俞键
（厦门烟草工业有限责任公司 361000）
目前我国烟草行业工业企业用于烟支生产的主要有常德烟草机械有限责任公司生产的ZJ17卷接机组（基于德国虹霓公司PROTOS 70机组技术），德国虹霓公司的PROTOS 1-8卷接机组、PROTOS-M5卷接机组、PROTOS-M8卷接机组等。其中，烟支的重量控制是烟支卷制成型工序上的重要一环，烟支单支克重直接关系到烟支的内在品质，关系到消费者的品吸体验[1]。现阶段，烟支重量控制系统主要有两种类型，一种是SRM重量控制系统，主要使用的机组为常德烟草机械有限责任公司的ZJ17机组，另一种是MIDAS重量控制系统，主要使用的机组为虹霓公司的PROTOS-M5机组等。由于MIDAS重量控制系统技术引进时间较短，对其工作原理、控制方式、维护保养方式方法等方面缺乏深入的了解。本文以PROTOS-M5为研究对象，分析MIDAS重量控制系统的控制原理、控制方式及维护保养方法，并开展对比实验，了解和分析MIDAS重量控制系统的控制精度及过程能力指数，更好的为工厂的烟支生产提供指导。
1.控制原理
1.1MIDAS重量控制系统的控制原理分析
如图1所示，MIDAS重量控制系统主要由MIDAS传感器测量单元、卷烟机切割时钟脉冲CCP、PLC控制单元、AMK伺服控制系统组成，其中卷烟机切割时钟脉冲CCP由AMK伺服控制系统提供。MIDAS传感器测量单元由微波扫描元件及温度控制系统组成。PLC控制单元主要负责数据采集、运算。AMK伺服控制系统负责吸丝带位置的调节，以及修整刀盘的转速、位置调节。
图1 MIDAS重量控制系统结构组成
在测量传感器内由高频发生器发射频率为6GHz，功率为100mW左右的微波信号，根据烟条段烟丝密度的不同，由检测电路测得的微波接收信号也随之变化，经模数转换并进行转换计算后得到烟条段的密度传送给重量控制系统进行处理。
机器的AMK伺服控制系统产生与烟支有关的测量所需的时钟脉冲 CCP切割时钟脉冲。CCP切割时钟脉冲与切刀刀架的烟支切割同步，每两个 CCP 之间有 1000 个 INC 脉冲。密度测量：烟条的密度由 MIDAS 测量传感器每隔一个增量（INC）测量一次。
如果实际重量高于额定重量（S），则必须减少烟丝量。控制系统控制电机，以向下调整吸丝带。烟条中的烟丝量变小。如果存留的与额定重量（S）的偏差在允许的范围（D）以内，则调整过程结束，直到重新发现与额定重量（S）的偏差超出许可范围为止。这是一个连续的过程，以此所取得的烟支重量分布在额定重量（S）周围。如果把这种离差绘图表示出来，可得出一根概率分布曲线，又称为正态分布曲线或高斯曲线。
2.MIDAS重量控制系统的性能分析
2.1 响应速度
MIDAS重量控制系统在单位长度烟支扫描的次数是500次，MIDAS重量控制系统的扫描速度是SRM重量控制系统扫描速度的3.9倍。由于MIDAS重量控制系统是采用AMK伺服控制系统作为重量调节的执行部分[3-4]，其响应时间为30ms，同样对比SRM重量控制系统，它的执行部分的响应时间为200ms，MIDAS重量控制系统的响应时间是SRM重量控制系统的3/20。
2.2 控制精度
我们对分别安装有这两种重量控制系统的卷烟机所生产的烟支进行取样测量，连续7个班次取样，每个工作班取样30支烟支，并且确保它们使用相同规格的烟丝、卷烟纸、接装纸等材料，其中烟支的目标重量为865mg。如图2所示，经过同一测量仪器测量，安装有MIDAS重量控制系统卷烟机所生产出的烟支样本重量均值分别为865.62mg，标准差为9.38，短期过程能力指数Cp（Process Capability index）分别为2.49，长期过程能力指数Cpk（Complex Process Capability index）分别为2.47。
图2 两者过程能力数据对比
2.3 抗干扰能力
对实验数据进行分析，结合箱线图分析法，如图3所示，安装有MIDAS重量控制系统的设备所生产出的烟支的重量波动范围比安装有SRM重量控制系统的设备所生产出来的烟支的重量波动范围要小。在控制原理上，SRM重量控制系统和MIDAS重量控制系统的都是使用高频微波作为测量源，烟条在测量管内连续不断穿过，如果有胶水及纸末粘附在测量管内壁，这会在一定程度上影响到测量单元的测量精度，烟支重量也会产生波动。由于MIDAS重量控制系统的测量管内壁有导气装置，能够尽量避免烟条和测量管内壁接触，同时气流也起到了一定的清洁作用，带走管内的纸末等异物，SRM重量控制系统的测量管没有这样的装置，因此MIDAS重量控制系统的抗干扰能力要优于SRM重量控制系统。
图3 两者的箱线图对比
3.MIDAS控制系统的维护
（1）MIDAS重量控制系统的MIDAS传感器在工作时，烟条连续的穿过传感器的测量管，但MIDAS重量控制系统会配合ODM直径自动调节装置及纸边高低自动调节装置使用，ODM直径自动调节装置能够确保烟条直径控制在一个较为理想的范围内，而纸边高低自动调节装置能够防止搭口胶水跑偏，于此同时MIDAS传感器的测量管内壁有导气装置，尽量避免了烟体和测量管内壁接触，同时气流也带走一部分的纸末等异物，以每工作班次8小时为例，MIDAS重量控制系统的MIDAS传感器每个班次只需1次。
（2）在生产过程中，如果发现烟支重量波动较大，无法判断故障原因的时候，可以MIDAS重量控制系统设为手动状态，观察此时的重量波动情况，如果故障消除，则可能是重量控制系统有异常。如果重量波动仍然较大，则可能是烟丝供料部分存在异常。
4、结语
通过对MIDAS重量控制系统的工作原理分析、性能及维护保养方法分析可见，MIDAS重量控制系统能够满足烟支生产的工艺需求，但要长期保证MIDAS重量控制系统的测量精度还需要对其进行科学的保养维护。
参考文献：
[1].陈良元.卷烟生产工艺技术[M].郑州：河南科学技术出版社，2002.
[2].许昌烟草工业机械厂.卷烟设备重量控制系统[R].1999.
[3].AMK. AMKASYN Servo Motos DS Technical Data [M].1999.
[4].AMK. AMK Digital servo inverters controller cards for inverters Kw-R03 [M].2003.
论文作者:俞键
论文发表刊物:《河南电力》2018年10期
论文发表时间:2018/11/16
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