CN202469489U - 一种基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，设置在料罐和加香、加料机之间，包括泵、流量计、电子秤、可编程控制器，料罐通过输料管与泵连接，流量计的出口经管路与加香、加料机上的喷头连接，电子秤位于加香、加料机的上游，还包括设置在泵和流量计之间的气动控制阀，其中电子秤和流量计与可编程控制器的信号输入端连接，可编程控制器的信号输出端与气动控制阀的控制信号接线端连接，在泵的进口与出口之间并联一节流阀。本实用新型从系统结构方面对原来普遍使用的结构进行了优化，大大简化了电气控制上的中间环节，提高了系统的控制精度；可以省下控制泵的变频器，可降低设备的采购成本和维护成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及卷烟设备技术领域，具体是一种基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统。
背景技术
加香加料系统作为制丝线的一个重要的工艺环节，其加香、加料的准确性和均匀性对成品卷烟的感官感觉起着重要的作用。加料、加香机的功能主要是将烟用香精香料通过设备、控制系统均匀、准确的施加到过程中的烟叶、烟丝中去。加香、加料机一般由喂料机和电子皮带秤组成的恒流量供料、计量系统和加料机两部分组成，物料经过恒流量供料、计量系统向加料机提供流量稳定的物料，与此同时流量计通过ProfiBus-DP网络将物料流量的准确数据传递给可编程控制器(S7-400PLC)，可编程控制器结合加料比例计算出需要施加料液的流量，控制加料泵连续调整，使流量计检测的实际料液流量符合计算流量，从而保证对物料按照要求的比例均匀的施加料液。烟草加工比例控制系统主要是指用于加料、加香机的控制系统，判断该控制系统的关键指标有两个：一个是瞬时精度；一个是累计精度。
如图1所示，现有的烟草加工比例控制系统的工作原理是料液从料罐1中流出，可编程控制器7根据设定的料液施加比例来控制泵2的运行速度，泵2的速度直接影响泵后的料液流量，料液流量按比例跟踪电子秤4上的烟叶流量。
目前烟草工业企业中所使用的均为图1中典型比例控制系统，该系统的优点为结构简单，控制思路明确。但在实际使用中发明人发现该系统中的执行器件(泵)在使用一段时间(往往是半年)后出现这样一个现象：驱动同样的料液流量，泵的运行频率越来越大，齿轮泵由于长时间使用，咬合齿轮之间的磨损(一是自然磨损，二是料液中的杂质会对齿轮造成磨损)会造成齿轮之间的间隙变大，泵的工作能力下降，这样直接导致泵运行稳定性变差，表现在生产中就是加香、加料瞬时精度波动变大；而且泵的齿轮自然磨损后也无法修理，当齿轮泵不满足生产的需求时，只能更换新泵，一般烟草行业使用的为进口齿轮泵，该泵的价格少则几万，多则上十万，维护成本较高。
为了提高比例控制精度，发明人也使用过其他泵，例如蠕动泵，但是效果不佳，因为不管什么类型的泵都要配减速机以驱动泵，而控制上是利用变频器来控制减速机的速度，详细如图2所示控制原理图。由图2可知控制的执行器环节上中间环节较多，有3个设备：变频器、减速机、泵，中间环节越多控制上的快速性和精确性越难以达到，误差会累计在一起，这也是目前加香、加料精度在提高上遇到的瓶颈问题。
发明内容
本实用新型提供一种基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，可大大简化电气控制上的中间环节，提高系统的控制精度。
一种基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，设置在料罐和加香、加料机之间，包括泵、流量计、电子秤、可编程控制器，料罐通过输料管与泵连接，流量计的出口经管路与加香、加料机上的喷头连接，电子秤位于加香、加料机的上游，还包括设置在泵和流量计之间的气动控制阀，其中电子秤和流量计与可编程控制器的信号输入端连接，可编程控制器的信号输出端与气动控制阀的控制信号接线端连接，在泵的进口与出口之间并联一节流阀。
如上所述的基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，所述气动控制阀为滑窗控制阀或薄膜阀。
如上所述的基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，所述流量计为质量流量计或电磁流量计。
本实用新型基于气动控制阀的比例控制系统具有如下优点：
1、首先从系统结构方面对原来普遍使用的结构进行了优化，大大简化了电气控制上的中间环节，提高了系统的控制精度；
2、由于气动控制阀自身结构所具有的优势，不论在系统响应的快速性方面还是调节的精度方面都比传统的调节阀要好；
3、调整了结构后，可对原来使用的泵进行降级，原来的泵为保证流量控制精度使用的为进口名牌，现在的泵只用来驱动流体，可以选用国产泵即可，还可以省下控制泵的变频器，对比前后设备采购成本和维护成本，改进后大大降低。
附图说明
图1是现有的烟草加工比例控制系统的结构示意图；
图2是现有的烟草加工比例控制系统的控制原理图；
图3是本实用新型基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统的结构示意图；
图4是本实用新型基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统的控制原理图。
图中：1-料罐，2-泵，3-流量计，4-电子秤，5-喷头，6-加香、加料机，7-可编程控制器，8-气动控制阀，9-节流阀。
具体实施方式
下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述。
图3所示为本实用新型基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统的结构示意图，所述基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统设置在料罐1和加香、加料机6之间，包括依次连接的泵2、气动控制阀8和流量计3，其中料罐1通过输料管与泵2连接，气动控制阀8设置在泵2和流量计3之间，本实施例中气动控制阀8可采用滑窗控制阀，也可以采用薄膜阀，例如Samson 3271气动薄膜阀等。流量计3设置在输送通道中，用于测量待加入物质的量，流量计3的出口经管路与加香、加料机6上的喷头5连接。本实施例中流量计3可以根据工艺精度要求采用质量流量计或是电磁流量计，例如西门子Massflo质量流量计等。在泵2的进口与出口之间并联一节流阀9，它可以保证气动控制阀前的流体压力稳定，起到稳定流量的作用。电子秤4位于加香、加料机6的上游，用于控制物料的流量，电子秤4和流量计3与可编程控制器7(例如S7-400PLC)的信号输入端连接，可编程控制器7的信号输出端与气动控制阀8的控制信号接线端连接。电子秤4采集的流量值信号经过Profibus-D总线将准确数据传递给可编程控制器7。
具体的控制过程如下：把经电子秤4采集到的流量值，乘以设定的加料比例系数可计算出设定加料量。设叶片流量为F，加料比例为K，设定加料量为Q1，得到下式：Q1＝F×K。
该值(Q1)与流量计3测得的实际流量反馈值(Q2)相比较Q1-Q2，经可编程控制器7程序中的PID功能块(比例-积分-微分控制器)运算后得到控制气动控制阀8的开度信号，该开度信号由可编程控制器7上的模拟量输出模块输出4～20mA给出，4～20mA对应气动控制阀8的0～100％的开度。
本实用新型设置的气动控制阀相比其它执行器件有以下几个优点，在适用烟草工业企业比例控制系统中更具竞争力。首先，气动控制阀在烟草工业企业中的应用广泛，例如蒸汽压力控制、增湿水流量控制，技术人员对此应用更易上手，维护方便；其次，气动控制阀的密封性能更好，阀芯可针对不同应用环境使用特殊材料大大减少因阀芯密封不严造成的料液泄露次数，且使用空压气驱动清洁无污染；最后，气动控制阀的动态响应和调节精度更好，尤其是在小流量控制方面选择更多，更能适应烟草工业企业精细化加工的发展趋势。
本实施例中泵2不用再对其进行调速控制，以额定的转速运行，只要流量满足系统要求即可，本实施例的控制原理如图4所示。对比图2和图4可以发现，本实施例在泵和流量计之间只插入了一个气动控制阀，由于执行器环节减少比例控制系统的精度比原来大大增加。
泵2的流量(泵直接运行时的料液流量)选用要求适当大于设定流量，用以保证气动控制阀8的开度在30～70％的时候能到达设定的流量，此时气动控制阀8的线性度最佳。在泵2的进口与出口之间设置节流阀9可以保证气动控制阀8前的流体压力稳定，此时泵2的运行速度是额定的，当气动控制阀8的开度降低时，阀前的流体压力必然增大，如果压力得不到释放势必会引起系统故障，所以设置节流阀9，当泵2后的流体压力增大到一定程度(假设系统中设定的压力为0.1Bar)，节流阀9自动开启流体回流，达到稳定阀前流体压力的目的。阀前的流体压力稳定了，调节气动控制阀8时就不至于造成泵2对系统的干扰，提高了系统的控制精度。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (3)
1.一种基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，设置在料罐(1)和加香、加料机(6)之间，包括泵(2)、流量计(3)、电子秤(4)、可编程控制器(7)，料罐(1)通过输料管与泵(2)连接，流量计(3)的出口经管路与加香、加料机(6)上的喷头(5)连接，电子秤(4)位于加香、加料机(6)的上游，其特征在于：还包括设置在泵(2)和流量计(3)之间的气动控制阀（8），其中电子秤(4)和流量计(3)与可编程控制器(7)的信号输入端连接，可编程控制器(7)的信号输出端与气动控制阀(8)的控制信号接线端连接，在泵(2)的进口与出口之间并联一节流阀(9)。
2.如权利要求1所述的基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，其特征在于：所述气动控制阀(8)为滑窗控制阀或薄膜阀。
3.如权利要求1所述的基于气动控制阀的烟草加工比例控制系统，其特征在于：所述流量计(3)为质量流量计或电磁流量计。
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