西門子稱重模塊在煙草配比系統中的應用

1 引言

　　煙草工業生產中，煙絲的配比工藝段是關鍵的工藝環節之一。煙絲配比是指按生產中葉絲的流量為基數，將梗絲、膨脹煙絲、薄片煙絲以及殘絲中的幾種按各自的設定比例和葉絲進行實時均勻的摻配。配比型電子皮帶秤是完成此項工藝段加工過程的核心設備，而影響其精度的關鍵因素之一就是稱重信號的采集精度及穩定性，它將直接關系到煙絲配比的質量，從而也在很大程度上決定著后續煙支成品的內在吸味質量的穩定性和均衡性。

2 配比型電子皮帶秤的工作原理

　　電子皮帶秤按其工作用途分類，一般分為計量型、控制型、配比型三種類型。計量型—計量物料的瞬時流量及累計重量；控制型—均衡地控制物料重量，使物料按設定流量通過；配比型—實現葉絲、梗絲、薄片絲、殘絲等的設定配比；配比型電子皮帶秤稱重系統由多臺稱量裝置組成并集中控制，集稱量、配比于一體，具有交互式多任務、多參數計量功能，能夠對通過該配比系統的多種煙絲進行動態累計稱量、流量控制，并按一定比例進行摻配。

　　2.1 電子皮帶秤工作原理

　　各種煙絲通過限量管(或直接下落)到稱量裝置的皮帶上，隨皮帶向前運轉，當其通過稱量裝置有效稱量段時，其重量通過輸送機皮帶和計量托輥加到荷重傳感器上，傳感器感受負荷產生的信號直接送入稱重模塊siwarexu中，經稱重模塊siwar -exu采集并轉換的數據直接經s7系統總線送入plc數據采集系統，檢測稱量段上的單位長度重量q(kg/m)，同時測速裝置檢測出皮帶運行速度v(m/s)，經過plc運算得出瞬時流量和累積量并進行顯示。

瞬時流量為：q=3600×q×v(kg/h)
累積量為：g=∫q×v×d t(kg)
其中：q=w×h×p s
w—秤體上物料寬度(m)，與限量管寬度有關。
h—秤體上物料厚度(m)，與限量管開口高度有關。
p s—物料比重(kg/m3)
v—帶速(m/s)

　　2.2 電子皮帶秤配比工作原理

　　配比型電子皮帶秤控制系統以通過主稱量裝置的物料瞬時流量為基準，與摻配稱量裝置相對應的設定摻配比例運算后，作為該摻配裝置的設定流量，同時將測得的通過該摻配裝置的瞬時流量與設定流量信號進行比較，利用plc進行pid控制運算，輸出調速信號調節電機的轉速，從而改變皮帶速度，以達到自動調整摻配流量的目的。

3 西門子模塊配比稱重系統

　　3.1 電子皮帶秤控制系統組成

　　配比型電子皮帶秤主控柜部件采用基于德國西門子公司西門子稱重模塊(siwarex u)的s7-300系列plc技術平臺，其電控系統功能如圖1所示。

圖1 電控系統功能框圖

s7-300 plc由cpu317-2pn/dp、高速計數模塊fm350-2、稱重模塊siwarexu、數字量輸入輸出模塊和電源模塊組成。cpu317-2pn/dp主要用于主過程控制及profinet通訊。包含數字量輸入點和數字量輸出點、模擬量輸入和模擬量輸出回路，其中數字輸入點和數字輸出點承擔著整個電子皮帶秤的數字量輸入和輸出控制以及提供與外部聯機時所需的輸入和輸出信號；模擬量輸入用于4-20ma流量外設定采樣；模擬量輸出用于變頻器控制及瞬時流量4-20ma輸出。稱重傳感器的重量信號由siwarexu采樣，速度編碼器的編碼脈沖信號送入plc的高速計數器。電子皮帶秤根據來自重量傳感器的重量信號、來自速度編碼器的速度信號及該秤的設置信號和已編制的軟件程序，進行稱重、流量控制、配比、通訊并送出速度控制信號，該信號送到變頻調速器從而控制電機轉速，帶動電子皮帶秤工作。控制型電子皮帶秤控制單元及siwarexu電子稱重模塊集成實物如圖2所示。

圖2 控制型電子皮帶秤控制單元

　　3.2 控制系統特點

　　(1) 簡化了荷重信號放大電路。荷重信號采集采用西門子的電子稱重模塊siwarexu，使來自荷重傳感器的信號連線直接接入稱重模塊siwarexu中，減少了使用信號放大器的傳統中間放大環節，使荷重信號傳輸的準確度更高，采樣的頻率更快，這就可以保證電子皮帶秤的累積精度。

　　西門子稱重模塊(siwarexu)具有對傳感器橋路輸出信號的電源補償，且傳輸距離遠，能達到1000米，精度高，設計為0.05%，65000分區分辨率，控制測量次數達到50次/秒，更有數字濾波、斷線監視等功能，使其更加穩定、可靠，計量精度的穩定性在較長的時間內可以得到較大限度的保證，從而大大延長了電子皮帶秤的維護和標定周期。另外，siwarexu是一個集信號放大、16位a/d轉換為一體的專用稱重模塊，它與西門子plc的連接直接由背板總線來完成，大大地簡化了荷重信號放大電路，這一系列的優勢使得電子皮帶秤的精度可靠性得到了更大意義上的提升，應用水平又上了一個新的臺階。

　　(2)計量累計誤差自動追加功能。根據配比型電子皮帶秤的摻配原理，瞬時摻配精度應該能夠得到保證，但是摻配后的煙絲累計量總體累計精度隨著時間的推移可能會因瞬時流量的誤差、煙絲來料不穩定等各種因素超出設定比例的允許范圍，因此我們設計了計量累計誤差自動追加程序。原理是：當累計誤差超過允許范圍較大時在原設定比例的基礎上增加較大的修正值修訂設定比例，使其快速回到正常的累計誤差范圍；當累計誤差超過允許范圍較小時在原設定比例的基礎上增加較小的修正值修訂設定比例，使其緩慢回到正常的累計誤差范圍。

　　3.3 西門子稱重模塊應用經驗

　　雖然西門子稱重模塊siwarexu具有對傳感器橋路輸出信號的電源補償，且傳輸距離遠，能達到1000米，但是在通常使用時應盡量縮短荷重傳感器與稱重模塊siwarexu的距離，從而盡可能地避免強干擾信號的介入。如果傳輸距離超過300米，盡量選擇西門子訂貨號為7mh4702-8ag的原裝傳感器電纜。

4 結束語

　　使用電子稱重模塊siwarexu后，荷重信號的穩定性有了明顯的提高。為使整個電子皮帶秤的系統精度及穩定性會達到一個最佳狀態，我們在具體使用過程中，還應注意影響荷重信號穩定性的其他因素，如：秤體上的軸承潤滑是否良好，皮帶是否干凈，秤體邊緣與皮帶之間是否有異物等等。同時這種集成化的稱重方式，非常值得在行業內進行推廣。