CN107777292B - 电子皮带秤运行状态监测系统、方法及烟草加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电子皮带秤运行状态监测系统、方法、电子皮带秤及烟草加工系统，其中，监测系统包括：比值计算模块(10)，用于计算所述电子皮带秤输送物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值；比较判断模块(20)，用于判断所述瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围，如果超出则判定所述电子皮带秤出现故障。此种监测系统能够监测瞬时流量与工作频率的比值这一指标，来判断电子皮带秤是否出现故障，以使电子皮带秤能够正常输送并称量物料，并保证电子皮带秤称量的准确性和精度，从而提升产品质量。

Description

电子皮带秤运行状态监测系统、方法及烟草加工系统

技术领域

本发明涉及烟草加工技术领域，尤其涉及一种电子皮带秤运行状态监测系统、方法、电子皮带秤及烟草加工系统。

背景技术

在烟草加工过程中，润叶加料工序、烘丝工序和加香工序等多个环节均需要准确地对烟叶进行称量，目前烟叶的称量一般采用电子皮带秤。

电子皮带秤内设有称重传感器和旋转编码器，还可设有单独的PLC控制系统。其中，称重传感器用于检测烟叶的重量，旋转编码器用于检测皮带的运行速度，PLC控制系统在接收由称重传感器来的重量信号和旋转编码器检测到的速度信号后，通过CPU模块运算，得出物料的瞬时流量、累计重量及电机控制等信号，从而完成电子秤的自动称重和控制等功能。

现有技术中一般通过周期校验的方式保证电子皮带秤的计量精度。但是一旦在校验周期内电子皮带秤出现异常，如果不能及时发现，将对产品质量的稳定产生很大影响。

发明内容

本发明的目的是提出一种电子皮带秤运行状态监测系统、方法、电子皮带秤及烟草加工系统，能够及时发现电子皮带秤工作过程中存在的异常，保证电子皮带秤正常工作。

为实现上述目的，本发明一方面提供了一种电子皮带秤运行状态监测系统，包括：

比值计算模块，用于计算电子皮带秤输送物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值；

比较判断模块，用于判断瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围，如果超出则判定电子皮带秤出现故障。

进一步地，该监测系统还包括：

阈值设定模块，用于设定电子皮带秤正常工作情况下对应的预设范围。

进一步地，该监测系统还包括：

报警模块，用于在比较判断模块判断出电子皮带秤出现故障时发出报警信号。

进一步地，该监测系统还包括料位检测传感器，电子皮带秤上方设有限量管，料位检测传感器用于检测限量管中的料位，比较判断模块在料位检测传感器的检测值不低于预设高度的情况下，对电子皮带秤进行故障判断。

进一步地，阈值设定模块能够根据电子皮带秤工作时采集的多个样本数据，计算出各个样本对应数据的瞬时流量与工作频率的比值，以获得预设范围。

进一步地，阈值设定模块能够在计算出各个样本对应的瞬时流量与工作频率的比值之后，计算出各个比值的平均值及标准偏差，并将标准偏差乘以大于1的预设系数，以根据比值的平均值和放大后的标准偏差获得预设范围。

进一步地，阈值设定模块对于不同牌号的烟叶设置不同的预设范围，不同牌号的烟叶单位体积对应的重量不同。

本发明另一方面提供了一种电子皮带秤运行状态监测方法，包括：

计算电子皮带秤输送物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值；

判断瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围，如果超出则判定电子皮带秤出现故障。

进一步地，在判断瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围的步骤之前，还包括：

设定电子皮带秤正常工作情况下对应的预设范围。

进一步地，在判断出电子皮带秤出现故障后，还包括：发出报警信号。

进一步地，该监控方法还包括：检测电子皮带秤上方限量管中的料位，在限量管中的料位不低于预设高度的情况下，对电子皮带秤进行故障判断。

进一步地，设定电子皮带秤正常工作情况下对应的预设范围的步骤具体包括：

获取电子皮带秤工作时采集的多个样本数据；

计算出各个样本对应数据的瞬时流量与工作频率的比值，以获得预设范围。

进一步地，在计算出各个样本对应数据的瞬时流量与工作频率的比值的步骤之后，还包括：

计算出各个比值的平均值及标准偏差；

将标准偏差乘以预设系数，预设系数大于1；

根据比值的平均值和放大后的标准偏差获得预设范围。

本发明再一方面提供了一种电子皮带秤，包括上述实施例的电子皮带秤运行状态监测系统。

本发明又一方面提供了一种烟草加工系统，包括上述实施例的电子皮带秤，电子皮带秤包括润叶前电子皮带秤、烘丝前电子皮带秤、加香前电子皮带秤、膨胀烟丝掺配电子皮带秤或梗丝掺配电子皮带秤。

基于上述技术方案，本发明实施例的电子皮带秤运行状态监测系统，能够通过比值计算模块计算电子皮带秤输送物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值，并通过比较判断模块监测瞬时流量与工作频率的比值这一指标判断电子皮带秤是否出现故障，例如由于旋转编码器或称重传感器的检测失效导致皮带速度控制出现异常等，以使电子皮带秤能够正常输送并称量物料，并保证电子皮带秤称量的准确性和精度，从而提升产品质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为烟草加工设备中喂料机的结构示意图；

图2为本发明电子皮带秤运行状态监测系统的一个实施例的模块组成示意图。

附图标记说明

1、储存仓；2、提升机；3、限量管；4、电子皮带秤；10、比值计算模块；20、比较判断模块；30、阈值设定模块；40、报警模块；50、料位检测传感器。

具体实施方式

以下详细说明本发明。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征的组合。

本发明中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

在烟草加工过程中，有多个环节需要用到电子皮带秤对烟叶进行称量。以润叶加料工序为例，片烟经过上游工序松散后形成烟叶，在润叶加料工序中，根据电子皮带秤输送烟叶的流量按照设定比例加入料液。

如图1所示的喂料机包括储存仓1、提升机2、限量管3和电子皮带秤4。其中，限量管3设置在电子皮带秤4起始端的上方，对烟叶起到限流作用，提升机2的上端连接限量管3的进料口，底端连接储存仓1。

润叶加工处理过程是：烟叶进入喂料机的储存仓1，存储到一定量之后通过提升机2进入限量管3，随后进入电子皮带秤4。电子皮带秤4的工作原理满足如下公式：

Q＝G*v， (1)

其中，Q为烟叶的瞬时流量，G为皮带的单位长度上烟叶重量，v为皮带运行速度。G通过称重传感器检测，v通过旋转编码器检测。电子皮带秤4的PLC控制系统可以根据设定流量，调节皮带运行速度，使得实际流量在一定范围内围绕设定流量微小波动。进一步地，PLC控制系统在接收由称重传感器来的重量信号和旋转编码器检测到的速度信号后，通过CPU模块按照上述公式进行运算，得出物料的瞬时流量、累计重量及电机控制等信号，从而完成电子秤的自动称重和控制等功能。

在烟草加工过程中，为了保证卷烟的成品质量，需要在各个加工环节中对烟叶进行准确的称量。为此，本发明提出了一种电子皮带秤运行状态监测系统，在一个示意性的实施例中，参考图2，该电子皮带秤运行状态监测系统包括比值计算模块10和比较判断模块20。其中，比值计算模块10用于计算所述电子皮带秤输送烟叶等物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值，变频器的工作频率能够控制驱动电机的转速，从而控制皮带的输送物料的速度，皮带的运行速度可通过旋转编码器进行检测。比较判断模块20用于判断所述瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围，如果超出则判定所述电子皮带秤出现故障，否则判定电子皮带秤处于正常工作状态。

优选地，比较判断模块20能够在判断出时流量与工作频率的比值超出预设范围，并持续预设时间后，判定出电子皮带秤故障，这样能够提高故障判断的准确性，降低监测系统虚报故障率。

从电子皮带秤的测量原理可知，由于润叶前电子皮带秤是控制型电秤，对于同一牌号的烟叶，只要限量管3内的烟叶保持充足，那么从限量管3出来的烟叶形状就能保持相对固定的形态，烟叶的重量也是相对稳定的，即电子皮带秤的负荷重量基本维持稳定，由公式(1)可知电子皮带秤的瞬时流量大小主要由电子皮带秤的工作频率决定。为进一步验证，抽取同一牌号不同批次的数据进行分析，也可以得到上述结论：只要从限量管3出来的物料保持充足且流出顺畅，那么电子皮带秤的瞬时流量与工作频率就能保持一个相对固定的比例关系。

由此，本发明的该实施例就能够通过监测瞬时流量与工作频率的比值这一指标判断电子皮带秤是否出现故障，例如由于旋转编码器或称重传感器的检测失效导致皮带速度控制出现异常等。通过对电子皮带秤进行监测和预警，可使电子皮带秤能够正常输送并称量物料，并保证电子皮带秤称量的准确性和精度，从而提升产品质量。

为了保证上述通过瞬时流量与工作频率的比值监测电子皮带秤故障的准确性和可靠性，需要保证从限量管3中的烟叶量充足，以便烟叶能够顺畅地流动到电子皮带秤上。为此，本发明的监测系统还可包括料位检测传感器50，电子皮带秤上方设有限量管3，料位检测传感器50用于检测限量管3中的料位，比较判断模块20在料位检测传感器的检测值不低于预设高度的情况下，对电子皮带秤进行故障判断。例如，限量管3中的料位高度保持在30％以上，目的是为了保证限量管3内有足够的物料，使得从限量管3出来的物料量保持稳定，从而使电子皮带秤的瞬时流量与工作频率的比值保持在稳定的范围内波动。

进一步地，本发明的监测系统还还可包括报警模块40，用于在比较判断模块20判断出电子皮带秤出现故障时发出报警信号，例如发出声光报警信号，以及时提示给操作者需要对电子皮带秤进行校准或维修。

进一步地，本发明的监测系统还可包括阈值设定模块30，用于设定电子皮带秤正常工作情况下对应的预设范围。在烟草加工过程中，可以获取多个批次中电子皮带秤称量烟草时的瞬时流量和工作频率，阈值设定模块30能够根据电子皮带秤工作时采集的多个样本数据，计算出各个样本对应数据的瞬时流量与工作频率的比值，以获得预设范围，并存储在阈值设定模块30中。

在一种简单的实现形式中，阈值设定模块30计算出各个样本计算出对应的瞬时流量与工作频率的比值之后，找出最大值和最小值，或进一步地对最大值和最小值取整数，以作为电子皮带秤安全工作的预设范围。

在另一种更优的实现形式中，阈值设定模块30能够在计算出各个样本对应的瞬时流量与工作频率的比值之后，计算出各个比值的平均值及标准偏差，并将标准偏差乘以大于1的预设系数，以根据比值的平均值和放大后的标准偏差获得预设范围。

由于不同牌号烟叶的含水量和烟叶本身的密度不尽相同，因而单位体积烟叶对应的重量也不同，相应地，阈值设定模块30对于不同牌号的烟叶设置不同的预设范围。针对每种牌号的烟叶，都需要获取实际生产过程中的不同的生产批次中的多个样本数据，并按照设定流量的不同，确定各个样本数据下瞬时流量与工作频率比值的中间值与标准偏差，以获得电子皮带秤正常工作时的预设范围，从而提高报警的准确性。

下面给出一个具体的实施例进行说明，在电子皮带秤PLC控制器的程序中建立DB数据块，并编写相应控制程序，以实现上述各个模块的功能。

如表1所示，对于牌号为七匹狼(红)烟叶中，在不同的生产批次中获得电子皮带秤在不同瞬时流量下对应的工作频率数据，并计算出各组瞬时流量与工作频率对应的比值。可以看出，各个比值基本在66至73范围内波动，其中间值为69.5。通过统计多个批次的比值，并计算它们的标准偏差在1.5左右。为了保证异常时报警的准确性，减少误报警的情况，取5倍的标准偏差值作为报警的上下限，即将偏离中间值±7.5作为电子皮带秤正常工作的预设范围，由此可以计算出，在瞬时流量与工作频率的比值超出62至77的预设范围，并持续10秒时，系统弹出报警，表示电子皮带秤出现异常，要求维修人员给予确认处理，从而有效的防止了质量缺陷的扩大。

表1电子皮带秤瞬时流量/工作频率数据表

通过运用电子皮带秤运行状态监测系统，将实时采集的电子皮带秤流量与频率的比值与预设范围进行对比，当实时计算的比值超出预设范围时给予预警提示，从而有利于维修人员监测电子皮带秤的运行情况，及时检查、维修，防止较大质量缺陷的发生，弥补了定期对电子皮带秤进行周期校准，实时性差的缺陷。

其次，本发明还提供了一种电子皮带秤，包括上述实施例所述的电子皮带秤运行状态监测系统。该电子皮带秤可用于各类需要对物料进行称量的场合，特别是用于涉及烟草行业加料、加香等需对电子皮带秤运行状态实时监测的工序，能够保证称量的准确性和可靠性，从而提高产品质量。

再次，本发明还提供了一种烟草加工系统，包括上述实施例所述的电子皮带秤，电子皮带秤包括润叶前电子皮带秤、烘丝前电子皮带秤、加香前电子皮带秤、膨胀烟丝掺配电子皮带秤或梗丝掺配电子皮带秤。电子皮带秤用于烟草加工系统各个环节的称量中，能够对电子皮带秤进行状态监测，并进行故障预警，能够保证电子皮带秤的称量精度，提高最终形成卷烟产品的品质。

最后，本发明还提供了一种电子皮带秤运行状态监测方法，可基于上述各实施例的监测系统，在一个示意性的实施例中，该监测方法包括：

步骤s1、比值计算模块10计算电子皮带秤输送物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值；

步骤s2、比较判断模块20判断瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围，如果超出预设范围则执行步骤s3；优选地，瞬时流量与工作频率的比值超出预设范围并持续预设时间，才执行步骤s3。

步骤s3、比较判断模块20判定电子皮带秤出现故障。

本发明的该实施例能够在电子皮带秤工作过程中，实时监测瞬时流量与工作频率的比值判断电子皮带秤是否出现故障，例如由于旋转编码器的检测失效导致皮带速度控制出现异常等，以使电子皮带秤能够正常输送并称量物料，并保证电子皮带秤称量的准确性和精度，从而提升产品质量。

进一步地，在步骤s2之前，本发明的监测方法还可包括：

步骤s0、阈值设定模块30设定电子皮带秤正常工作情况下对应的预设范围。步骤s0与s1的执行先后顺序不作限制。

为了能够及时给予预警提示，从而有利于维修人员监测电子皮带秤的运行情况，及时检查、维修，防止较大质量缺陷的发生，在步骤s3之后，本发明的监测方法还可包括：报警模块40发出报警信号。

为了保证限量管3内有足够的物料使出料稳定，以使电子皮带秤的瞬时流量和工作频率比值维持在稳定的范围内波动，提高故障监测的准确性，在步骤s2之前，本发明的监测方法还可包括：料位检测传感器50检测电子皮带秤上方限量管3中的料位，在限量管3中的料位不低于预设高度的情况下，对电子皮带秤进行故障判断。

优选地，步骤s0具体包括：

步骤s01、获取电子皮带秤工作时采集的多个样本数据；

步骤s02、计算出各个样本对应数据的所述瞬时流量与工作频率的比值，以获得所述预设范围。

进一步地，在步骤s02中计算出各个样本对应数据的所述瞬时流量与工作频率的比值之后，本发明的监测方法还可包括：

步骤s03、计算出各个所述比值的平均值及标准偏差；

步骤s04、将标准偏差乘以预设系数，所述预设系数大于1；

步骤s05、根据所述比值的平均值和放大后的标准偏差获得所述预设范围。

以上对本发明所提供的一种电子皮带秤运行状态监测系统、方法、电子皮带秤及烟草加工系统进行了详细介绍。本文中应用了具体的实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种烟草加工系统，其特征在于，包括：喂料机，所述喂料机包括储存仓(1)、提升机(2)、限量管(3)和电子皮带秤(4)，所述限量管(3)设在所述电子皮带秤(4)起始端的上方，对烟叶起到限流作用，所述提升机(2)的上2端连接所述限量管(3)的进料口，底端连接所述储存仓(1)，以使烟叶进入所述储存仓(1)，存储到一定量之后通过所述提升机(2)进入所述限量管(3)，再进入所述电子皮带秤(4)；所述电子皮带秤(4)包括电子皮带秤运行状态监测系统，所述电子皮带秤运行状态监测系统包括：

比值计算模块(10)，用于计算所述电子皮带秤输送物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值，所述电子皮带秤能够通过所述变频器的工作频率控制驱动电机的转速，以控制皮带输送物料的速度；

比较判断模块(20)，用于判断所述瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围，如果超出则判定所述电子皮带秤出现故障；

料位检测传感器(50)，用于检测所述限量管(3)中的料位；和

阈值设定模块(30)，用于根据所述电子皮带秤正常工作情况下采集的多个样本数据，计算出各个样本对应数据的所述瞬时流量与工作频率的比值，之后计算出各个所述比值的平均值及标准偏差，并将标准偏差乘以大于1的预设系数，以根据所述比值的平均值和放大后的标准偏差获得所述预设范围；

其中，所述比较判断模块(20)用于在所述料位检测传感器(50)的检测值不低于预设高度的情况下，对所述电子皮带秤进行故障判断。

2.根据权利要求1所述的烟草加工系统，其特征在于，还包括：

报警模块(40)，用于在所述比较判断模块(20)判断出电子皮带秤出现故障时发出报警信号。

3.根据权利要求1所述的烟草加工系统，其特征在于，所述阈值设定模块(30)对于不同牌号的烟叶设置不同的所述预设范围，不同牌号的烟叶单位体积对应的重量不同。

4.根据权利要求1所述的烟草加工系统，其特征在于，所述电子皮带秤包括润叶前电子皮带秤、烘丝前电子皮带秤、加香前电子皮带秤、膨胀烟丝掺配电子皮带秤或梗丝掺配电子皮带秤。

5.一种基于权利要求1～4任一所述烟草加工系统的电子皮带秤运行状态监测方法，其特征在于，包括：

检测所述电子皮带秤上方限量管(3)中的料位，在所述限量管(3)中的料位不低于预设高度的情况下，对所述电子皮带秤进行故障判断；

计算所述电子皮带秤输送物料的瞬时流量与变频器工作频率的比值，所述电子皮带秤能够通过所述变频器的工作频率控制驱动电机的转速，以控制皮带输送物料的速度；

判断所述瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围，如果超出则判定所述电子皮带秤出现故障；

在判断所述瞬时流量与工作频率的比值是否超出预设范围的步骤之前，所述电子皮带秤运行状态监测方法还包括：

获取电子皮带秤正常工作时采集的多个样本数据；

计算出各个样本对应数据的所述瞬时流量与工作频率的比值；

计算出各个所述比值的平均值及标准偏差；

将标准偏差乘以预设系数，所述预设系数大于1；

根据所述比值的平均值和放大后的标准偏差获得所述预设范围。

6.根据权利要求5所述的电子皮带秤运行状态监测方法，其特征在于，在判断出电子皮带秤出现故障后，还包括：发出报警信号。

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