卷烟机新型重量控制系统设计与应用

彭峋

摘 要：为增加卷烟机生产烟支重量标偏的合格率，设计一种新型长短周期重量控制基本原理和方法。用这种方法设计的系统在PASSIM卷接机组进行试验应用，取得了很好的使用效果。

关键词：长短周期 重量控制 标准偏差

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）02（c）-00-01

卷烟重量是卷烟的一项基本指标。直接影响卷烟的吸阻、硬度、主流烟气和感官质量等各项指标[1]。在目前实现的卷烟机烟支重量控制系统中，烟支重量都是采用大惯量的闭环控制，重量控制系统通过检测的烟支重量与目标重量进行比较，根据残差的大小，通过执行机构进行调整，调整后的重量再进行检测以确定执行的结果，这样反复的进行检测、调整达到闭环控制的目的，即重量的检测在执行机构之后。其优点是可以对执行的情况进行监控和不合格品剔除，从而实现闭环，实现稳态控制；缺点：具有滞后性，对于某个烟支不能进行控制，不能适应烟丝离散带来的烟支重量的偏差。而烟支中烟丝的合理分布对卷烟物理指标的稳定性有着重要影响。[2]烟支重量短期标准偏差是衡量烟支质量与卷烟设备运行情况的一个重要指标，它与原料烟丝的质量特性，供料系统的送丝、匀丝、计量、分选、吸丝成型、劈刀刷丝轮机构、重量控制系统等密切相关。影响该参数的因素较为复杂，其主要因素和原材料、机械、电器控制有关。我们针对机组的电控系统，结合设备的实际性能以及卷烟环节的控制，找出了几个影响卷烟烟支重量精度的几个因素，并加以改进。设计一种新的重量控制系统—卷烟机长短周期重量控制。来解决PASSIM机组的标偏的问题。

1 长短周期重量控制的设计原理

1.1 设计的基本思想

（1）在原重量与紧头控制系统中增加短周期重量检测与控制。短周期检测位置在劈刀边缘前256 mm左右，先检测后控制，达到对单烟支重量控制的目的。（2）由于长短周期都需要对重量进行控制，即对执行机构进行操作，为协调二者之间的关系，对执行机构的操作统一到短周期控制板进行。（3）长短周期对执行机构的控制二者的分工：长周期控制负责平均重量的控制以保证烟厂20支烟的重量达到生产工艺要求；（4）短周期控制是在长周期控制位置附近，对单烟支的重量进行调整，以降低烟支的离散度，降低标准偏差。

1.2 长短周期控制的优先权

长周期控制的优先权高，短周期的优先权低，在长周期控制期间，短周期控制暂停，以保证烟支重量的基准平衡点；为降低长周期控制的次数，长周期控制的投入条件设置为10 mg左右，这样20支烟的偏差理论上在±0.2 g，可以满足生产工艺要求。根据原重量控制的经验，此时控制频率已经较小，现在加上短周期的随动调整特性，在短周期控制正常下，长周期原则上是不需要调整的，当需要调整时说明短周期系统的控制出现问题，需要对其测量与执行机构响应函数出现偏差，需要重新调整。为保证长周期平衡点的准确性，长周期控制满足的条件不要放的太大，应在2～4 mg。其基本思想是：长周期来控制20支烟的偏差，短周期辅助控制以减少单支烟的标准偏差。

2 长短周期重量控制的设计

2.1 设计要求

长周期检测部分基本保持原设计，不做大的改动，增加一些必要的数据联系。（1）长周期为逼近控制，达到平衡需要3～5个控制循环，现在为100支烟控制1次，为降低长周期控制的时间，可降低到30～50支烟控制1次，且在菜单界面上可调。（2）长短周期之间需要一些必备的数据与控制信息之间的交换：在长周期控制要投入时，需要把控制的位置信息传递给短周期控制板，传递的方式为脉冲形式。脉冲总宽度为1 ms，对应的劈刀位置控制范围±20 mm，其中0～500 μs为向上调整的位置量，500～1000 μs为向下调整的位置量，位置传输的分辨率：0.02 mm/1μs，定时器精度可达到0.4 us远远满足精度要求。传输脉冲的下降沿在短周期控制板作为中断任务，调度长周期的控制，1 ms的传输延时，保证了快速响应。（3）短周期控制使能信号：长周期重量板发出，以电平中断或查询方式，通知短周期控制板可以开始短周期控制。高电平有效。（4）数据同步信号：用于密度、标偏等数据采集的同步，上升沿有效。保留2个长短周期联系的I/O端口。

2.2 设计关键问题

（1）测量需要的基本分辨率：在白杆烟重量为700 mg的基础下，单烟支测量的分辨率必须要保证10 mg，不然长周期20支烟平均重量±0.2的控制精度难以保证。在此基础上，以8000支/分生产速度下，单支烟采集8个密度点，则密度检测的分辨率必须要达到：10/（700×8）=0.18%的相对分辨率。（2）单片机A/D接口为0～5 V，如果其满量程对应700 mg，则测量信号送入单片机的测量信号电路处理误差要满足上面的要求。由于A/D转换已经有了0.1%的转换误差，因此接口电路最大允许误差为：5×0.08%=4 mV这对模拟电路处理上的要求是较难实现的，抗干扰能力也很低。（3）传感器的量程与分辨率必须要高于此分辨率。（4）吸丝带吸附烟丝底部高低变化对测量的影响。

3 结语

本设计系统在烟支生产线上进行了实际应用试验。经试验，该系统可以在PASSIM生产的烟支生产线上可以快速、精确测定烟支的重量。而且它具有以下特点：在不大改变原机组重量控制系统的前提下，增加一个短周期的控制系统，成本更少。在我们安装的机组中对比系统安装前后，可以降低2～4 mg标准偏差值。考虑到负压测量会受到环境因素的影响，因此需要对算法进行进一步的补偿。

参考文献

[1] 朱令宇，王根旺，郑俊力.卷烟烟支重量控制能力评价模式分析[J].技术研发，2010（1）：8.

[2] 赵汉文，赵晓梅.卷烟机平整器对卷烟质量稳定性的影响[J].烟草科技，2007（12）：22-23，62.