烟草物料高精度自动定量下料控制系统的设计

陈 霞

(河南中烟工业有限责任公司 安阳卷烟厂,河南 安阳 455004)

0 引言

烟草公司在具体生产环节,需要进行定量、定时下料,具体在相关容器之中,每隔4 个小时,就会增三乙基铝物料活化剂,容量为2～2.1 L。 传统采用的是人工模式,在具体生产之际,往往出现忘记加料,或者不能准点加料,进而导致产品品质有所下降。 立足于PLC的自动加料系统,就能对上述局限性进行很好解决,能够兼具自动、手工加料功能。 使用者只需要对加料时间间隔、每次加料量多少进行设定,就能实现自动化加料。 该系统通过具体调试,获得较佳效果,证实该方法对物料能够自动化增添,因此本项技术也有较佳的参考价值。

1 国内外烟草物料自动加料系统的研究现状和趋势

自动加料系统如今在食品、化工、建材、冶金等诸多行业获得颇为广泛运用。 近些年,在PLC、计算机技术持续发展下,海内外现场总线技术持续完善,这使得该自动系统方案也持续得到改善。 特别是近些年,PLC技术获得了巨大发展,这也推动了工控技术的发展,其功能也在日益丰富,实现模拟与数字逻辑控制。 而且其应用领域也在不断拓展,从早先的单体装置控制,进一步发展为过程、系统集成控制等[1]。

现场总线能将控制中心、系统、现场设备形成一个系统,并能支持智能、数字化、分散性、多站式通信,对传统模拟信号标准进行了创新,能够实现全数字化控制。 虽然集散控制(简称“DCS”),解决对模拟控制系统中的精度较低问题,使得系统的抗干扰能力显著增强,同时还能支持分布式控制,因此在可靠性方面也有了显著提升,控制能力也获得了显著增长。 然而,这种技术对控制器有着较高性能要求,不仅需要较高的处理能力,而且还需要颇高的可靠性[2]。 以现场总线为基础的加料控制系统,其整体精度较高,而且还有颇快的速度,能够最大限度减少数据抗干扰性等。 这种控制技术已经成为今后重要的自动化控制方向[3]。

2 自动定量给料系统介绍与系统控制原理分析

2.1 自动定量给料系统介绍

烟草自动加料系统在烟丝生产领域具有重要作用,加料的精准性、稳定性将会对最终产品品质带来显著影响。 该加料系统若是没有较高的匹配精度,就会使得烟叶料液产生较大偏差,很难满足工艺要求,在相互渗透之后很难对糖料进行均匀化吸收,进而导致在吸食相同品牌香烟时,就会产生差异性口味与香气,进而影响到产品的品牌效应,还会使得外表出现异状、黄斑等,使得卷烟的吸味与外观受到显著影响。 通过自动化系统,使得粉体在配料时能够做到高精度,能够按照标准的配方进行混合[4-6]。

料箱内部存储的为不同种类、需要进行精准计量的粉末物料,计算机会自动化按照粉末配方的动态要求,对下料行走小车进行自动化控制,从而将其准确运行至配方所对应原料储料箱,接着将出料口密封盖进行打开,于是借助于步进电机,就能对粉料输送系统进行驱动,将储料箱中的粉末进行输出。 当下料完成之后,就要对密封盖进行闭合,随后运行至接下来的原料箱下端,并完成第二种原料下料工作,直至完成配方下料。 随后系统进入到延时状态,在4 小时之后,再进行新一轮自动化下料。

2.2 烟草物料自动加料系统控制原理

2.2.1 烟草物料自动加料系统硬件设计

由于该自动化系统在较为恶劣的环境下运行,其控制需要具有较高的精准性与可靠性,整体要求较为严格。在此环境下传统接触器-继电器的控制,其可靠性整体较差,而且维护成本高,难度也较高等。 为了对这种传统控制技术局限性进行有效改变,本文提出了以PLC 为基础的自动化下料系统,对当前市场进行综合,以及分析性价比等要素,本次遴选的PLC 芯片型号为FX3U-16MRES-A,这是由三菱公司所生产,它完全可以满足本次自动控制要求,而且还不需要相应的扩展模块。 这款PLC的IO 点分别为8 个,以这种芯片为基础的自控系统,有着较高精准性,而且维护较为简单,成本低等,因此可以很好满足相应企业的高质量生产需求。

2.2.2 烟草物料自动加料系统软件设计

根据烟草物料自动下料系统要求,用PLC 控制的自动加料催化剂控制系统的梯形图如图1 所示。

图1 自动下料催化剂系统控制梯形

按照本次控制的要求,通过PLC 技术进行控制,能够对物料催化剂进行自动化加料。 其实现机制为:在触发SB1 操作钮后,X0、M0 这两个线圈分别被通电,于是相应T0 定时器、Y0 线圈得到连通,进而和YV1 电磁阀进行连通,使得该催化剂在漏斗之下进行下放,然后利用现场调试,当下放时间为3.5 秒,此时下料量正好处于设定量,而且误差控制不超过3.0%。 因此能满足本次要求[7]。 在T0 线圈延时结束之后,需要将YV1断开,不再下料。 接着对T1 定时器进行连通,此时延时24 分钟,此时C0 计算器,需要完成1 个计数,此定时器在断开后,就能是相应线圈进行断电,进而使之开展新一轮计时,通过这种循环,当计数器完成10 次循环,也就是240 分钟,此时,C0 就会触发动作,使得T0 线圈进行复位,进入到第二轮的下料工作。 若是对SB2 操作钮进行关闭,那么上述诸多动作都会停止。

在触发操作钮SB3 时,此时X2 线圈就会被连接,随后Y1 和M1 两个线圈连电,于是YV2 电磁阀就会被连通打开,于是该烟草物料就会转入至漏斗之中,在其物料位达到设定,就可以对继电器K 进行打开,使得X3 线圈连电,随后,M2、T2 线圈通电。 对于T2 来说,就是在YV3 被触发后,对应物料就会倒入至容器,随后X3 就会断开,在此物料周期中,就不可再次连通M2。随后,将Y1 断开,相应YV2 也会被断开,此时物料不能进入到漏斗。 当Y1 不再连电后,就需要对T3 进行自动接通,接着将其进行24 分钟延时,在一轮演示结束后,C1 计数器进行增1,直至10,达到了4 小时,完成Y1 线圈连通,随后进入到新一轮的加料动作,同时C1计数器需要被复位,为后续延时等待提供支持。 当触发SB2 操作钮时,该系统就不再进行动作。

2.2.3 系统工作时序图

自动加料催化剂系统时序如图2 所示。

图2 自动加物料系统的时序

当按下SB1 启动按钮时,烟草物料催化剂下料电磁阀YV1 通电,下放时间为3.5 秒,系统等待时间为4个小时;当按下SB2 停止按钮时,YV1 电磁阀立即关闭,之后则会立即停止下料。 自动加物料系统的时序如图3 所示。

图3 自动加物料系统的时序

当按下SB3 启动按钮时,下料电磁阀YV2 通电,当液位传感器K 接通后电磁阀YV2 立即断电,系统等待时间为4 个小时,电磁阀YV3 通电10 秒;当按下停止按钮SB2 时,YV3 与电磁阀YV2 两者同时关闭,之后会立即停止下料。

3 结语

针对烟草公司物料自动下料问题,面对其有关定时定量的下料操作,传统的方式大多为人工模式,整体缺乏自动化水平。 为了提升其生产效率,保障产品品质,需要对传统的电气设备系统进行升级改造,要对传统的问题进行分析,并综合元器件选型、电气控制方案、现场环境等诸多要素,从而对该自动下料系统进行自动化改造升级。 自该项目投入应用之后,简化了系统控制线路,提升了工作效率。 应用该技术对烟草公司物料系统进行创新之后,此系统到目前为止从未发生过故障,有较高的稳定性,受到工作过人员的一致好评。