小流量加香精度超标解决实例

兰志勇

（厦门烟草工业有限责任公司，福建 厦门 361022）

一、概述

小流量加香是指加香瞬时流量小于10KG/H的系统。该系统加香精度容易超标有其客观的原因，由于加香瞬时流量小（小于10KG/H），香精施加总量少（小于10KG），允许的误差小（25克以内，按照加香精度0.5%，单批500公斤）等原因，在控制方面较为困难，现在以该系统为例来说明其控制原理。

首先介绍一下加香系统的结构。加香系统一般由两部分组成，一个是加香滚筒，一个是加香装置（管路施加部分），如图1。

图1 加香系统结构

加香滚筒由电机驱动旋转，作用是将烟丝扬起、混合往前输送，方便加香装置将香精喷洒在烟丝上。加香装置，如图2，由管路系统、喷嘴、加香泵、气动阀、移动罐、质量流量计组成，负责将香精均匀、准确的喷洒在烟丝上。

图2 加香装置结构

加香精度超标就是指质量流量计的累积量和电子皮带秤的累积量的比值超出范围，所以有必要了解一下加香装置信号处理和执行过程。

加香装置的信号处理过程。如图3。电子皮带秤设在加香滚筒前方，经电子皮带秤称量后，送出瞬时流量和累积量，然后物料进振槽再进入滚筒定比加香。加香装置收到电子皮带秤发来的瞬时流量，经过必要的堆栈延时后乘以设定比例，给加香装置当设定流量，然后控制系统根据设定流量调节加香泵的快慢，使实际流量始终跟随设定流量，即定比喷洒PID调节过程。

图3 加香系统的信号处理流程

加香精度的计算公式为：

加香精度=（流量计累积量-电子皮带秤累积量×加香比例%）/（电子皮带秤累积量×加香比例%）×100

从加香精度计算公式看，核心的两个因素是流量计累积量和电子皮带秤累积量，根据这两个核心要素，我们整理出加香精度超标排查流程图，如图4。流量计累积量是由电子皮带秤瞬时流量给加香装置，经定比喷洒后流量计产生的流量计累积量；而参与精度计算的电子皮带秤累积量则是直接来自电子皮带秤；所以可能产生偏差的就两个地方，一个是用电子皮带秤瞬时流量去控制的定比施加系统（支路②+③），一个是电子皮带秤累积量（支路①）。

图4 加香精度超标排查流程图

电子皮带秤累积量通过定期的校准已经可以排除（支路①），主要问题还是电子皮带秤瞬时流量去控制的定比施加系统（支路②+③）。该部分又分两方面，一方面是电子皮带秤瞬时流量的给定精度问题，即给定的瞬时流量准不准（支路②），另一方面是加香装置本身的控制精度问题，即加香装置的PID调节能力（支路③）。

针对加香装置本身的控制精度问题（支路③），我们对香装置的PID进行多次调整，并参照其他设备设定，一直没得到很好的效果，加香精度不是正偏差就是负偏差，毫无规律可言，所有我们也基本确定不是加香装置PID调节问题。

最后就剩瞬时流量的给定精度问题（支路②）。可是电子皮带秤的瞬时流量也是稳定的（从数采的数据看很平稳），但是为什么会有问题呢？

通过观察发现在生产过程中，电子皮带秤变频器频率不断跳变，如图5，也就是在生产中瞬时流量显示是稳定的，但电子皮带秤速度调节是不断变化的。经分析原因是：电子皮带秤瞬时流量是经系统计算后，一秒钟送出一个数据，也就是瞬时流量是经平滑后的数据，一秒钟才更新一次。而皮带秤重量计算和速度调节是100毫秒调节一次，只要有偏差它就不断的调节，所以会出现变频器输出不断的跳变，正常变频器速度是变化的，但相对平稳，不应该出现瞬时突变。

图5 生产中电子皮带秤变频器频率不断跳变（变化较大）

所以将问题锁定在电子皮带秤的速度调节上。电子皮带秤的调速原理是：根据荷重传感器和速度信号积分得到瞬时重量。当皮带秤为恒流型时，它根据设定的瞬时流量来调节变频器的速度，当瞬时流量小于设定流量时，变频器加速，当瞬时流量大于设定流量时，变频器减速，从而保持瞬时流量不变。

我们利用电子皮带秤自带的“流量控制精度检测”功能进行检测，发现800KG线电子皮带秤控制误差较大（设定800KG/H，时间120秒，误差值在0.24KG左右），如图6。

图6 800KG线电子皮带秤“流量控制精度检测”结果

同时我们也用3200KG线的电子皮带秤做了对比实验，结果3200KG线的电子皮带秤控制误差很小（设定3200KG/H，时间180秒，误差值在0.02KG左右），如图7，相差10几倍。原因基本找到，就是电子皮带秤的速度调节不合理，导致皮带速度不断跳变引起的。

图7 3200线电子皮带秤“流量控制精度检测”结果

该电子皮带秤恒流型的流量调节过程如下，当设定流量和实际流量偏差较大时，启用“流量快速跟踪范围”参数调节，当偏差小于“流量快速跟踪范围”启动PID调节。由于我们在生产过程中变频器频率变化较大，所以将“流量快速跟踪范围”设为500KG，如图8，即将“流量快速跟踪范围”关闭，保留PID调节功能，同时优化PID参数，将P值从0.1设为5，将I值由0.1设为5，如图9，优化后效果理想，测试“流量控制精度检测”功能数据满足要求，如图10，自此问题解决。

图8 电子皮带秤“流量快速跟踪范围”

图9 电子皮带秤优化后的PID参数

图10 800KG线电子皮带秤参数优化后“流量控制精度检测”结果

通过本次加香精度超标问题的查找，最终发现是电子皮带秤瞬时流量和累积的匹配问题，也就是瞬时流量1秒送出一个，累积量100毫秒累积一次，由于计算周期相差十倍，导致瞬时流量和累积量出现偏差，简单的讲，就是出现该故障时，按照瞬时流量的瞬时值去积分出累积流量是不准的，而我们在校准电子皮带秤时，也只是对累积量进行校准，瞬时流量无法校准，所以很难发现该故障。