一种恒流量控制系统及皮带秤故障定位方法与流程

本发明涉及烟丝加工的技术领域，更具体地，涉及一种恒流量控制系统及皮带秤故障定位方法。

背景技术：

烟丝生产加工过程中，恒流量控制系统必不可少，常包括布料装置、暂存柜、及电子皮带秤，其中：暂存柜作为上、下生产工序之间的缓存设备，一般处于电子皮带秤的上位，向电子皮带秤稳定提供物料；电子皮带秤用于实时控制及监测输送的物料流量及重量。然而，电子皮带秤在生产运行过程中缺乏科学有效的监管手段，电子皮带秤的维护保养主要集中在事后维护，而事前预防措施也仅仅为开机前点检，或单机状态下空机运转一定时间，查看皮带秤累计数值，如果发现累计异常，调校也仅限于操作工及维护人员的经验，而在空运转过程中的数据无法追溯，无法对皮带秤状态进行检测和开展针对性的检查和维护，而如果皮带秤出现故障，也无法快速定位故障位置，排查过程漫长。

中国专利cn201410281120.3公开了一种电子皮带秤的状态监测系统，包括电子皮带秤、监测装置和处理装置：当烟叶通过电子皮带秤时，监测装置监测烟叶的瞬时流量p；若2300kg/h>p≥2000kg/h时，处理装置发出故障信号；若p≥2300kg/h时，处理装置发出严重故障信号；上述方案虽然可有效保证物料经过电子皮带秤系统的瞬时流量、避免过多导致物料加工不完全，但是无法对皮带秤故障进行快速定位。中国专利cn201110253276.7公开了一种电子皮带秤以及计量精度补偿方法，其可对皮带秤的精度进行校准，但同样无法对故障进行快速定位。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种恒流量控制系统及皮带秤故障定位方法，不仅可实时监控皮带秤的计量准确性，而且可判断故障位置，可减少故障排查时间，降低工艺质量风险。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种恒流量控制系统，包括布料装置、暂存柜、以及电子皮带秤系统，所述暂存柜设于限量管上位，所述电子皮带称系统设有接收来自暂存柜烟丝的限量管；所述电子皮带秤系统包括控制器、托辊、主动辊、从动辊，皮带环绕于托辊、主动辊和从动辊，托辊位于主动辊和从动辊之间，所述限量管位于皮带端部上方：所述皮带上方设有用于测量物料高度的激光测距仪；所述主动辊连接有驱动电机，所述驱动电机转轴上设有用于测量皮带运行速度的旋转编码器，所述托辊下设有多组称重传感器，多组称重传感器位于托辊不同位置，所述激光测距仪、称重传感器、旋转编码器均连接于控制器。

本发明的恒流量控制系统，布料装置控制布料动作保持暂存柜内物料高度适中，布料均匀；暂存柜向限量管内供给物料并使得限量管内的物料保持稳定高度，皮带秤称重托辊上的称重传感器实时监测上方物料的重量，并根据皮带秤设定流量调整皮带秤运行速度实现恒流量控制。本发明中激光测距仪实时监测物料高度，旋转编码器实时监测皮带秤运行速度，根据监测的数据及物料的属性计算得到皮带秤流量q，称重传感器实时监测上方物料的重量，并根据监测的物料重量计算实时皮带秤流量q1，将实时皮带秤流量q1同皮带秤流量q进行比对进而判断是否发生故障；当发生故障时，则根据同一称重托辊上不同位置的称重传感器所监测的数据进行比较，并对不同称重托辊沿物料输送方向上的称重传感器所监测的数据进行比较，进而便可判断故障发生位置。本发明不仅可实时监控皮带秤的计量准确性，同时可准确判断由称重传感器引起的故障位置，减少故障排查时间，降低工艺质量风险。

进一步地，所述托辊包括平行设置的第一过渡托辊、第二过渡托辊、第一称重托辊及第二称重托辊，所述第一称重托辊、第二称重托辊位于第一过渡托辊、第二过渡托辊之间，所述称重传感器安装于第一称重托辊和第二称重托辊上。

进一步地，所述称重传感器包括第一称重传感器、第二称重传感器、第三称重传感器及第四称重传感器，所述第一称重传感器、第二称重传感器分别安装于第一称重托辊的两端部，第三称重传感器、第四称重传感器分别安装于第二称重托辊的两端部。

进一步地，所述限量管为方体结构，由限量管落入至皮带的物料为近长方体。

进一步地，所述限量管包括管体及用于测量烟丝实时高度的测量光幕，所述测量光幕安装于管体侧部且测量光幕与控制器连接。

进一步地，所述限量管至少设有一透明侧壁，所述测量光幕安装于透明侧壁，所述测量光幕根据限量管内烟丝高度输出4ma～20ma的电流信号。

进一步地，所述布料装置包括布料带以及设于布料带两端的高度传感器，所述高度传感器连接于控制器的输入端，所述控制器的输出端连接有用于显示暂存柜内物料高度的显示模块。

进一步地，所述高度传感器为超声波传感器，布料带每端至少设有两组超声波传感器。

进一步地，两组超声波传感器包括一高料位超声波传感器及一低料位超声波传感器。

本发明还提供了一种皮带秤故障定位方法，包括以下步骤：

s10.建立由限量管输送到皮带秤的物料模型，由下式计算皮带秤流量q：

式中，l、h、d分别表示皮带秤上方物料的长度、高度和宽度，h由激光测距仪测得，ρ为物料密度，s表示旋转编码器测得的皮带秤速度；式中，h与s成反比关系；

s20.由称重传感器测量得到的物料重量g按下式计算实时皮带秤流量q1：

s30.按下式计算q与q1的偏差率p，p取[-0.5％，0.5％]：

p＝[(q-q1)/q]*100％

s40.当p大于0.5％或小于-0.5％时，输出预警，检查物料高度是否合适：若物料高度不合适，则调整物料高度；若物料高度合适，则表明称重传感器故障，转步骤s50；

s50.物料经过第一称重传感器时的重量信号为g1，经过第四称重传感器的重量信号为g4，计算g1和g4的偏差c1，c1＝[(g1-g4)/g1]*100％，c1取[-0.5％，0.5％]；经第二称重传感器的重量信号为g2，经过第三称重传感器的重量信号为g3，计算g2和g3的偏差c2，c2＝[(g2-g3)/g2]*100％，c2取[-0.5％，0.5％]；

s60.若c1超出±0.5％的范围，而c2没有超出，则说明第一称重传感器或第四称重传感器故障；计算g1与g2的偏差c3，c3＝[(g1-g2)/g1]*100％，c3取[-0.5％，0.5％]；g4与g3的偏差c4，c4＝[(g4-g3)/g4]*100％，c4取[-0.5％，0.5％]；若c3超范围，则第一称重传感器故障；若c4超范围，则第四称重传感器故障。

本发明的皮带秤故障定位方法，将实时皮带秤流量同皮带秤流量进行比对进而判断是否发生故障；当发生故障时，先排除物料高度问题，再根据同一称重托辊上不同位置的称重传感器所监测的数据进行比较，并对不同称重托辊沿物料输送方向上的称重传感器所监测的数据进行比较，进而便可判断故障发生位置。本发明不仅可实时监控皮带秤的计量准确性，同时可准确判断由称重传感器引起的故障位置，减少故障排查时间，降低工艺质量风险。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的恒流量控制系统及皮带秤故障定位方法，不仅可实时监控皮带秤的计量准确性，同时可准确判断由称重传感器引起的故障位置，减少故障排查时间，降低工艺质量风险。

附图说明

图1为电子皮带秤系统的结构示意图i；

图2为电子皮带秤系统的结构示意图ii；

图3为限量管的结构示意图；

图4为布料装置的结构示意图；

附图中：1-布料装置；11-布料带；12-高度传感器；2-暂存柜；3-电子皮带秤系统；31-限量管；32-主动辊；33-从动辊；34-皮带；35-激光测距仪；36-驱动电机；37-第一过渡托辊；38-第二过渡托辊；39-第一称重托辊；310-第二称重托辊；311-第一称重传感器；312-第二称重传感器；313-第三称重传感器；314-第四称重传感器；315-管体；316-测量光幕。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例一

本实施例为恒流量控制系统的实施例，包括含有布料装置1的喂料机、暂存柜2以及电子皮带秤系统3，暂存柜2设于布料装置1下方，电子皮带34称系统设有接收来自暂存柜2烟丝的限量管31。如图1所示，电子皮带秤系统3包括控制器、托辊、主动辊32、从动辊33，皮带34环绕于托辊、主动辊32和从动辊33，托辊位于主动辊32和从动辊33之间，限量管31位于皮带34端部上方：皮带34上方设有用于测量物料高度的激光测距仪35；主动辊32连接有驱动电机36，驱动电机36转轴上设有用于测量皮带34运行速度的旋转编码器；托辊下设有多组称重传感器，多组称重传感器位于托辊不同位置，激光测距仪35、称重传感器、旋转编码器均连接于控制器。

本实施例在实施时，激光测距仪35实时监测物料高度，旋转编码器实时监测皮带秤运行速度，根据监测的数据及物料的属性计算得到皮带秤流量q，称重传感器实时监测上方物料的重量，并根据监测的物料重量计算实时皮带秤流量q1，将实时皮带秤流量q1同皮带秤流量q进行比对进而判断是否发生故障；当发生故障时，则根据同一称重托辊上不同位置的称重传感器所监测的数据进行比较，并对不同称重托辊沿物料输送方向上的称重传感器所监测的数据进行比较，进而便可判断故障发生位置。如此，本发明不仅可实时监控皮带秤的计量准确性，同时可准确判断由称重传感器引起的故障位置，减少故障排查时间，降低工艺质量风险。

托辊包括平行设置的第一过渡托辊37、第二过渡托辊38、第一称重托辊39及第二称重托辊310，第一称重托辊39、第二称重托辊310位于第一过渡托辊37、第二过渡托辊38之间，称重传感器安装于第一称重托辊39和第二称重托辊310上。本实施例的皮带秤采用双托辊皮带秤，但本发明的托辊不限于第一称重托辊39、第二称重托辊310两组称重托辊，可根据应用需求相应增加称重托辊的数量或调整称重托辊的位置。在正常生产过程中，物料均匀连续地经过第一称重托辊39和第二称重托辊310，理论上同一物料经过第一称重托辊39和第二称重托辊310的重量信号是一致的，只有在称重传感器出现故障时才会出现重量信号不一致的情况。

称重传感器包括第一称重传感器311、第二称重传感器312、第三称重传感器313及第四称重传感器314，第一称重传感器311、第二称重传感器312分别安装于第一称重托辊39的两端部，第三称重传感器313、第四称重传感器314分别安装于第二称重托辊310的两端部。如此布置第一称重传感器311、第二称重传感器312、第三称重传感器313及第四称重传感器314的位置，一方面可比较同一称重托辊上不同位置的重量差异，一方面可比较不同称重托辊沿物料方向处监测的重量差异，横向比较加纵向比较，可准确快速地确定故障发生位置。

限量管31为方体结构，由限量管31落入至皮带34的物料为近长方体。由限量管31落下的物料形状与限量管31的形状相仿，本实施例将限量管31设置为方体可简单快捷地计算物料的体积、重量及皮带秤流量。且当物料为方体时，可从皮带秤流量的计算公式推导出皮带秤流量与物料重量、皮带秤运行速度相关，而皮带34运行速度与物料高度成反比。可以推测的是：当监测的皮带秤流量异常时，可能是物料高度异常、可能是称重传感器故障，若排除物料高度异常，则可根据各不同位置称重传感器监测数据确定故障位置。

布料装置1包括布料带11以及设于布料带11两端的高度传感器12，高度传感器12连接于控制器的输入端，控制器的输出端连接有用于显示暂存柜2内物料高度的显示模块。在现有技术中，布料电机两端采用漫反射光电管检测物料高度，光电管用于探测物料高度，当两个光电管都探测到物料时，说明物料已经堆积到所要求的高度，此时布料车向远离料堆的方向运行，当高料位探测光电开关探不到料时立即停住，在该新位置继续进料，如此反复。采用光电管探测的方式，如果柜内物料没有在合适的高度布料，在柜内有物料的情况下无法及时调节光电管的物料高度，而无料情况下调节又与实际物料存在差别，有时需多次调节才能达到合适高度，另一方面，在调节时，维修人员需进入柜体内调节，虽有安全措施，但不可完全避免误操作的可能而导致安全事故的发生。

高度传感器12为超声波传感器，布料带11每端至少设有两组超声波传感器。其中，两组超声波传感器包括一高料位超声波传感器及一低料位超声波传感器。采用超声波传感器代替现有技术中的光电管探测物料高度，使用模拟量输出，并可实时显示物料的实时高度h达到高度可视化；在进料过程中，输入设定高度值h，当h≥h时，控制布料车远离料堆方向运行，新型布料装置1更便于调节布料时的物料高度，便于在柜内存在物料时的调节功能，提高了布料时的可靠性，更便于操作人员的调节，提高了调节物料时的高效性、准确性，提高了调节时的操作人员的安全性，为后续皮带秤的物料稳定性提供了可靠的保证。

限量管31包括管体及用于测量烟丝实时高度的测量光幕316，测量光幕316安装于管体侧部且测量光幕316与控制器连接，暂存柜2内物料通过提升带和提升带电机组成的提升组件输送至限量管31内。在现有技术中，常采用上、中、下位三个光电传感器监测烟丝高度：当下位传感器空位时，限量管31高速进料；当下位传感器遮挡时，中速进料；当中位传感器遮挡时则低速进料，高位遮挡时停止进料，这种控制装置及方法会由于烟丝量的多少导致提升带频繁启停，导致设备机械损耗较大。在本实施例中，采用测量光幕316替代原有的传感器，由原有数字量输出信号改为模拟量输出信号。具体地，限量管31至少设有一透明侧壁，测量光幕316安装于透明侧壁，测量光幕316根据限量管31内烟丝高度输出4ma～20ma的电流信号。实施时，设定限量管31内烟丝高度h，计算出测量光幕316对应的设定输出模拟信号a，测量实时烟丝高度并输出模拟信号a1，比较a1与a，当a1＜a时，控制提升带电机以系数x加速运行，加速物料供给；当a1大于a时，控制提升带电机以系数x减速运行，减慢物料供给；通过这种控制方式，保证限量管31内的烟丝维持在设定高度h，在保证平稳给下游设备供料的同时，降低了上游提升带的稳定运行，减少频繁启停的次数，可降低设备机械的损耗，降低烟丝的造碎。综上，本发明的恒流量控制系统，布料装置通过高度传感器12控制布料动作，使暂存柜2内的物料高度适中，布料均匀，暂存柜2供料过程通过限量管31上测量光幕316的信号反馈，改变上方暂存柜2的底带运行速度，使限量管31内物料保持稳定高度，为皮带秤提供稳定物料支撑，皮带秤称重托辊上的称重传感器实时监测上方物料的重量g，并根据皮带秤根据所设定流量，计算实时皮带秤运行速度v，皮带秤以运行速度v稳定运行，当称重传感器检测到上方物料的重量g1＜g时，皮带秤增大运行速度，当g1＞g时，皮带秤减小运行速度，达到恒流量控制的效果。

实施例二

本实施例为皮带秤故障定位方法的实施例，包括以下步骤：

s10.建立由限量管31输送到皮带秤的物料模型，由下式计算皮带秤流量q：

式中，l、h、d分别表示皮带秤上方物料的长度、高度和宽度，h由激光测距仪35测得，ρ为物料密度，s表示旋转编码器测得的皮带秤速度；式中，h与s成反比关系；

s20.由称重传感器测量得到的物料重量g按下式计算实时皮带秤流量q1：

s30.按下式计算q与q1的偏差率p，p取[-0.5％，0.5％]：

p＝[(q-q1)/q]*100％

s40.当p大于0.5％或小于-0.5％时，输出预警，检查物料高度是否合适：若物料高度不合适，则调整物料高度；若物料高度合适，则表明称重传感器故障，转步骤s50；

s50.物料经过第一称重传感器311时的重量信号为g1，经过第四称重传感器314的重量信号为g4，计算g1和g4的偏差c1，c1＝[(g1-g4)/g1]*100％，c1取[-0.5％，0.5％]；经第二称重传感器312的重量信号为g2，经过第三称重传感器313的重量信号为g3，计算g2和g3的偏差c2，c2＝[(g2-g3)/g2]*100％，c2取[-0.5％，0.5％]；

s60.若c1超出±0.5％的范围，而c2没有超出，则说明第一称重传感器311或第四称重传感器314故障；计算g1与g2的偏差c3，c3＝[(g1-g2)/g1]*100％，c3取[-0.5％，0.5％]；g4与g3的偏差c4，c4＝[(g4-g3)/g4]*100％，c4取[-0.5％，0.5％]；若c3超范围，则第一称重传感器311故障；若c4超范围，则第四称重传感器314故障。

经过以上步骤，不仅可实时监控皮带秤的计量准确性，同时可准确判断由称重传感器引起的故障位置，减少故障排查时间，降低工艺质量风险。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。