CN111169941A - 一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法，包括如下步骤：对射式光栅2实时测量定量管1中料位高度为h；当h高于料位上限高度h_高时，电机4以固定频率P₀延时运行T₀后停止运行，低于h_高时，采集电子皮带秤6的实际设定流量Q₁，计算出料位下限高度h_低，h_低＝h₀×Q₁/Q₀；当h低于h_低时，电机以最大频率50Hz运行，高于h_低时，通过公式a＝(h‑h_上)/Δt计算料位高度变化速率；将h和a代入公式P＝50×(H‑h)/H+K₁×a中，计算出电机的运行频率；通过PLC控制器赋值给变频器5，使电机按实时频率P运行。该方法能基于定量管内不同物料高度变换速率进行流量控制，保障下游电子皮带秤流量的稳定。

Description

一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法

技术领域

本发明属于烟草制丝生产工艺控制领域，具体涉及一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法。

背景技术

在烟丝的生产过程中，为了保证电子皮带秤上物料流量的稳定，一般需要提前在电子皮带秤前设置一个定量管，从而起到存储物料和规整物料进入皮带秤前形状的作用，进而减少物料流量的波动，减轻皮带秤的计量控制压力。

由于定量管中的物料高度对于物料整体的稳定性影响非常大，若定量管中的物料高度很低则容易出现定量管跑空的现象，从而导致皮带秤流量断续；若定量管中物料高度很高则容易出现定量管堵料的现象，也不利于流量的稳定；另外，只有当定量管中物料积累到一定高度时，由于重力作用物料掉落挤压，其中的物料相对来说才会比较充盈，物料规整的效果才会比较明显。

现有技术的定量管控制方式多采用的是在定量管外壁安装三到四对物料检测光电管，位置从高到低设置的四对光电管依次控制着上游设备供料速度的停止、低速、中速和高速。当每对光电管检测到有物料遮挡时，光电管传输信号至上游设备以控制其执行相应的供料速度。上游设备一般是喂料机或皮带机，其速度控制依靠变频器实现。下游设备一般为计量型设备，如电子皮带秤或核子称等。通过调节上游设备的供料速度来调节物料进给速度，以实现与下游设备物料流量的匹配，进而实现工序物料流量的均衡控制。采用三到四对光电管检测物料高度并控制上游设备供料速度的现有技术仅具有三速控制模式，由于参数的单一性，导致控制参数也是死板的，从而经常导致供料不足或供料过剩甚至堵料，严重影响产品质量和生产效率。

目前，针对定量管流量控制的研究众多，如公告号为CN205045424U的专利-一种可精准控制物料流量的定量管采用具有连续信号采集功能的测量光幕对物料高度进行检测，将连续的物料高度信号与上游设备的供料速度控制相对应，实现了近似无极变速的供料调控。但是该技术方案仍然存在缺陷，比如当物料高度较高时，按照该专利公开的思路，上游设备运行速率应该较低。但是如果此时的物料高度虽然较高，但是其以一个较大的高度变化速率减小时，说用虽然物料高度较高，但是下游设备需求量仍然很大，此时不应再迅速降低上游设备的运行速率，而是应该缓慢降低甚至继续升高上游设备的运行速率。因此，现有公开的技术方案对于控制定量管中物料高度的稳定性，抑制其波动仍然存在缺陷，无法基于定量管内不同物料高度变换速率进行流量控制。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法，该方法能够基于定量管内不同物料高度变换速率进行流量控制，使定量管中物料高度适中并趋于稳定，保障下游电子皮带秤流量的稳定。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法，承载该方法的装置包括定量管，定量管两侧安装有用于测量料位高度的对射式光栅；所示定量管的上游设备为皮带输送机、下游设备为电子皮带秤，皮带输送机上的电机由变频器控制其运行频率，对射式光栅和变频器分别与PLC控制器电连接，所述方法包括如下步骤：

a、对射式光栅实时测量定量管中料位高度为h；

b、当料位高度h高于定量管的料位上限高度h_高时，皮带输送机的电机以固定频率P₀延时运行T₀后停止运行，当料位高度h低于h_高时，则进入下一步骤，h_高根据设备型号和实际生产需要调整；

c、PLC控制器采集电子皮带秤的实际设定流量Q₁，由此计算出定量管的料位下限高度h_低，h_低＝h₀×Q₁/Q₀，其中h₀是基础料位下限，Q₀为基础设定流量，h₀和Q₀根据设备型号和实际生产需要进行调整；当料位高度h低于h_低时，皮带输送机上的电机以最大频率50Hz运行，当料位高度h高于h_低时，则进入下一步骤；

d、根据料位高度为h和料位高度变化速率a对电机的运行频率进行调控，利用PLC控制器记录上一秒的料位高度h_上并每隔一秒计算定量管中料位高度差，通过高度差计算料位高度变化速率a＝(h-h_上)/Δt，其中Δt为单位时间间隔，Δt根据设备型号和实际生产需要调整；

e、将料位高度h和料位高度变化速率a代入公式P＝50×(H-h)/H+K₁×a中，计算出皮带输送机上的电机的运行频率；其中H为对射式光栅的总测量高度，K₁为高度变化速率配比系数，K₁根据设备情况和工艺要求进行整定；

f、将计算出的电机实时频率P通过PLC控制器赋值给变频器，使电机按照实时频率P运行。

进一步的，所述对射式光栅纵向垂直设置在定量管两侧。

优选的，步骤b中的延时运行通过PLC编程控制器实现。

与现有技术方案相比，本发明在现有设备的基础上，提供一种基于PLC程序的定量管出口流量控制方法，避免了增加检测原件所带来的资金投入，将定量管中物料高度和高度变化速率考虑进去，实现二维控制的目的，通过PLC控制器及变频器的PID运算，实时调整上游设备为皮带输送机电机的运转频率，从而有效抑制定量管内料位高度的波动，使其趋于稳定，保证定量管物料充足且不至过分充盈，进而保障电子皮带秤上的流量稳定。本发明具有结构简单、控制精确、自动化程度高的特点，适合在制丝线定量管中应用。

附图说明

图1为承载本发明的设备结构示意图；

附图1中：1、定量管，2、对射式光栅，3、皮带输送机，4、电机，5、变频器，6、电子皮带秤。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法，承载该方法的装置包括定量管1，定量管1两侧安装有用于测量料位高度的对射式光栅2，对射式光栅2纵向垂直设置在定量管1两侧；所示定量管1的上游设备为皮带输送机3、下游设备为电子皮带秤6，皮带输送机3上的电机4由变频器5控制其运行频率，对射式光栅2和变频器5分别与PLC控制器电连接。

实施例1

该实施例中使用的对射式光栅2的型号为MLG1-0740P811，对射式光栅2的总测量长度H为74cm，上游堵料延时停机时间T₀为2s，单位时间间隔Δt为1s，基础设定流量Q₀为6000kg/h，基础料位下限h₀为10cm，料位上限高度h_高为64cm，固定频率P₀为5Hz，根据设备情况和工艺要求，整定K₁的值为-0.65。

a、对射式光栅2实时测量定量管1中料位高度h为75cm；

b、此时，料位高度h高于定量管1的料位上限高度h_高，皮带输送机3的电机4以固定频率P₀5Hz延时运行T₀2s后停止运行，从而有效抑制定量管1内料位高度的波动，使其趋于稳定，保证定量管1物料充足且不至过分充盈，进而保障电子皮带秤6上的流量稳定；延时运行通过PLC编程控制器实现。

实施例2

该实施例中使用的对射式光栅2的型号为MLG1-0740P811，对射式光栅2的总测量长度H为74cm，上游堵料延时停机时间T₀为2s，单位时间间隔Δt为1s，基础设定流量Q₀为6000kg/h，基础料位下限h₀为10cm，料位上限高度h_高为64cm，固定频率P₀为5Hz，根据设备情况和工艺要求，整定K₁的值为-0.65。

a、对射式光栅2实时测量定量管1中料位高度h为20cm；

b、此时，料位高度h低于h_高，则进入下一步骤；

c、PLC控制器采集电子皮带秤6的实际设定流量Q₁为6000kg/h，由此计算出定量管1的料位下限高度h_低，h_低＝h₀×Q₁/Q₀＝10cm；此时，料位高度h高于h_低时，则进入下一步骤；

d、根据料位高度为h和料位高度变化速率a对电机4的运行频率进行调控，利用PLC控制器记录上一秒的料位高度h_上为24cm，并每隔一秒计算定量管1中料位高度差，通过高度差计算料位高度变化速率a＝(h-h_上)/Δt，Δt根据设备型号和实际生产需要调整，从而计算出料位高度变化速率为-4cm/s；

e、将料位高度h和料位高度变化速率a代入公式P＝50×(H-h)/H+K₁×a中，计算出皮带输送机3上的电机4的运行频率为39Hz；

f、将计算出的电机实时频率P通过PLC控制器赋值给变频器5，使电机4按照计算频率39Hz运行，从而有效抑制定量管1内料位高度的波动，使其趋于稳定，保证定量管1物料充足且不至过分充盈，进而保障电子皮带秤6上的流量稳定。

实施例3

该实施例中使用的对射式光栅2的型号为MLG1-1040P811，对射式光栅2的总测量长度H为104cm，上游堵料延时停机时间T₀为3s，单位时间间隔Δt为1s，基础设定流量Q₀为6000kg/h，基础料位下限h₀为15cm，料位上限高度h_高为90cm，固定频率P₀为8Hz，根据设备情况和工艺要求，整定K₁的值为-0.75。

a、对射式光栅2实时测量定量管1中料位高度h为60cm；

b、此时，料位高度h低于h_高，则进入下一步骤；

c、PLC控制器采集电子皮带秤6的实际设定流量Q₁为6000kg/h，由此计算出定量管1的料位下限高度h_低，h_低＝h₀×Q₁/Q₀＝15cm；此时，料位高度h高于h_低时，则进入下一步骤；

d、根据料位高度为h和料位高度变化速率a对电机4的运行频率进行调控，利用PLC控制器记录上一秒的料位高度h_上为53cm，并每隔一秒计算定量管1中料位高度差，通过高度差计算料位高度变化速率a＝(h-h_上)/Δt，Δt根据设备型号和实际生产需要调整，从而计算出料位高度变化速率为7cm/s；

e、将料位高度h和料位高度变化速率a代入公式P＝50×(H-h)/H+K₁×a中，计算出皮带输送机3上的电机4的运行频率为16Hz；

f、将计算出的电机实时频率P通过PLC控制器赋值给变频器5，使电机4按照计算频率16Hz运行，从而有效抑制定量管1内料位高度的波动，使其趋于稳定，保证定量管1物料充足且不至过分充盈，进而保障电子皮带秤6上的流量稳定。

实施例4

该实施例中使用的对射式光栅2的型号为MLG1-0440P811，对射式光栅2的总测量长度H为44cm，上游堵料延时停机时间T₀为1s，单位时间间隔Δt为1s，基础设定流量Q₀为4500kg/h，基础料位下限h₀为5cm，料位上限高度h_高为39cm，固定频率P₀为3Hz，根据设备情况和工艺要求，整定K₁的值为-0.3。

a、对射式光栅2实时测量定量管1中料位高度h为3cm；

b、此时，料位高度h低于h_高，则进入下一步骤；

c、PLC控制器采集电子皮带秤6的实际设定流量Q₁为5000kg/h，由此计算出定量管1的料位下限高度h_低，h_低＝h₀×Q₁/Q₀＝5.5cm；此时，料位高度h低于h_低时，通过PLC控制器赋值给变频器5，使电机4按照最大频率50Hz运行，从而有效抑制定量管1内料位高度的波动，使其趋于稳定，保证定量管1物料充足且不至过分充盈，进而保障电子皮带秤6上的流量稳定。

上述实施例中定量管1中料位高度h、定量管1中料位高度变化速率a、电机频率值P的计算、电机4的控制均通过可编程逻辑控制器PLC实现。

通过上述实施例，由于不仅考虑到了实际料位高度，也将料位高度变化速率考虑进去，由最初一维控制改进为二维控制，不仅有效的解决了定量管1出现供料不足或者供料过盈甚至堵料的问题，也减少了上游设备皮带输送机3频繁启停的问题，使料位高度可以比较稳定的控制在定量管1中部，下游电子皮带秤6流量过程控制能力指数Cpk值提高至1.33以上，较好的稳定了物料流量，为整体加香的稳定性提供保障，产品内在品质得到显著提升。

Claims (3)

1.一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法，承载该方法的装置包括定量管(1)，定量管(1)两侧安装有用于测量料位高度的对射式光栅(2)；所示定量管(1)的上游设备为皮带输送机(3)、下游设备为电子皮带秤(6)，皮带输送机(3)上的电机(4)由变频器(5)控制其运行频率，对射式光栅(2)和变频器(5)分别与PLC控制器电连接，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

a、对射式光栅(2)实时测量定量管(1)中料位高度为h；

b、当料位高度h高于定量管(1)的料位上限高度h_高时，皮带输送机(3)的电机(4)以固定频率P₀延时运行T₀后停止运行，当料位高度h低于h_高时，则进入下一步骤，h_高根据设备型号和实际生产需要调整；

c、PLC控制器采集电子皮带秤(6)的实际设定流量Q₁，由此计算出定量管(1)的料位下限高度h_低，h_低＝h₀×Q₁/Q₀，其中h₀是基础料位下限，Q₀为基础设定流量，h₀和Q₀根据设备型号和实际生产需要进行调整；当料位高度h低于h_低时，皮带输送机(3)上的电机(4)以最大频率50Hz运行，当料位高度h高于h_低时，则进入下一步骤；

d、根据料位高度为h和料位高度变化速率a对电机(4)的运行频率进行调控，利用PLC控制器记录上一秒的料位高度h_上并每隔一秒计算定量管(1)中料位高度差，通过高度差计算料位高度变化速率a＝(h-h_上)/Δt，其中Δt为单位时间间隔，Δt根据设备型号和实际生产需要调整；

e、将料位高度h和料位高度变化速率a代入公式P＝50×(H-h)/H+K₁×a中，计算出皮带输送机(3)上的电机(4)的运行频率；其中H为对射式光栅(2)的总测量高度，K₁为高度变化速率配比系数，K₁根据设备情况和工艺要求进行整定；

f、将计算出的电机实时频率P通过PLC控制器赋值给变频器(5)，使电机(4)按照实时频率P运行。

2.根据权利要求1所述的一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法，其特征在于，所述对射式光栅(2)纵向垂直设置在定量管(1)两侧。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于不同物料高度变换速率的定量管流量控制方法，其特征在于，步骤b中的延时运行通过PLC编程控制器实现。

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