基于PLC的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算在煙草制絲線上的運用

朱華福

【摘 要】目前煙草制絲線上對于主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算均是基于上位機完成。由于數(shù)采規(guī)則是根據(jù)主機設(shè)備狀態(tài)來制定，而上位系統(tǒng)對主機設(shè)備狀態(tài)無法進行準(zhǔn)確判斷，從而影響所采集數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性。本文提出一種由PLC來完成主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算的方法，由于設(shè)備由PLC來完成控制，PLC對主機設(shè)備狀態(tài)可以進行很好的判斷，從而保證采集數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性，對提高煙草制絲加工工藝質(zhì)量指標(biāo)能起到很好的作用。

【關(guān)鍵詞】平均值 標(biāo)準(zhǔn)偏差 煙草制絲 PLC

【中圖分類號】 F224-39【文獻標(biāo)識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0171-02

1 引言

平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差作為產(chǎn)品加工過程中工藝指標(biāo)穩(wěn)定性的量化條件運用于各工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)。目前在煙草制絲線加工工藝過程中，對于主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)如溫度、水分、加料和加香精度等的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差數(shù)據(jù)采集以及計算均基于上位機系統(tǒng)來完成，這些工藝指標(biāo)都是先采集，最后才計算，因此具有滯后性，且數(shù)據(jù)采集規(guī)則也比較粗糙。隨著煙草制絲線加工工藝水平的提高，特別是近年來提出的精細化加工模式，這些都對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集規(guī)則提出挑戰(zhàn)。為了更好的實現(xiàn)卷煙制造過程中產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，且要求對生產(chǎn)過程中的工藝參數(shù)進行有效控制，實現(xiàn)由控制指標(biāo)向控制參數(shù)轉(zhuǎn)變；由結(jié)果控制向過程控制轉(zhuǎn)變等的需求[1]，我們提出一種由PLC來實現(xiàn)主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)中平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算的方法。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差介紹

平均值是指一組數(shù)據(jù)的和除以這組數(shù)據(jù)的個數(shù)所得的結(jié)果，也稱為算數(shù)平均值。在統(tǒng)計中算術(shù)平均數(shù)常用于表示統(tǒng)計對象的一般水平，它是描述數(shù)據(jù)集中程度的一個統(tǒng)計量。我們既可以用它來反映一組數(shù)據(jù)的一般情況，也可以用它進行不同組數(shù)據(jù)的比較，以看出不同數(shù)據(jù)組之間的差別。用平均數(shù)表示一組數(shù)據(jù)的情況，有直觀、簡明的特點，因此被廣泛運用于煙草制絲線上主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)的考核。平均值計算公式如下：

為所有采樣數(shù)據(jù)的平均值。

2.2 數(shù)據(jù)采集規(guī)則定義

由于煙草制絲線從生產(chǎn)開始到正常，以及從正常到結(jié)束都需要一個過程，加上生產(chǎn)中有可能出現(xiàn)故障、斷料等情況，因此在計算過程工藝指標(biāo)的過程中，需要剔除掉生產(chǎn)開始時不穩(wěn)定狀態(tài)、斷料時不穩(wěn)定狀態(tài)以及結(jié)束時不穩(wěn)定狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)，剩下數(shù)據(jù)全部為有效數(shù)據(jù)。

在日常使用中分別定義其為干頭、正常、斷料、干尾四個狀態(tài)，其中每個狀態(tài)分述如下：

干頭：批開始之后生產(chǎn)開始到生產(chǎn)進入正常穩(wěn)定這個不穩(wěn)定階段定義為干頭。

干尾：批結(jié)束之前從生產(chǎn)的正常穩(wěn)定狀態(tài)到生產(chǎn)結(jié)束的不穩(wěn)定階段定義為干尾。

斷料：生產(chǎn)過程中從正常狀態(tài)下忽然停止開始到生產(chǎn)重新恢復(fù)正常這個不穩(wěn)定狀態(tài)定義為斷料。

正常：生產(chǎn)過程中除干頭、斷料、干尾狀態(tài)之外的整個生產(chǎn)過程定義為正常。

各主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算均以生產(chǎn)過程中正常狀態(tài)下采集的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，當(dāng)主機設(shè)備處于其余3個狀態(tài)時，不進行工藝指標(biāo)計算的數(shù)據(jù)采集。

具體的干頭、干尾和斷料狀態(tài)定義則由每個煙廠根據(jù)實際需要制定。

2.3 均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法實現(xiàn)原理

利用PLC來實現(xiàn)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算的方法是基于整個制絲線生產(chǎn)過程中數(shù)采規(guī)則的定義。其工作原理為把事先定義好的各主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)數(shù)采規(guī)則在PLC控制程序里以數(shù)采開始和數(shù)采停止兩種條件的方式實現(xiàn)。當(dāng)數(shù)采開始條件滿足時，PLC開始采集數(shù)據(jù)，其采集的周期由數(shù)采規(guī)則決定，每采集到一個數(shù)據(jù)之后先進行數(shù)據(jù)有效性判斷，再依次進行平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差的計算；當(dāng)數(shù)采停止條件滿足時，PLC停止采集數(shù)據(jù)，同時數(shù)據(jù)判斷和計算工作相應(yīng)停止。由于PLC的主要工作還是用于設(shè)備動作和各種工藝指標(biāo)的控制，在均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算的同時不能影響到整個生產(chǎn)工況，因此我們在程序設(shè)計上均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算功能采用事件觸發(fā)或子程序調(diào)用形式，只有數(shù)采開始條件滿足時，才進行數(shù)據(jù)采集以及相應(yīng)的判斷和計算；當(dāng)數(shù)采停止條件滿足時，跳過此功能，以減少PLC循環(huán)掃描時間。

2.4 具體程序?qū)崿F(xiàn)

均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法實現(xiàn)由兩個步驟組成，第一步是產(chǎn)生數(shù)采標(biāo)志，第二步是進行數(shù)采并進行相關(guān)的判斷和計算工作。

2.4.1 數(shù)采標(biāo)志

數(shù)采標(biāo)志采用開關(guān)量控制模式，為1時數(shù)采開始，為0時數(shù)采停止。數(shù)采標(biāo)志根據(jù)數(shù)采規(guī)則來編程實現(xiàn)。

2.4.2 均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算

為便于PLC實現(xiàn)均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算，我們對均值和標(biāo)偏計算公式進行變換。

均值公式可變成如下公式：

兩個公式中的A和B均是采用疊加方式進行計算，批結(jié)束之后清零A和B，保證下一批次數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 總結(jié)

利用PLC實現(xiàn)煙草制絲線主機設(shè)備關(guān)鍵點工藝指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差計算既有實時性和準(zhǔn)確性等優(yōu)點，PLC中用程序?qū)崿F(xiàn)容易且占用內(nèi)存小，對PLC循環(huán)掃描時間沒多大影響，不影響PLC對設(shè)備動作和工藝指標(biāo)的控制，還能實現(xiàn)產(chǎn)品加工過程的實時性監(jiān)控，在標(biāo)偏計算的基礎(chǔ)上還可以實現(xiàn)Cpk指標(biāo)的計算。在使用過程中可把所采集到的數(shù)據(jù)和計算結(jié)果在上位機上以趨勢圖的形式顯示出來，同時便于操作人員實時查看，操作人員可根據(jù)顯示結(jié)果進行相應(yīng)調(diào)整，以滿足整個生產(chǎn)過程中工藝指標(biāo)的穩(wěn)定性。

參考文獻

[1] 卷煙工藝/《卷煙工藝》（第二版）編寫組編，北京：北京出版社，2000.6

[2] 張寶生 蔣鴻章等.質(zhì)量管理中常用的統(tǒng)計工具工序能力指數(shù)（JB T 3736.7-94）中華人民共和國機械工業(yè)部，1995-10-1實施