摘 要:在卷煙廠生產(chǎn)車間里面,烘絲機前端,切絲機切好的煙絲經(jīng)過傳送帶進到喂料機,在儲柜里面煙絲鋪到觸發(fā)料位傳感器后等待烘絲段全線啟動生產(chǎn)。生產(chǎn)開始后,在進料儲柜底部皮帶運行,將煙絲送往卸料方向的提升傳送帶。這時如果后面的烘絲機,計量皮帶秤和計量光柵給提升皮帶允許進料信號,提升帶開始運轉(zhuǎn),將煙絲往上運輸?shù)接嬃抗鈻?。目前有些卷煙廠還繼續(xù)使用三段式(低中高)計量光柵來控制提升帶的運轉(zhuǎn)和停止。即料位低于中部光電傳感器啟動提升帶,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)計量光柵的料位來實現(xiàn)PID控制,更加精確的控制提升帶電機變頻器的提升速度,使計量光柵的煙絲料位更加穩(wěn)定,從而提高計量皮帶秤的煙絲流量控制精度。
關(guān)鍵詞:喂料機;提升帶;計量光柵;計量皮帶秤;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際現(xiàn)場編程調(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,計量光柵,計量皮帶秤三個部分。提升帶在儲柜里煙絲料位達到出口料位高度傳感器觸發(fā),在光柵計量管給出允許進料信號,并且生產(chǎn)命令啟動了這些條件下開始運轉(zhuǎn),速度一開始是固定速度,直到煙絲傳送上去到達計量光柵落下去到皮帶秤上。計量光柵料位高度達到60%時候,皮帶秤在后面的烘絲機給出允許進料信號后開始啟動運行預(yù)加料階段。同時計量光柵進入生產(chǎn)階段,PID控制程序根據(jù)計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。計量皮帶秤在煙絲運行到稱重區(qū)后由預(yù)加料階段變?yōu)榇龣C階段,然后馬上變?yōu)樯a(chǎn)階段,把煙絲往下游烘絲機進料振槽上傳送到烘絲機里面。計量皮帶秤也開始運行煙絲流量控制PID把流量精確控制在設(shè)定值要求范圍內(nèi)。
2 具體方法實施
2.1 計量光柵
實際采用SICK公司的MLG-2 pronet計量光柵。安裝時將發(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)射器與接收器的機械對齊。發(fā)射接收器相對表面干凈,中間玻璃也干凈。PLC控制軟件采用西門子PLC編程平臺TIA V14 sp1,CPU是1516-3,在硬件組態(tài)里先對計量光柵進行配置,需要下載安裝所安裝相應(yīng)光柵型號的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計量光柵配置軟件,對應(yīng)型號網(wǎng)站提供有對應(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,運行軟件,軟件會自動尋找所連的光柵,然后提示安裝驅(qū)動程序,或者自動從光柵上載驅(qū)動,建議選擇自動上載,上載完光柵圖標變?yōu)樵诰€狀態(tài)。然后可以點擊上載了驅(qū)動的光柵圖標打開配置頁面。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。因為現(xiàn)場計量光柵是倒裝的,頂部在上面,即編號1的光束在上面。
然后在ZONES欄菜單里設(shè)置4個區(qū),在這里沒有用到每個區(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。注意因為設(shè)置時即時生效的,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)進行配置。如下圖:
下一步進行光柵靈敏度調(diào)整,選擇菜單欄‘Teach-in,點擊按鈕start teach-in,軟件自動進行靈敏度適應(yīng)調(diào)整。成功后質(zhì)量進度條是滿的直到綠色100%,如下圖:
最后選擇最上面菜單項左邊起第三個‘parameter,下拉選擇菜單圖標‘transfer parameter to device點擊,則設(shè)置參數(shù)下載到光柵器件,再點擊下面的芯片圖標‘save permanent,保存進光柵的Flash ROM芯片里。
接下來要在編寫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。如下圖程序示意:
在程序里#ConnTop為true,因為光柵是倒著安裝,發(fā)射器和接收器連模塊接線相當(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#Receive.BF1_FBM讀取到實際LBM的編號。然后#NoSensors減去LBM得到#Beam數(shù)值,再用公式#Beam*100/#NoSensors計算出#PV_Level的值。
2.2 上游喂料機提升帶控制
有了煙絲料位的實際測量值就可以編寫一個自動料位控制程序,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)實際光柵落料槽里的實際料位高度。在這個程序里已經(jīng)對上面#PV_Level值進行了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,積分時間Tn為10秒,微分時間Tv為0s。標準偏差報警設(shè)為5%。調(diào)節(jié)量最大值100%,最小值0%。
光柵在測量料位不是設(shè)定料位(60%),也不在高料位(95%),而且沒有煙絲高料位導(dǎo)致堵料光電管觸發(fā),同時光柵下游設(shè)備計量皮帶稱在運行,這些條件滿足后光柵就給出允許進料信號給進料儲柜的提升帶,可以運行把煙絲運送上去給光柵。而在高料位,當(dāng)光柵在無料待機,有料生產(chǎn)和無料排空階段,此時下游皮帶秤也停止了,煙絲料位高度在設(shè)定料位(60%)時就不會給出允許上游提升帶進料信號。程序見下圖:
2.3 下游計量皮帶稱控制
在光柵的下游設(shè)備是計量皮帶秤,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。其自動啟動流程是當(dāng)上游計量光柵給出有料信號時,也就是煙絲已經(jīng)進到計量光柵里面落料槽,這時皮帶稱進入預(yù)加料階段,皮帶電機開始啟動慢速運行,煙絲在皮帶上運送到稱重區(qū)(大概在距離卸料位置10cm處)停下,計量稱轉(zhuǎn)換到待機階段,直到收到下游烘絲機允許進料信號,計量稱皮帶運行進入生產(chǎn)階段。而在光柵里沒有煙絲走空了后計量皮帶稱進入排空階段,快速運行皮帶一段設(shè)定時間后停下來進入等待階段。直到光柵里再次進料后皮帶秤再開始預(yù)加料階段。
在生產(chǎn)階段,計量稱根據(jù)收到主站給的煙絲流量設(shè)定值,PID控制器自動調(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)定運行速度。比例系數(shù)Kp為0.5,積分時間Tn為0.15s,微分時間Tv為0s,調(diào)節(jié)量最大值100%,最小10%,標準偏差報警5公斤/小時,最大允許煙絲流量3000公斤/小時。
3 結(jié)論
在實際生產(chǎn)中,通過計量光柵對喂料機提升帶速度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,再通過對計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:
[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.
作者簡介:陳彬(1971-),男,漢族,昆明人,自動化工程師,畢業(yè)于云南大學(xué)電子信息工程學(xué)院。