叶片加料段产前自检系统的设计与应用

叶片加料段产前自检系统的设计与应用

冯骏

安徽中烟工业有限责任公司芜湖卷烟厂 安徽芜湖 241000

摘要：为进一步提升芜湖卷烟厂制丝车间智能制造水平，加快企业数字化转型，本项目引入智能化控制理念，从关键计量器具状态自检功能、主机设备运行状态监测、生产参数自动比对三方面展开研究，创建了叶片加料段产前自检系统。通过该自检系统，可在加料设备生产前对关键计量器具供电状态、水分仪零点斜率状态、电子秤校零状态、以及关键计量器具的通讯状态进行自动检查；相关加工介质参数、中控下发关键参数进行自动比对。实现了生产前设备状态的自动监测和相关参数的自动比对，由传统的“人防”转变为“机防+人防”相结合的方式，避免了人工检查缺漏对产品质量造成的影响，提升了工序质量保障能力。

关键字：叶片加料、自检

在芜湖卷烟厂制丝车间中，加料工序的设备工况高度依赖操作工主观检查，加料比例的下发、电子秤流量的设定、各加工介质参数是否符合要求均会对产品质量造成影响，并且由于生产节奏加快、设备工况等因素的制约，无法满足制丝车间参数精细化、智能化的加工需求。随着人工智能技术的普及，数字化管理的应用，智能化生产提升了企业及个人的工作效率与产品质量。减少专职专岗，提升数据监管能力，提高工序质量保障能力，高度智能化的控制与管理是芜湖卷烟厂制丝车间迫切需要解决的问题。

当前，设备智能状态监控技术应用广泛，在烟草行业也有较多成功案例，本项目拟从产前设备保障能力智能评估等方面展开研究，提高加料机智能化控制水平，提升工序质量保障能力。同时，本项目也对智能化预警技术在制丝线的应用进行探索性研究，为后续智能化车间建设积累经验。

自动检测系统是指利用各种检测仪表对生产过程主要工艺参数进行测量、指示或记录的系统称为自动检测系统。它在我们日常生活中极其常见，大到卫星发射，小到电脑开机，都离不开自检系统。芜湖卷烟厂制丝线作为自动化流水作业线，其在设计之初就设计了连锁控制功能，但这仅限于宏观上的物料流连锁控制，每一个主机岗位作为一套独立设备，其内部包含大量检测设备、控制设备等；其中某一个设备出现异常并不影响整线启动，但往往会对产质量造成影响。因此，自动检测系统在我们制丝线生产中有较强的借鉴意义。

当前制丝车间叶片加料段开机前的点检工作主要包括以下三方面内容，一是关键计量器具运行状态的点检、二是主机设备运行状态的点检，最后是生产参数下发情况的确认。对此，项目组拟从以上三方面内容开展研究，

1、关键计量器具状态自检功能研究

1.1计量器具运行状态监测研究

制丝车间加料段计量器具包括加料前电子秤1台，加料前、后水分仪共计2台，加料前、后温度仪共计2台，考虑到原供电空气开关不具备检测分合情况能力，故项目组将其更换为带辅助触点空气开关，在辅助触点上接入直流24V电压并接入PLC数字量输入（DI）模块，这样DI输入24V信号可随温度仪、水分仪供电空气开关的合或分而显示有或无，以布尔量1表示已上电、0表示未上电。PLC采集该DI模块信号，通过IFIX画面将温度仪、水分仪的供电情况通过画面显示出来。

计量器具的通讯状态在整个生产过程中至关重要，当前叶片加料段水分仪采用美国NDC公司TM710e型水分仪，通过profinet工业以太网与主控PLC连接；电子皮带秤为杭州4509电子皮带秤，其采用独立PLC控制，与主控PLC组网连接；温度仪采用PT100型铂电阻温度仪，通过4-20mA输出至子站ET200S模拟量输入（AI）模块中。总体归纳起来，其通讯类型可分为网络节点通讯和主从PLC通讯。针对网络节点通讯，项目组拟通过看门狗控制器检测其与PLC之间的通讯状态。西门子看门狗是一种用于检测和监控电器设备的控制器，其工作原理是通过不断地对网络状态进行检测，来判断网络内的设备或系统是否出现故障。在节点设备与PLC通讯过程中，如果出现通讯中断故障，看门狗无法接收到其他设备或系统传输的数据，通过监控看门狗状态，就可查看出通讯状态。而针对主从PLC通讯，可以用握手信号来检测二者的通讯情况。握手信号在后台运行，用来保证最基本的通信能够正常进行，即使没有数据传输，握手信号也在不停地发出，不停地握手来检测线路是否畅通。如果通讯线路断了，能立刻检测出来，一旦通讯异常，及时发出报警。

1.2计量器具运行参数比对研究

水分仪的零点和斜率，电子秤的设定流量对生产而言至关重要，直接影响产品品质及质量，其数值与生产牌名有关，由中控工单下发。现阶段，由于没有自动检测比对手段，这些参数都需要操作工在设备本地上查看，耗时耗力。

中控参数的下发通过MES服务器下发相关参数至底层PLC数据块中，底层PLC根据数据类型分发至底层控制设备中。本次项目中，可分别采集中控下发的参数，和现场控制器件读取的数据，对二者进行比较，若数值一致则表示数据下发成功，若不一致，则数据下发失败。项目组通过编写控制程序，实现相关数据的读取。

2、主机设备运行状态监测研究

2.1、加工介质智能化比对研究

项目组对影响加料工序指标稳定的加工介质进行研究，着重选取了影响加料精度，出口水分温度的几个参数。包括汽源压力、HT蒸汽压力、料液雾化压力等，项目组对当前相关压力检测方式进行梳理，发现以传统压力表检测为主。缺乏在线检测设备。对此，项目组对部分压力检测点加装智能检测装置。通过加装传感器件，实现了关键加工介质数据的采集。在完成数据采集后，项目组结合工艺和设备运行要求，确定了压力范围，并根据该压力范围编写比对程序，实现了相关压力的在线确认。

2.2关键电机运行参数比对研究

电机是工业领域应用最广泛的动力设备,也是整个生产过程中最为重要的关键设备，对于制丝线这种流水线工艺,流水线上任何电机损坏都将对生产的总体运行造成一定的影响。因此，生产前对电机状态的检查也是保障生产平稳运行的关键一步。

电机运行时的电流值是反映电机健康状况的重要指标，运行状况良好的电机，空载运行电流应在额定电流的40%左右，最大电流应不超过额定电流的75%，且电流波动较小。项目组对叶片加料段几个关键电机进行梳理，主要包括滚筒电机、循环电机、加料泵电机，其驱动方式均为变频器驱动。变频器采用丹佛斯FC300系列变频器，其硬件均组态于电控程序中，通过编写相应的控制程序可读取变频器采集的相关参数如频率、电流、故障代码等。项目组通过读取变频器电流值，编写相对应的比较程序，判断相关电机电流是否在合理范围内。

3、生产参数自动比对研究

项目组对加料段中控工单下发的参数信息进行梳理汇总，列举出直接影响产质量的关键参数，并讨论出相关参数比对方案如下所示：

①电子秤设定流量：电子秤反馈的设定流量和工单下发的设定流量比对。

②加料比例：工单下发与加料系统反馈比较。

③热风温度设定：PID热风温度设定值和工单下发的热风温度设定值比对。

④循环电机频率：工单下发的设定值与变频器反馈值的比对，数值一样，正常；数值不一样，报警提示。

⑤滚筒电机频率：设定值与实际值比对，数值一样，正常；数值不一样，报警提示。

由于这些参数都是通过整个制丝环网由中控下发，且所有参数均来存储于底层PLC系统中，因此通过编写控制程序将这些参数读取出并进行比较，便可在电控层完成生产参数的自动比对。

在关键计量器具状态自检，主机设备运行状态监测，生产参数自动比对等研究内容完成以后，项目组对各功能进行汇总，并通过编写控制程序，以及制作显示画面在生产前自动运行自检程序，只有当检测内容全部通过，整线才可以正常启动。防止因人工点检缺漏造成的产品质量缺陷、断流等不良后果。
作者简介：冯骏，本科，烟叶制丝电气维修工三级，研究方向:烟机电气，单位:安徽中烟工业有限责任公司芜湖卷烟厂