CN105293078B - 卷烟机送丝管风速平衡方法及单元控制装置 - Google Patents

Abstract

卷烟机送丝管风速平衡方法及单元控制装置，在卷烟机的回风管上安装一台单元控制装置，与原安装在卷烟机送丝管上的丝管风速流量计形成一个闭环的控制回路，送丝管与卷烟机上吸丝斗的进风口连接，回风管与吸丝斗的出风口连接，以单台卷烟机作为一个控制单元，直接采集送丝管的风速和回风管的风速，以送丝管风速作为PID闭环控制的反馈信号，采用单元控制装置直接控制送丝管风速，实现卷烟机风力送丝风力平衡的精细化控制。单元控制装置从卷烟机获取工作电源，既能够独立工作又能联网到中央控制器或上位机实现集中数据采集和远程监控的功能。

Description

卷烟机送丝管风速平衡方法及单元控制装置

技术领域

本发明涉及管道风力输送技术领域，特别是一种实现卷烟机送丝管风速平衡方法及单元控制装置。

背景技术

目前，卷烟机风力送丝系统在卷烟厂的应用已占领绝对主导地位，风力送丝系统是由风机、除尘器、管网、喂丝机、风力平衡设备和多台卷烟机组成。风力平衡设备是卷烟机风力送丝系统风力平衡、风速稳定控制的关键设备，它是对卷烟机回风管风速采用实时检测和风力平衡措施来实现输送烟丝速度的稳定控制、降低烟丝造碎的目的。

每台卷烟机的风力平衡设备一般包含回风管孔板式流量计、电动调节阀、分布式I/O站、管道、传感器及附件等，他们以分散的方式安装在卷烟机回风管上及附近。风力平衡方法是：采用分布式I/O控制系统，以卷烟机回风管风速作为过程控制的对象，测量回风管风速，采用回风管风速作为PID闭环控制的反馈信号，根据风速测量值与设定值的偏差，通过程序计算并输出信号自动控制电动调节阀，调节阀门开度达到稳定回风管风速的目的，从而实现卷烟机风力送丝风力平衡与送丝管风速的基本稳定。

目前的风力平衡方法是采用回风管风速作为过程控制的对象，属于间接实现送丝管内风速稳定，它存在如下不足：1）由于卷烟机吸丝斗漏风的存在且漏风率的随机性，其实送丝管风速控制的稳定性并不真实；2）由于电动调节阀执行动作慢，其慢特性导致风速调节响应滞后，控制精度低；3）由于分布式I/O控制系统是基于总线网络的，卷烟机安全送丝和风速稳定性对网络的稳定性要求极高，独立性和稳定性不足。因此目前风力平衡方法不能满足卷烟机风力送丝系统风力平衡的精细化控制要求。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种卷烟机送丝管风速平衡方法及单元控制装置。

本发明的技术方案是：一种卷烟机送丝管风速平衡方法，在卷烟机的回风管上安装一台单元控制装置，与原安装在卷烟机送丝管上的丝管风速流量计形成一个闭环的控制回路，送丝管与卷烟机上吸丝斗的进风口连接，回风管与吸丝斗的出风口连接，以单台卷烟机作为一个控制单元，直接采集送丝管的风速和回风管的风速，以送丝管风速作为PID闭环控制的反馈信号，采用单元控制装置直接控制送丝管风速，实现卷烟机风力送丝风力平衡的精细化控制。

单元控制装置从卷烟机获取工作电源，既能够独立工作又能联网到中央控制器或上位机实现集中数据采集和远程监控的功能。

其具体控制过程如下：

A、丝管风速流量计测量送丝管风速，单元控制装置中的孔板流量计测量回风管风速，根据送丝管和回风管的管径计算出送丝管的风量Q1和回风管的风量Q2，吸丝斗的漏风量为Q3，Q2 =Q1+Q3，吸丝斗的漏风率为K，K=（Q2- Q1）/Q2，由单元控制装置中的控制器根据Q2、Q1及Q3计算得出漏风率K，当漏风率K高出设定漏风率上限0.2，单元控制装置就会发出漏风报警信号，提醒维护；

B、将丝管风速流量计测量的送丝管的风速信号送入单元控制装置中的控制器，以送丝管风速作为PID闭环控制的反馈信号，控制器将送丝管风速与送丝管设定风速进行比较，经计算并输出信号控制单元控制装置中的伺服驱动装置，通过伺服驱动装置快速调节调节阀的阀门开度，使得卷烟机送丝管的风速快速稳定在设定的范围之内，从而实现风力送丝系统丝管风速稳定的闭环控制；

C、丝管风速流量计内的压力传感器检测送丝管内压力值，将压力信号送入单元控制装置中的控制器，控制器根据其压力值变化趋势、风速大小来进行判断，在送丝过程中压力突然升高且风速突然下降，即判断为送丝管处于堵丝状态，控制器就会控制单元控制装置中的伺服驱动装置快速开/关调节阀，连续执行快速开/关二次，控制器检测判断恢复正常就进入正常送丝，如判断还处于堵丝状态，控制器会再执行一遍上述操作，从而达到疏通送丝管的目的；判断疏通二遍还处于堵塞状态，则输出报警信号，提醒人工干预；当正常生产过程吸丝时间若连续三次达到最大吸丝时间且待机时间为零，判断为供丝不足，则报警并提示操作维护人员关注检查该吸丝斗、送丝管路和喂丝机等，避免因缺丝引起卷烟机停机故障。

上述方法采用的单元控制装置包括外壳、带安装挂钩的气流进口端盖、风力管道、第一压差取样器、第二压差取样器安装座、孔板流量计、第二压差取样器、控制器、伺服驱动装置、调节阀、带安装挂钩的气流出口端盖、第一压差取样器安装座及控制器安装座。

控制器包括CPU、输入输出模块、脉冲模块及通讯模块。

伺服驱动装置包括交流伺服控制器、齿形传动皮带、交流伺服电机及编码器。

调节阀包括调节蝶阀和零位开关。

孔板流量计包括孔板和压差变送器。

风力管道由短管道和长管道组成，风力管道的孔径为D，短管道和长管道通过法兰盘连接，孔板流量计上的孔板安装在短管道和长管道的连接端。

第一压差取样器安装座焊接在短管道管壁的取样孔上，第一压差取样器安装在第一压差取样器安装座上，第一压差取样器的中轴线与孔板板壁之间的距离为L1，L1为1D。

第二压差取样器安装座安装在长管道管壁的取样孔上，第二压差取样器安装在第二压差取样器安装座上，第二压差取样器的中轴线与孔板板壁之间的距离为L2，L2为0.5D；控制器安装座安装在长管道的管壁上，控制器安装在控制器安装座上，第一压差取样器及第二压差取样器分别通过气管与孔板流量计上的压差变送器相连，压差变送器通过信号线与控制器的信号输入端连接；伺服驱动装置及调节阀安装在长管道出口端，由控制器的信号输出端输出信号控制伺服驱动装置带动调节阀调节阀门开度。

风力管道安装在外壳内，带安装挂钩的气流进口端盖通过螺钉安装在风力管道的气流进口端，带安装挂钩的气流出口端盖通过螺钉安装在风力管道的气流出口端。

本发明与现有技术相比具有如下特点：

1、漏风报警：根据回风管风速与送丝管风速可计算出实际漏风率，有漏风率显示、漏风报警及维护提醒功能。

2、低速送丝：采用送丝管风速作为PID闭环控制的反馈信号，消除了漏风率不确定性对丝管风速控制稳定性的影响，减少了送丝管的风速的波动（≤±1.5m/s），真正实现了送丝管风速低速送丝的目标（设定风速：14-16 m/s）。

3、调节响应快：采用伺服驱动调节阀，响应速度快，风力平衡风速控制精度高、稳定性好，送丝过程整丝率下降≤2%。

4、堵丝判断及自动疏通：根据丝管流量计内压力值变化趋势、风速大小、吸丝时间等信息可判断送丝管是否堵丝、供丝不足等报警提示并具备自动疏通的功能。

5、可靠性高：具备独立控制器、标准的航空插头和网络接口，独立性强可靠性高，既能独立实现风力平衡任务又能联网实现远程监控。

6、安装调试简便：集各部件于一体，具有结构紧凑、美观，挪位、安装及调试方便等显著特点。

以下结合附图和具体实施方式对本发明的详细结构作进一步描述。

附图说明

附图1为单元控制装置结构示意图，图中的箭头为气流方向；

附图2为附图1的左视图；

附图3为卷烟机送丝管风速平衡方法系统图。

具体实施方式

一种卷烟机送丝管风速平衡方法，在卷烟机1的回风管4上安装一台单元控制装置5，与原安装在卷烟机送丝管3上的丝管风速流量计2形成一个闭环的控制回路，送丝管3与卷烟机1上吸丝斗1-1的进风口连接，回风管4与吸丝斗1-1的出风口连接，以单台卷烟机1作为一个控制单元，直接采集送丝管3的风速和回风管4的风速，以送丝管3风速作为PID闭环控制的反馈信号，采用单元控制装置5直接控制送丝管4的风速，实现卷烟机风力送丝风力平衡的精细化控制。

单元控制装置5从卷烟机1获取工作电源，既能够独立工作又能联网到中央控制器或上位机实现集中数据采集和远程监控的功能。

其具体控制过程如下：

A、丝管风速流量计2测量送丝管3风速，单元控制装置5中的孔板流量计5-6测量回风管4风速，根据送丝管3和回风管4的管径计算出送丝管3的风量Q1和回风管4的风量Q2，吸丝斗1-1的漏风量为Q3，Q2 =Q1+Q3，吸丝斗1-1的漏风率为K，K=（Q2- Q1）/Q2，由单元控制装置5中的控制器5-8根据Q2、Q1及Q3计算得出漏风率K，当漏风率K高出设定漏风率上限0.2，单元控制装置5就会发出漏风报警信号，提醒维护；

B、将丝管风速流量计2测量的送丝管3的风速信号送入单元控制装置5中的控制器5-8，以送丝管3风速作为PID闭环控制的反馈信号，控制器5-8将送丝管3风速与送丝管3设定风速进行比较，经计算并输出信号控制单元控制装置5中的伺服驱动装置5-9，通过伺服驱动装置5-9快速调节调节阀5-10的阀门开度，使得卷烟机送丝管3的风速快速稳定在设定的范围之内，从而实现风力送丝系统丝管风速稳定的闭环控制；

C、丝管风速流量计2内的压力传感器检测送丝管3内压力值，将压力信号送入单元控制装置5中的控制器5-8，控制器5-8根据其压力值变化趋势、风速大小来进行判断，在送丝过程中压力突然升高且风速突然下降，即判断为送丝管3处于堵丝状态，控制器5-8就会控制单元控制装置5中的伺服驱动装置5-9快速开/关调节阀5-10，连续执行快速开/关二次，控制器5-8检测判断恢复正常就进入正常送丝，如判断还处于堵丝状态，控制器5-8会再执行一遍上述操作，从而达到疏通送丝管3的目的；判断疏通二遍还处于堵塞状态，则输出报警信号，提醒人工干预；当正常生产过程吸丝时间若连续三次达到最大吸丝时间且待机时间为零，判断为供丝不足，则报警并提示操作维护人员关注检查该吸丝斗、送丝管路和喂丝机等，避免因缺丝引起卷烟机停机故障。

上述方法采用的单元控制装置包括外壳5-1、带安装挂钩的气流进口端盖5-2、风力管道5-3、第一压差取样器5-4、第二压差取样器安装座5-5、孔板流量计5-6、第二压差取样器5-7、控制器5-8、伺服驱动装置5-9、调节阀5-10、带安装挂钩的气流出口端盖5-11、第一压差取样器安装座5-12及控制器安装座5-13。

控制器5-8包括CPU、输入输出模块、脉冲模块及通讯模块。

伺服驱动装置5-9包括交流伺服控制器、齿形传动皮带、交流伺服电机及编码器。

调节阀5-10包括调节蝶阀和零位开关。

孔板流量计5-6包括孔板5-6-2和压差变送器5-6-1。

风力管道5-3由短管道5-3-1和长管道5-3-2组成，风力管道5-3的孔径为D，短管道5-3-1和长管道5-3-2通过法兰盘连接，孔板流量计5-6上的孔板5-6-2安装在短管道5-3-1和长管道5-3-2的连接端。

第一压差取样器安装座5-12焊接在短管道5-3-1管壁的取样孔上，第一压差取样器5-4安装在第一压差取样器安装座5-12上，第一压差取样器5-4的中轴线与孔板5-6-2板壁之间的距离为L1，L1为1D。

第二压差取样器安装座5-5安装在长管道5-3-2管壁的取样孔上，第二压差取样器5-7安装在第二压差取样器安装座5-5上，第二压差取样器5-7的中轴线与孔板5-6-2板壁之间的距离为L2，L2为0.5D；控制器安装座5-13安装在长管道5-3-2的管壁上，控制器5-8安装在控制器安装座5-13上，第一压差取样器5-4及第二压差取样器5-7分别通过气管与孔板流量计5-6上的压差变送器5-6-1相连，压差变送器5-6-1通过信号线与控制器5-8的信号输入端连接；伺服驱动装置5-9及调节阀5-10安装在长管道5-3-2出口端，由控制器5-8的信号输出端输出信号控制伺服驱动装置5-9带动调节阀5-10调节阀门开度。

风力管道5-3安装在外壳5-1内，带安装挂钩的气流进口端盖5-2通过螺钉安装在风力管道5-3的气流进口端，带安装挂钩的气流出口端盖5-11通过螺钉安装在风力管道5-3的气流出口端。

本实施例中，风力管道5-3根据对接的卷烟机型号来确定管径，中速机（7000～8000支/分钟）采用φ133*1.5管道，高速机（10000～14000支/分钟）采用φ159*2管道，超高速机（16000～20000支/分钟）采用φ159*2管道。

控制器5-8选用西门子公司IM151-8或S7-300，其包含PLC控制器、数字量输入输出模块、模拟量输入模块、高速脉冲输出模块、PROFIBUS-DP或PROFINET或以太网通信卡。

丝管风速流量计2采用的是专利号为ZL201420776722.1的丝管风速流量计，丝管风速流量计2安装在卷烟机送丝管3上，用于直接测量送丝管3内风速和压力。

第一压差取样器安装座5-12、压力传感器安装座5-13及第二压差取样器安装座5-15均采用防尘基座，防止粉尘拥堵，便于清洁维护。

Claims (1)

1.一种卷烟机送丝管风速平衡方法，在卷烟机的回风管上安装一台单元控制装置，与原安装在卷烟机送丝管上的丝管风速流量计形成一个闭环的控制回路，送丝管与卷烟机上吸丝斗的进风口连接，回风管与吸丝斗的出风口连接，以单台卷烟机作为一个控制单元，直接采集送丝管的风速和回风管的风速，以送丝管风速作为PID闭环控制的反馈信号，采用单元控制装置直接控制送丝管风速，实现卷烟机风力送丝风力平衡的精细化控制；

单元控制装置从卷烟机获取工作电源，既能够独立工作又能联网到中央控制器或上位机实现集中数据采集和远程监控的功能；

其具体控制过程如下：

A、丝管风速流量计测量送丝管风速，单元控制装置中的孔板流量计测量回风管风速，根据送丝管和回风管的管径计算出送丝管的风量Q1和回风管的风量Q2，吸丝斗的漏风量为Q3，Q2 =Q1+Q3，吸丝斗的漏风率为K，K=（Q2- Q1）/Q2，由单元控制装置中的控制器根据Q2、Q1及Q3计算得出漏风率K，当漏风率K高出设定漏风率上限0.2，单元控制装置就会发出漏风报警信号，提醒维护；

B、将丝管风速流量计测量的送丝管的风速信号送入单元控制装置中的控制器，以送丝管风速作为PID闭环控制的反馈信号，控制器将送丝管风速与送丝管设定风速进行比较，经计算并输出信号控制单元控制装置中的伺服驱动装置，通过伺服驱动装置快速调节调节阀的阀门开度，使得卷烟机送丝管的风速快速稳定在设定的范围之内，从而实现风力送丝系统丝管风速稳定的闭环控制；

C、丝管风速流量计内的压力传感器检测送丝管内压力值，将压力信号送入单元控制装置中的控制器，控制器根据其压力值变化趋势、风速大小来进行判断，在送丝过程中压力突然升高且风速突然下降，即判断为送丝管处于堵丝状态，控制器就会控制单元控制装置中的伺服驱动装置快速开/关调节阀，连续执行快速开/关二次，控制器检测判断恢复正常就进入正常送丝，如判断还处于堵丝状态，控制器会再执行一遍上述操作，从而达到疏通送丝管的目的；判断疏通二遍还处于堵塞状态，则输出报警信号，提醒人工干预；当正常生产过程吸丝时间若连续三次达到最大吸丝时间且待机时间为零，判断为供丝不足，则报警并提示操作维护人员关注检查该吸丝斗、送丝管路和喂丝机等，避免因缺丝引起卷烟机停机故障；

其特征是：所述的单元控制装置包括外壳、带安装挂钩的气流进口端盖、风力管道、第一压差取样器、第二压差取样器安装座、孔板流量计、第二压差取样器、控制器、伺服驱动装置、调节阀、带安装挂钩的气流出口端盖、第一压差取样器安装座及控制器安装座；

控制器包括CPU、输入输出模块、脉冲模块及通讯模块；

伺服驱动装置包括交流伺服控制器、齿形传动皮带、交流伺服电机及编码器；

调节阀包括调节蝶阀和零位开关；

孔板流量计包括孔板和压差变送器；

风力管道由短管道和长管道组成，风力管道的孔径为D，短管道和长管道通过法兰盘连接，孔板流量计上的孔板安装在短管道和长管道的连接端；

第一压差取样器安装座焊接在短管道管壁的取样孔上，第一压差取样器安装在第一压差取样器安装座上，第一压差取样器的中轴线与孔板板壁之间的距离为L1，L1为1D；

第二压差取样器安装座安装在长管道管壁的取样孔上，第二压差取样器安装在第二压差取样器安装座上，第二压差取样器的中轴线与孔板板壁之间的距离为L2，L2为0.5D；控制器安装座安装在长管道的管壁上，控制器安装在控制器安装座上，第一压差取样器及第二压差取样器分别通过气管与孔板流量计上的压差变送器相连，压差变送器通过信号线与控制器的信号输入端连接，伺服驱动装置及调节阀安装在长管道出口端，由控制器的信号输出端输出信号控制伺服驱动装置带动调节阀调节阀门开度；

风力管道安装在外壳内，带安装挂钩的气流进口端盖通过螺钉安装在风力管道的气流进口端，带安装挂钩的气流出口端盖通过螺钉安装在风力管道的气流出口端。