基于網(wǎng)絡(luò)分布式稱重的煙絲振動(dòng)分選系統(tǒng)的研究

王勝鑫 袁 興 張樂年

（1.吉林煙草工業(yè)有限責(zé)任公司，吉林 延吉 133001； 2.大樹智能科技（南京）有限公司，南京 211100； 3.南京航空航天大學(xué)機(jī)電學(xué)院，南京 211100）

煙草系統(tǒng)工藝分析煙絲中各類等級(jí)煙絲的含量是卷煙制造流程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，是評(píng)價(jià)卷煙制造質(zhì)量水平的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。煙絲振動(dòng)分選機(jī)是專門用來測(cè)試分析煙絲中各類等級(jí)煙絲含量的煙草專用設(shè)備，該設(shè)備的稱重系統(tǒng)是設(shè)備的核心系統(tǒng)。而現(xiàn)在煙草企業(yè)使用的稱重系統(tǒng)一般是臺(tái)秤，稱重需要人工取樣并篩分，工作負(fù)荷大，稱重?cái)?shù)據(jù)容易出錯(cuò)，數(shù)據(jù)的穩(wěn)定可靠性需要人工保證。

針對(duì)目前煙絲振動(dòng)分選機(jī)系統(tǒng)稱重部分的不足，本文對(duì)稱重系統(tǒng)進(jìn)行了分析研究，提出了網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)來實(shí)時(shí)讀取稱重信息，具有實(shí)時(shí)性、可靠性、便捷等優(yōu)點(diǎn)。能滿足當(dāng)前煙草行業(yè)自動(dòng)化信息系統(tǒng)的要求。

1 煙絲振動(dòng)分選機(jī)系統(tǒng)和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡介

1.1 煙絲振動(dòng)分選機(jī)

煙絲振動(dòng)分選機(jī)通過振動(dòng)篩網(wǎng)來分層篩出煙絲中各類等級(jí)的煙絲，通過稱重每層篩出的煙絲，分析計(jì)算出煙絲的整絲率、中絲率和碎絲率的含量，用以評(píng)價(jià)煙絲生產(chǎn)質(zhì)量，從而來把握卷煙生產(chǎn)流程的工藝質(zhì)量。

煙絲振動(dòng)分選機(jī)主要有取料機(jī)構(gòu)、喂料攤薄機(jī)構(gòu)、輸送皮帶、四層篩網(wǎng)、電機(jī)、稱重機(jī)構(gòu)、接料斗構(gòu)成等機(jī)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)成，而其稱重機(jī)構(gòu)是核心，稱重系統(tǒng)數(shù)據(jù)的精確度決定著工藝評(píng)價(jià)的可靠度。

1.2 稱重技術(shù)

稱重技術(shù)是將作用在被測(cè)物體上的重力按一定比例轉(zhuǎn)換成可計(jì)量的輸出信號(hào)。稱重傳感器按轉(zhuǎn)換方法分為光電式、液壓式、電磁力式、電容式、磁極變形式、振動(dòng)式、陀螺儀式、電阻應(yīng)變式等8 類，以電阻應(yīng)變式使用最廣。

電阻應(yīng)變式傳感器利用電阻應(yīng)變片變形時(shí)其電阻也隨之改變的原理工作。主要由彈性元件、電阻應(yīng)變片、測(cè)量電路和傳輸電纜4 部分組成。電阻應(yīng)變片貼在彈性元件上，彈性元件受力變形時(shí)，其上的應(yīng)變片隨之變形，并導(dǎo)致電阻改變。測(cè)量電路測(cè)出應(yīng)變片電阻的變化并變換為與外力大小成比例的電信號(hào)輸出。電信號(hào)經(jīng)處理后以數(shù)字形式顯示出被測(cè)物的質(zhì)量。

1.3 以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

以太網(wǎng)是一種總線型局域網(wǎng)，采用帶沖突檢測(cè)的載波偵聽多路訪問方式(CDMA/CD)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。這種傳輸方式的原理很簡單：一個(gè)站點(diǎn)要傳送數(shù)據(jù)時(shí)，它首先監(jiān)聽信道(載波偵聽)，如果這時(shí)信道有數(shù)據(jù)傳輸，則等待到信道空閑再傳送數(shù)據(jù)。當(dāng)同時(shí)有多個(gè)站點(diǎn)偵聽到信道空閑并發(fā)出數(shù)據(jù)(多路訪問)時(shí)，就會(huì)發(fā)生沖突。為此，每個(gè)站點(diǎn)在發(fā)數(shù)據(jù)的同時(shí)進(jìn)行沖突檢測(cè)，一旦發(fā)生沖突便立即停止數(shù)據(jù)傳輸，然后按照一定的算法退避一段時(shí)間來等待沖突平息，接著再偵聽信道準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)。以太網(wǎng)具有傳輸速率高、網(wǎng)絡(luò)軟件豐富、系統(tǒng)功能強(qiáng)、安裝連接簡單和使用維護(hù)方便等許多優(yōu)點(diǎn)。

2 網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)的原理與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)成

圖1為煙絲振動(dòng)分選機(jī)網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)的構(gòu)成框架系統(tǒng)，該稱重系統(tǒng)主要由稱重傳感器、網(wǎng)絡(luò)化稱重信號(hào)變送模塊、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、PLC 控制中心等構(gòu)成。

稱重傳感器的稱重信號(hào)通過網(wǎng)絡(luò)化稱重信號(hào)變送器與PLC 控制中心網(wǎng)絡(luò)通信傳輸信號(hào)。通過網(wǎng)絡(luò)通信傳輸信號(hào)可以減少信號(hào)干擾、信號(hào)衰減、信號(hào)傳輸時(shí)間，提高稱重信號(hào)的穩(wěn)定性、可靠性、實(shí)時(shí)性，從而能提高煙絲振動(dòng)分選機(jī)分析功能的可靠穩(wěn)定性。

2.2 系統(tǒng)運(yùn)行原理

煙絲振動(dòng)分選機(jī)電阻應(yīng)變式稱重傳感器將四層接料斗的稱重模擬量信號(hào)實(shí)時(shí)輸送給電阻橋模擬量輸入模塊，該模擬量模塊將稱重模擬量模塊轉(zhuǎn)換為16 位分辨率的電橋電壓UD和電橋供電電壓Uref數(shù)字量信號(hào)，這兩個(gè)數(shù)字量信號(hào)用來實(shí)時(shí)計(jì)算稱重值。圖2為電阻應(yīng)變式稱重傳感器。

圖2 電阻應(yīng)變式稱重傳感器

電橋模擬量輸入模塊通過高速總線和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊實(shí)時(shí)傳輸信號(hào)，PLC 控制中心通過網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)通訊模塊實(shí)時(shí)接收發(fā)送數(shù)據(jù)，PLC 控制中心通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收模擬量模塊模數(shù)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量信號(hào)。圖3為網(wǎng)絡(luò)化稱重模擬量信號(hào)模塊。

圖3 網(wǎng)絡(luò)化稱重模擬量信號(hào)模塊

PLC 控制中心通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)接收電橋電壓UD和電橋供電電壓Uref數(shù)字量信號(hào)，通過簡潔的計(jì)算模型公式測(cè)量值=UD/Uref,實(shí)時(shí)計(jì)算出振動(dòng)分選機(jī)分層分選后的四層接料斗的煙絲重量，然后計(jì)算分析煙絲的整絲率、中絲率、碎絲率、煙絲總重量等信息。

通過以上的模數(shù)轉(zhuǎn)換模式、數(shù)據(jù)通訊模式、稱重計(jì)算模型，可以很簡潔、方便、實(shí)時(shí)的計(jì)算分析煙絲的整死率、碎絲率等工藝參數(shù)，從而來評(píng)價(jià)煙絲生產(chǎn)流程的質(zhì)量水平，客觀地衡量煙絲的結(jié)構(gòu)組成和不同規(guī)格煙絲的分布比例，從而正確衡量煙絲質(zhì)量。

2.3 系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)由于具有稱重信號(hào)采集方便實(shí)時(shí)，信號(hào)傳輸穩(wěn)定可靠，數(shù)據(jù)精確度高，電氣穩(wěn)定運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，所以在公司研制的煙絲振動(dòng)分選機(jī)系統(tǒng)中所產(chǎn)用。

網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)在實(shí)際產(chǎn)品的應(yīng)用效果明顯，最總計(jì)算得出的數(shù)據(jù)也符合煙絲生產(chǎn)流程的需求，煙絲振動(dòng)分選機(jī)的運(yùn)行效果能滿足煙絲工藝分析的要求。

網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)的效果優(yōu)于傳統(tǒng)的稱重信號(hào)轉(zhuǎn)換傳輸計(jì)算模式。圖4為網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行產(chǎn)品效果圖。

圖4 網(wǎng)絡(luò)化稱重系統(tǒng)的產(chǎn)品應(yīng)用效果圖

3 結(jié)論

網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)具有稱重信號(hào)采集實(shí)時(shí)簡潔、數(shù)據(jù)通訊方便快捷、稱重信號(hào)損耗干擾小、數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、電氣元件可靠運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，在煙絲振動(dòng)分選機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用能提高稱重精度，從而能準(zhǔn)確客觀的分析評(píng)價(jià)煙絲生產(chǎn)工藝質(zhì)量水平。網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)在煙絲振動(dòng)分選機(jī)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用效果明顯，具有數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠、精度高等優(yōu)點(diǎn)，能符合滿足評(píng)價(jià)煙絲生產(chǎn)工藝質(zhì)量的要求。

公司生產(chǎn)的煙絲在線振動(dòng)分選機(jī)在煙草行業(yè)中已被廣泛使用，網(wǎng)絡(luò)分布式稱重系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中展現(xiàn)的數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、準(zhǔn)確性也比較好，提升了煙草工藝分析評(píng)價(jià)的自動(dòng)化、精確度和客觀性水平。

[1] 稱重傳感器產(chǎn)品技術(shù)手冊(cè)[M].江蘇常州：梅特勒-托利多（常州）稱重設(shè)備系統(tǒng)有限公司,2010.

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[3] 煙絲振動(dòng)分選機(jī)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:國家煙草專賣局,2009.

[4] 康勛.PLC OPC服務(wù)器在綜合自動(dòng)化系統(tǒng)中應(yīng)用的研究與開發(fā)[J].中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所,2002(5):6-7.

[5] 煙絲在線振動(dòng)分選機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M].南京:大樹智能科技（南京）有限公司,2010.