一種基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統的製作方法

2023-06-14 02:57:31

專利名稱：一種基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及捲菸設備技術領域，具體是一種基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統。
背景技術：
加香加料系統作為制絲線的一個重要的工藝環節，其加香、加料的準確性和均勻性對成品捲菸的感官感覺起著重要的作用。加料、加香機的功能主要是將煙用香精香料通過設備、控制系統均勻、準確的施加到過程中的菸葉、菸絲中去。加香、加料機一般由餵料機和電子皮帶秤組成的恆流量供料、計量系統和加料機兩部分組成，物料經過恆流量供料、計量系統向加料機提供流量穩定的物料，與此同時流量計通過ProfiBus-DP網絡將物料流量的準確數據傳遞給可編程控制器(S7-400PLC)，可編程控制器結合加料比例計算出需要施加料液的流量，控制加料泵連續調整，使流量計檢測的實際料液流量符合計算流量，從而保證對物料按照要求的比例均勻的施加料液。菸草加工比例控制系統主要是指用於加料、力口 香機的控制系統，判斷該控制系統的關鍵指標有兩個一個是瞬時精度；一個是累計精度。如圖I所示，現有的菸草加工比例控制系統的工作原理是料液從料罐I中流出，可編程控制器7根據設定的料液施加比例來控制泵2的運行速度，泵2的速度直接影響泵後的料液流量，料液流量按比例跟蹤電子秤4上的菸葉流量。目前菸草工業企業中所使用的均為圖I中典型比例控制系統，該系統的優點為結構簡單，控制思路明確。但在實際使用中發明人發現該系統中的執行器件(泵)在使用一段時間(往往是半年)後出現這樣一個現象驅動同樣的料液流量，泵的運行頻率越來越大，齒輪泵由於長時間使用，咬合齒輪之間的磨損(一是自然磨損，二是料液中的雜質會對齒輪造成磨損)會造成齒輪之間的間隙變大，泵的工作能力下降，這樣直接導致泵運行穩定性變差，表現在生產中就是加香、加料瞬時精度波動變大；而且泵的齒輪自然磨損後也無法修理，當齒輪泵不滿足生產的需求時，只能更換新泵，一般菸草行業使用的為進口齒輪泵，該泵的價格少則幾萬，多則上十萬，維護成本較高。為了提高比例控制精度，發明人也使用過其他泵，例如蠕動泵，但是效果不佳，因為不管什麼類型的泵都要配減速機以驅動泵，而控制上是利用變頻器來控制減速機的速度，詳細如圖2所示控制原理圖。由圖2可知控制的執行器環節上中間環節較多，有3個設備變頻器、減速機、泵，中間環節越多控制上的快速性和精確性越難以達到，誤差會累計在一起，這也是目前加香、加料精度在提高上遇到的瓶頸問題。
發明內容本實用新型提供一種基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，可大大簡化電氣控制上的中間環節，提高系統的控制精度。—種基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，設置在料罐和加香、加料機之間，包括泵、流量計、電子秤、可編程控制器，料罐通過輸料管與泵連接，流量計的出口經管路與加香、加料機上的噴頭連接，電子秤位於加香、加料機的上遊，還包括設置在泵和流量計之間的氣動控制閥，其中電子秤和流量計與可編程控制器的信號輸入端連接，可編程控制器的信號輸出端與氣動控制閥的控制信號接線端連接，在泵的進口與出口之間並聯一節流閥。如上所述的基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，所述氣動控制閥為滑窗控制閥或薄膜閥。如上所述的基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，所述流量計為質量流量計或電磁流量計。本實用新型基於氣動控制閥的比例控制系統具有如下優點 I、首先從系統結構方面對原來普遍使用的結構進行了優化，大大簡化了電氣控制上的中間環節，提高了系統的控制精度；2、由於氣動控制閥自身結構所具有的優勢，不論在系統響應的快速性方面還是調節的精度方面都比傳統的調節閥要好；3、調整了結構後，可對原來使用的泵進行降級，原來的泵為保證流量控制精度使用的為進口名牌，現在的泵只用來驅動流體，可以選用國產泵即可，還可以省下控制泵的變頻器，對比前後設備採購成本和維護成本，改進後大大降低。

圖I是現有的菸草加工比例控制系統的結構示意圖；圖2是現有的菸草加工比例控制系統的控制原理圖；圖3是本實用新型基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統的結構示意圖；圖4是本實用新型基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統的控制原理圖。圖中1_料罐，2-泵，3-流量計，4-電子秤，5-噴頭，6-加香、加料機，7-可編程控制器，8-氣動控制閥，9-節流閥。
具體實施方式
下面將結合本實用新型中的附圖，對本實用新型中的技術方案進行清楚、完整地描述。圖3所示為本實用新型基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統的結構示意圖，所述基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統設置在料罐I和加香、加料機6之間，包括依次連接的泵2、氣動控制閥8和流量計3，其中料罐I通過輸料管與泵2連接，氣動控制閥8設置在泵2和流量計3之間，本實施例中氣動控制閥8可採用滑窗控制閥，也可以採用薄膜閥，例如Samson 3271氣動薄膜閥等。流量計3設置在輸送通道中，用於測量待加入物質的量，流量計3的出口經管路與加香、加料機6上的噴頭5連接。本實施例中流量計3可以根據工藝精度要求採用質量流量計或是電磁流量計，例如西門子Massflo質量流量計等。在泵2的進口與出口之間並聯一節流閥9，它可以保證氣動控制閥前的流體壓力穩定，起到穩定流量的作用。電子秤4位於加香、加料機6的上遊，用於控制物料的流量，電子秤4和流量計3與可編程控制器7 (例如S7-400PLC)的信號輸入端連接，可編程控制器7的信號輸出端與氣動控制閥8的控制信號接線端連接。電子秤4採集的流量值信號經過Profibus-D總線將準確數據傳遞給可編程控制器I。具體的控制過程如下把經電子秤4採集到的流量值，乘以設定的加料比例係數可計算出設定加料量。設葉片流量為F，加料比例為K，設定加料量為Q1，得到下式=Q1 =FXK。該值(Q1)與流量計3測得的實際流量反饋值(Q2)相比較Q1-Q2，經可編程控制器7程序中的PID功能塊(比例-積分-微分控制器)運算後得到控制氣動控制閥8的開度信號，該開度信號由可編程控制器7上的模擬量輸出模塊輸出4 20mA給出，4 20mA對應氣動控制閥8的0 100%的開度。本實用新型設置的氣動控制閥相比其它執行器件有以下幾個優點，在適用菸草工業企業比例控制系統中更具競爭力。首先，氣動控制閥在菸草工業企業中的應用廣泛，例如蒸汽壓力控制、增溼水流量控制，技術人員對此應用更易上手，維護方便；其次，氣動控制閥的密封性能更好，閥芯可針對不同應用環境使用特殊材料大大減少因閥芯密封不嚴造成的 料液洩露次數，且使用空壓氣驅動清潔無汙染；最後，氣動控制閥的動態響應和調節精度更好，尤其是在小流量控制方面選擇更多，更能適應菸草工業企業精細化加工的發展趨勢。本實施例中泵2不用再對其進行調速控制，以額定的轉速運行，只要流量滿足系統要求即可，本實施例的控制原理如圖4所示。對比圖2和圖4可以發現，本實施例在泵和流量計之間只插入了一個氣動控制閥，由於執行器環節減少比例控制系統的精度比原來大大增加。泵2的流量(泵直接運行時的料液流量)選用要求適當大於設定流量，用以保證氣動控制閥8的開度在30 70%的時候能到達設定的流量，此時氣動控制閥8的線性度最佳。在泵2的進口與出口之間設置節流閥9可以保證氣動控制閥8前的流體壓力穩定，此時泵2的運行速度是額定的，當氣動控制閥8的開度降低時，閥前的流體壓力必然增大，如果壓力得不到釋放勢必會引起系統故障，所以設置節流閥9，當泵2後的流體壓力增大到一定程度(假設系統中設定的壓力為0. IBar)，節流閥9自動開啟流體回流，達到穩定閥前流體壓力的目的。閥前的流體壓力穩定了，調節氣動控制閥8時就不至於造成泵2對系統的幹擾，提高了系統的控制精度。以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何屬於本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求的保護範圍為準。
權利要求1.一種基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，設置在料罐(I)和加香、加料機(6)之間，包括泵(2)、流量計(3)、電子秤(4)、可編程控制器(7)，料罐(I)通過輸料管與泵(2)連接，流量計(3)的出口經管路與加香、加料機(6)上的噴頭(5)連接，電子秤(4)位於加香、加料機出)的上遊，其特徵在於還包括設置在泵(2)和流量計(3)之間的氣動控制閥(8)，其中電子秤⑷和流量計(3)與可編程控制器(7)的信號輸入端連接，可編程控制器(7)的信號輸出端與氣動控制閥⑶的控制信號接線端連接，在泵⑵的進口與出口之間並聯一節流閥(9)。
2.如權利要求I所述的基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，其特徵在於所述氣動控制閥(8)為滑窗控制閥或薄膜閥。
3.如權利要求I所述的基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，其特徵在於所述流量計(3)為質量流量計或電磁流量計。
專利摘要本實用新型提供一種基於氣動控制閥的菸草加工比例控制系統，設置在料罐和加香、加料機之間，包括泵、流量計、電子秤、可編程控制器，料罐通過輸料管與泵連接，流量計的出口經管路與加香、加料機上的噴頭連接，電子秤位於加香、加料機的上遊，還包括設置在泵和流量計之間的氣動控制閥，其中電子秤和流量計與可編程控制器的信號輸入端連接，可編程控制器的信號輸出端與氣動控制閥的控制信號接線端連接，在泵的進口與出口之間並聯一節流閥。本實用新型從系統結構方面對原來普遍使用的結構進行了優化，大大簡化了電氣控制上的中間環節，提高了系統的控制精度；可以省下控制泵的變頻器，可降低設備的採購成本和維護成本。
文檔編號F17D3/01GK202469489SQ20122001202
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月12日 優先權日2012年1月12日
發明者呂忠闖, 龐浩, 林敏 , 王志強, 羅民 申請人:湖北中煙工業有限責任公司