CN102183280A - 基于统计学原理与plc技术测算烟草储丝柜出料量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于统计学原理与PLC技术测算烟草储丝柜出料量的方法，包括：1).通过采集若干组现场底带运行实验数据，获得底带变频器运行频率与底带运行速度多组数据，基于统计学回归分析得出方程f(x)＝ax+b；2).利用PLC循环中断功能块，将f(x)进行定积分从而得出底带多次启停后的运行长度，

3).通过PLC中FB功能块利用公式“储丝柜出料量＝底带出料长度*进柜量/进柜时布料长度”计算出储丝柜出料量；4).利用底带实时出料长度，在PLC的FB功能块中进行储丝柜出料时料头/料尾的高低速转换，以及料尾停止与下一柜提前启动相关控制。本发明不需要储柜任何硬件检测设备，解决了由检测元件带来的诸多弊端和测量误差，提高了系统精确性，降低了成本。

Description

基于统计学原理与PLC技术测算烟草储丝柜出料量的方法

技术领域

本发明涉及一种烟草加工行业的控制技术，尤其是一种基于统计学原理与PLC技术测算烟草储丝柜出料量的方法。

背景技术

目前在烟草制丝工艺中，储丝柜主要用来对烟叶(丝)进行醇化、存储以及平衡水分。目前，烟草行业通用性储丝柜采用接近开关进行出料脉冲计数，利用当前出料脉冲折算成“出柜量”。通常接近开关安装在储丝柜丝底部链轮处或底带横梁下方。储丝柜出料时，底带长时间处于多次启停的过程中，而且由接近开关硬件检测的可靠性等多方面原因，造成出料脉冲的多计或少计，从而造成储丝柜计量的偏差。

例如：申请号为200710173564.5的中国专利申请公开了一种储丝柜出料计量方法，其采用在烟丝出料时，通过检测出料烟丝堆得长度，从而计算出料烟丝的体积，得出储丝柜的出料量。其中的出料烟丝堆得长度的检测是通过对出料时储丝柜内底带链轮齿轮转数的检测，从而计算出底带的行进长度，以获得出料烟丝堆的长度。但是这种链轮齿轮转数的检测是通过类似编码器(说明书第四段)来测定长度，依然存在储丝柜计量的的偏差问题。

当底带变频器驱动底带电机运行时，首先把传动链条张紧，然后通过链条传动带动底带运行。但是当底带上存有物料(一般在5000～15000kg)，而底带电机在停止的瞬间，底带链条以及传动链条突然卸力，受惯性影响，底带链条有向后运行的现象，也就是说，底带在电机停止的瞬间有1～2s的倒行。通常储柜是用接近开关或编码器的(上升沿)脉冲信号来计数。当接近开关所感应的链轮或底带横梁就在接近开关附近(一般1cm左右)，发生上述问题时，这样就造成了计数脉冲的多计现象。另一种情况，当底带链轮出现磨损或更换新的链轮时，链轮的高度出现不一致，这样就导致接近开关(感应距离一般在1～1.5cm)可能感应不到链轮高度较低的，如果这时将接近开关与链轮的距离减小，而接近开关可能又被较高的链轮撞坏。以上两种情况，都造成计数脉冲多计或少计，从而在计算储柜出柜量、存柜量时出现偏差，严重时造成检测设备的损坏，增加了维护、保养成本。

发明内容

本发明的目的是摒弃传统储丝柜链轮、底带横梁等使用接近开关检测的手段，基于统计学原理，利用底带频率与速度强相关性的特点，以PLC、变频器为技术平台的测算烟草储丝柜出料量的方法，此种方法只需要储丝柜基于PLC控制且底带由变频器及电机驱动才可完成，不需要任何硬件检测设备。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种基于统计学原理与PLC技术测算烟草储丝柜出料量的方法，包括以下步骤：

1).通过采集若干组现场底带运行实验数据，获得底带变频器运行频率与底带运行速度多组数据，基于统计学回归分析得出方程f(x)＝ax+b，公式中的a是系数、b是常数，回归方程f(x)的a和b能够根据实验数据经过回归分析后直接得出，同时，进行回归方程的显著性检验，当α＝0.05水平时，P值小于0.05，判定系数R-sq和调整的判定系数R-sq(调整)大于90％时回归方程有效，其中，P值度量的是犯第一类错误的概率，即拒绝正确的原假设的概率，P值越大，错误地拒绝原假设的可能性就越大；P值越小，拒绝原假设时就越放心；α是显著性水平；(1-α)*100指置信水平；R-sq(调整)是回归分析中在变量过多时的一种调整，R-sq是残差的平方和；这样就能够避免变频器运行频率、电机运行的线速度、减速机、链轮以及底带运行速度多次折算带来的误差；

2).在PLC循环中断功能块中，利用累加器将f(x)的结果按照所设定的循环中断时间间隔进行累加，从而得出底带变频器在运行了一定时间多次启停后，底带出料长度的F(x)方程；

$F\left(x\right)={\∫}_0^{x}f\left(x\right)\mathrm{dx}={\∫}_0^x(\mathrm{ax}+b)\mathrm{dx}$

PLC循环中断功能块OB35的循环中断扫描时间具体数值由DOE试验得出；

3).设计在PLC循环中断功能块OB35中，计算F(x)时的运行条件，将底带运行信号、生产线自动、储柜出料选中做为必要条件并且经过一定延时时间后开始进行F(x)的计算，具体延时时间的数值由DOE试验(实验计划法-DOE(Design of Experiments)又称试验设计)得出；

4).进行DOE试验：将PLC循环中断功能块OB35所使用的扫描时间、延迟时间做为试验因子，设计2K-两水平正交表，试验中需要插入中心点，并且仿行数为3，按照上述正交表进行实验，程序测算的出料长度-利用测量工具实际量取的出料长度＝误差，将误差做为响应进行方差分析；找到试验中的显著因子，并利用Minitab软件的响应优化器得出在响应(误差)等于0的情况下因子的数值，也就是步骤2)、步骤3)所提及的扫描时间与延迟时间；将扫描时间与延迟时间应用在PLC循环中断功能块OB35中；

5).通过PLC中FB功能块利用公式“储丝柜出料量＝底带出料长度*进柜量/进柜时布料长度”计算出储丝柜出料量；

6).利用底带实时出料长度，在PLC的FB功能块中进行储丝柜出料时料头/料尾的高低速转换，以及料尾停止与下一柜提前启动相关控制。

本发明采用上述技术方案，通过底带变频器运行参数，基于统计学原理、利用PLC循环中断功能块，计算储柜底带出料长度。这种方法不需要储柜任何硬件检测设备，技术可靠性高，无需承担因检测设备损坏或计量系统出现偏差所带来的损失，实现了基于统计学原理与PLC技术的储柜底带出料长度测算，从而得出储丝柜出料量。通过实践证明，运用上述方法控制，可以从根本上解决了由检测元件带来的诸多弊端和测量误差，计量精度高于原有出料计量系统，极大的提高了储柜计量系统精确性，也极大地降低了研发改造成本。

附图说明

图1是本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1所示，一种基于统计学原理与PLC技术测算烟草储丝柜出料量的方法，包括以下步骤：

1).通过采集11组现场底带运行实验数据，获得底带变频器运行频率与底带运行速度多组数据，基于统计学回归分析得出方程f(x)＝ax+b，公式中的a是系数、b是常数，回归方程f(x)的a和b能够根据实验数据经过回归分析后直接得出，同时，进行回归方程的显著性检验(此处的显著性检验是统计学中的公知技术，在此不再赘述)，当α＝0.05水平时，P值小于0.05，判定系数R-sq和调整的判定系数R-sq(调整)大于90％时回归方程有效，其中，P值度量的是犯第一类错误的概率，即拒绝正确的原假设的概率，P值越大，错误地拒绝原假设的可能性就越大；P值越小，拒绝原假设时就越放心；α是显著性水平；(1-α)*100指置信水平；R-sq(调整)是回归分析中在变量过多时的一种调整，R-sq是残差的平方和，r＝residual，sq＝square，调整(adj＝adjusted)；计算公式＝1-(SSegression/(n-P))/(SStotal/(n-1))；以上各参数均是统计学中的公知参数，含义是明确的；这样就能够避免变频器运行频率、电机运行的线速度、减速机、链轮以及底带运行速度多次折算带来的误差；

其中的实验为：变频器运行在0Hz、5Hz、10Hz、15Hz、20Hz、25Hz、30Hz、35Hz、40Hz、45Hz、50Hz时，分别测量底带所对应的速度。实验分11组，每组重复测量5次。

2).利用PLC循环中断功能块OB35，利用累加器将f(x)的结果按照所设定的循环中断时间间隔进行累加，从而得出底带变频器在运行了一定时间多次启停后，底带出料长度的F(x)方程；

$F\left(x\right)={\∫}_0^{x}f\left(x\right)\mathrm{dx}={\∫}_0^x(\mathrm{ax}+b)\mathrm{dx}$

PLC循环中断功能块OB35的循环中断扫描时间具体数值由DOE试验(实验计划法-DOE(Design of Experiments)又称试验设计)得出；

3).设计在PLC循环中断功能块OB35中，计算F(x)时的运行条件，将底带运行信号、生产线自动、储柜出料选中做为必要条件并且经过一定延时时间后开始进行F(x)的计算，具体延时时间的数值由DOE试验得出；

4).进行DOE试验：将PLC循环中断功能块OB35所使用的扫描时间、延迟时间做为试验因子，设计2K-两水平正交表，试验中需要插入中心点，并且仿行数为3，按照上述正交表进行实验，程序测算的出料长度-利用测量工具实际量取的出料长度＝误差，将误差做为响应进行方差分析；找到试验中的显著因子，并利用Minitab软件的响应优化器得出在响应等于0的情况下因子的数值，也就是步骤2)、步骤3)所提及的扫描时间与延迟时间；将扫描时间与延迟时间应用在PLC循环中断功能块OB35中；

5).通过PLC中FB20功能块利用公式“储丝柜出料量＝底带出料长度*进柜量/进柜时布料长度”计算出储丝柜出料量；

6).利用底带实时出料长度，在PLC的FB311功能块中进行储丝柜出料时料头/料尾的高低速转换，以及料尾停止与下一柜提前启动相关控制。

Claims (1)

1.一种基于统计学原理与PLC技术测算烟草储丝柜出料量的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1).通过采集若干组现场底带运行实验数据，获得底带变频器运行频率与底带运行速度多组数据，基于统计学回归分析得出方程f(x)＝ax+b，公式中的a是系数、b是常数，回归方程f(x)的a和b能够根据实验数据经过回归分析后直接得出，同时，进行回归方程的显著性检验，当α＝0.05水平时，P值小于0.05，判定系数R-sq和调整的判定系数R-sq(调整)大于90％时回归方程有效，其中，P值度量的是犯第一类错误的概率，即拒绝正确的原假设的概率，P值越大，错误地拒绝原假设的可能性就越大；P值越小，拒绝原假设时就越放心；α是显著性水平；(1-α)*100指置信水平；R-sq(调整)是回归分析中在变量过多时的一种调整，R-sq是残差的平方和；这样就能够避免变频器运行频率、电机运行的线速度、减速机、链轮以及底带运行速度多次折算带来的误差；

2).在PLC循环中断功能块中，利用累加器将f(x)的结果按照所设定的循环中断时间间隔进行累加，从而得出底带变频器在运行了一定时间多次启停后，底带出料长度的F(x)方程；

$F\left(x\right)={\∫}_0^{x}f\left(x\right)\mathrm{dx}={\∫}_0^x(\mathrm{ax}+b)\mathrm{dx}$

PLC循环中断功能块的循环中断扫描时间具体数值由DOE试验得出；

3).设计在PLC循环中断功能块中，计算F(x)时的运行条件，将底带运行信号、生产线自动、储柜出料选中做为必要条件并且经过一定延时时间后开始进行F(x)的计算，具体延时时间的数值由DOE试验得出；

4).进行DOE试验：将PLC循环中断功能块所使用的扫描时间、延迟时间做为试验因子，设计2K-两水平正交表，试验中需要插入中心点，并且仿行数为3，按照上述正交表进行实验，程序测算的出料长度-利用测量工具实际量取的出料长度＝误差，将误差做为响应进行方差分析；找到试验中的显著因子，并利用Minitab软件的响应优化器得出在响应误差等于0的情况下因子的数值，也就是步骤2)、步骤3)所提及的扫描时间与延迟时间；将扫描时间与延迟时间应用在PLC循环中断功能块OB35中；

5).通过PLC中FB功能块利用公式“储丝柜出料量＝底带出料长度*进柜量/进柜时布料长度”计算出储丝柜出料量；

6).利用底带实时出料长度，在PLC的FB功能块中进行储丝柜出料时料头/料尾的高低速转换，以及料尾停止与下一柜提前启动相关控制。

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