biāo)變?yōu)樵诰€(xiàn)狀態(tài)。然后可以點(diǎn)擊上載了驅(qū)動(dòng)的光柵圖標(biāo)打開(kāi)配置頁(yè)面。如下圖：

在右邊欄里最上面菜單欄system里面顯示該光柵的型號(hào)和軟件版本。

需要設(shè)置digital output 1，在這里選擇LBM，選擇LBM，后面編寫(xiě)相應(yīng)的程序調(diào)用LBM索引，則能讀到最后一條通暢的光束編號(hào)。因?yàn)楝F(xiàn)場(chǎng)計(jì)量光柵是倒裝的，頂部在上面，即編號(hào)1的光束在上面。

然后在ZONES欄菜單里設(shè)置4個(gè)區(qū)，在這里沒(méi)有用到每個(gè)區(qū)的輸出，只是為了把每條光束都順序用上。如下圖：

再設(shè)置IP地址和名字，二者都必須和PLC網(wǎng)絡(luò)硬件組態(tài)里的一致。注意因?yàn)樵O(shè)置時(shí)即時(shí)生效的，設(shè)完后要把配置電腦的IP地址設(shè)成和光柵相同網(wǎng)段，才能繼續(xù)進(jìn)行配置。如下圖：

下一步進(jìn)行光柵靈敏度調(diào)整，選擇菜單欄‘Teach-in，點(diǎn)擊按鈕start teach-in，軟件自動(dòng)進(jìn)行靈敏度適應(yīng)調(diào)整。成功后質(zhì)量進(jìn)度條是滿(mǎn)的直到綠色100%，如下圖：

最后選擇最上面菜單項(xiàng)左邊起第三個(gè)‘parameter，下拉選擇菜單圖標(biāo)‘transfer parameter to device點(diǎn)擊，則設(shè)置參數(shù)下載到光柵器件，再點(diǎn)擊下面的芯片圖標(biāo)‘save permanent，保存進(jìn)光柵的Flash ROM芯片里。

接下來(lái)要在編寫(xiě)PLC程序?qū)ψx取光柵數(shù)據(jù)，主要是調(diào)用前面介紹的LBM功能得到最后一條通暢光束的編號(hào)。如下圖程序示意：

在程序里#ConnTop為true，因?yàn)楣鈻攀堑怪惭b，發(fā)射器和接收器連模塊接線(xiàn)相當(dāng)于‘頂部，另外由前面光柵配置軟件SOPAS-ET可以看出這款光柵有36條光束，所以#NoSensors就賦值36，通過(guò)#Receive.BF1_FBM讀取到實(shí)際LBM的編號(hào)。然后#NoSensors減去LBM得到#Beam數(shù)值，再用公式#Beam*100/#NoSensors計(jì)算出#PV_Level的值。

2.2 上游喂料機(jī)提升帶控制

有了煙絲料位的實(shí)際測(cè)量值就可以編寫(xiě)一個(gè)自動(dòng)料位控制程序，程序調(diào)用及輸出如下圖所示，根據(jù)料位設(shè)定值給出控制調(diào)節(jié)變量VS1_DB.SP_SpeedFeed調(diào)節(jié)提升帶的變頻器設(shè)定速度，從而調(diào)節(jié)實(shí)際光柵落料槽里的實(shí)際料位高度。在這個(gè)程序里已經(jīng)對(duì)上面#PV_Level值進(jìn)行了5秒的平滑濾波處理。在PID控制器的輸入?yún)?shù)中，比例系數(shù)Kp設(shè)為1，積分時(shí)間Tn為10秒，微分時(shí)間Tv為0s。標(biāo)準(zhǔn)偏差報(bào)警設(shè)為5%。調(diào)節(jié)量最大值100%，最小值0%。

光柵在測(cè)量料位不是設(shè)定料位（60%），也不在高料位（95%），而且沒(méi)有煙絲高料位導(dǎo)致堵料光電管觸發(fā)，同時(shí)光柵下游設(shè)備計(jì)量皮帶稱(chēng)在運(yùn)行，這些條件滿(mǎn)足后光柵就給出允許進(jìn)料信號(hào)給進(jìn)料儲(chǔ)柜的提升帶，可以運(yùn)行把煙絲運(yùn)送上去給光柵。而在高料位，當(dāng)光柵在無(wú)料待機(jī)，有料生產(chǎn)和無(wú)料排空階段，此時(shí)下游皮帶秤也停止了，煙絲料位高度在設(shè)定料位（60%）時(shí)就不會(huì)給出允許上游提升帶進(jìn)料信號(hào)。程序見(jiàn)下圖：

2.3 下游計(jì)量皮帶稱(chēng)控制

在光柵的下游設(shè)備是計(jì)量皮帶秤，在硬件網(wǎng)絡(luò)組態(tài)里配置圖里名字是344582-0030，CPU是1512。作為主站的通訊子站。用ISO on TCP通訊協(xié)議配置編程。其自動(dòng)啟動(dòng)流程是當(dāng)上游計(jì)量光柵給出有料信號(hào)時(shí)，也就是煙絲已經(jīng)進(jìn)到計(jì)量光柵里面落料槽，這時(shí)皮帶稱(chēng)進(jìn)入預(yù)加料階段，皮帶電機(jī)開(kāi)始啟動(dòng)慢速運(yùn)行，煙絲在皮帶上運(yùn)送到稱(chēng)重區(qū)（大概在距離卸料位置10cm處）停下，計(jì)量稱(chēng)轉(zhuǎn)換到待機(jī)階段，直到收到下游烘絲機(jī)允許進(jìn)料信號(hào)，計(jì)量稱(chēng)皮帶運(yùn)行進(jìn)入生產(chǎn)階段。而在光柵里沒(méi)有煙絲走空了后計(jì)量皮帶稱(chēng)進(jìn)入排空階段，快速運(yùn)行皮帶一段設(shè)定時(shí)間后停下來(lái)進(jìn)入等待階段。直到光柵里再次進(jìn)料后皮帶秤再開(kāi)始預(yù)加料階段。

在生產(chǎn)階段，計(jì)量稱(chēng)根據(jù)收到主站給的煙絲流量設(shè)定值，PID控制器自動(dòng)調(diào)節(jié)煙絲流量追隨設(shè)定值，調(diào)節(jié)變量是皮帶變頻器設(shè)定運(yùn)行速度。比例系數(shù)Kp為0.5，積分時(shí)間Tn為0.15s，微分時(shí)間Tv為0s，調(diào)節(jié)量最大值100%，最小10%，標(biāo)準(zhǔn)偏差報(bào)警5公斤/小時(shí)，最大允許煙絲流量3000公斤/小時(shí)。

3 結(jié)論

在實(shí)際生產(chǎn)中，通過(guò)計(jì)量光柵對(duì)喂料機(jī)提升帶速度PID調(diào)節(jié)使煙絲在光柵落料槽里保持大約60%的穩(wěn)定的料位高度，再通過(guò)對(duì)計(jì)量皮帶秤的煙絲流量PID跟蹤調(diào)整，從而使煙絲流量穩(wěn)定在設(shè)定值，控制精度在0.1%，明顯優(yōu)于以前三段式控制。

參考文獻(xiàn)：

[1]SICK操作指南MLG-2 ProNet 8021744.10QE/2018.08.09 |SICK.

Operating_instructions_MLG_2_ProNet_PROFINET 8021744.10QE/2018.08.09 |SICK.

作者簡(jiǎn)介：陳彬（1971-），男，漢族，昆明人，自動(dòng)化工程師，畢業(yè)于云南大學(xué)電子信息工程學(xué)院。