一种用于细支烟卷烟机的重量控制系统

常用的数字PID可分为位置式和增量式两种，卷烟机通过计算烟支重量偏差量来调节平准盘高度，可选用增量式PID进行控制。其计算公式为[9]：

其中，[ek]为第k次采样得到的偏差，[ek-1]为第k-1次采样得到的偏差，[ek-2]为第k-2次采样得到的偏差。

如果采样周期T恒定，只要确定A、B、C，使用前后三次测量的偏差值，就可求出控制量，计算量小，适合本系统使用。

为了提高控制精度，需要对采集的重量数据进行相应的滤波处理。根据本系统特点，选用滑动平均滤波的方式进行数据处理。基本原理是首先连续采集18支烟（控制粒度）的重量值并保存，去掉最大值和最小值，以剩余16支烟的平均重量来计算本次偏差。再连续采集9支烟（滑动采样数量）的重量值，将上次的18支烟重量值中的前9个数据去掉，并与9个新数据重新组成18个数据，去除最值后求平均值，计算新的偏差值，一直重复这个过程，为PID控制提供反馈数据。

通过调整控制粒度和滑动采样数量来调整控制的灵敏度以及速度，提高系统的可靠性和稳定性。

为了避免平准盘高度频繁调整引起系统不稳定，在计算得到平准盘高度调整量后，如果调整量在误差允许范围内，系统将不进行调整。同时PLC引入平准盘高度传感器信号，实时判断平准盘高度，防止平准盘到达极限位置后继续调整，避免电机过载，保护电机。当烟支重量持续较长时间过重而平准盘到达极限位置无法调节时，控制系统将发出警报。

紧头位置偏差会影响单支烟的重量，如果紧头位置偏差超过允许范围，会导致同一支双倍长烟切下的两支单支烟一支偏重、一支偏轻，影响烟支标准偏差。由于平准盘和切刀盘同步情况较好，所以紧头位置一般变动较小，故无须频繁调节。其基本原理为检测紧头位置偏差，只有紧头连续多次向同一方向偏移，并且偏移量超出允许范围后才进行调节。事先标定出PLC输出和平准盘相位之间的对应关系，然后进行定量调节。

由于重量系统是滞后控制，故不能完全消除质量不合格烟支，所以需要实时计算每支烟的重量，并判断是否在重量允许范围内，对不合格烟支进行剔除，可有效控制平均重量和标准偏差。同时根据烟支重量分布情况，可判断出烟支是否存在空松、结块等故障，并将其剔除以提高成品烟品质。

3 实验数据及分析

为验证本重量控制系统的综合性能，将系统集成到经过改造的卷烟机机组中进行安装与调试，经过一段时间运行，控制效果良好。通过在现场取样进行测量，各项指标均能满足设计要求。

按照烟厂测量要求，每次取样30支烟进行测量，测出30支烟的平均重量、标准差以及变异系数。共测量10组数据，测量仪器为北京欧美利华科技有限公司的OM-VL型综合测试台。设定重量为550mg，平均重量允许范围是550mg±0.075mg，具体数据如下表所示：

通过表1中数据可以看出，30支烟平均值优于设计要求，标准偏差小于0.014g，符合要求，变异系数较小。表明本系统工作稳定可靠，控制精度高，完全满足正常生产的需求。

4 结论

本文基于倍福PLC设计开发的用于细支烟生产的卷烟机重量控制系统，能够完全取代原卷烟机的专用电路板控制系统。本系统采用通用的PLC模块，结构简单，开发周期短，稳定性好，可升级扩展，同时降低了设备的维护成本，提高了数据采集和控制精度。控制算法采用PID算法，準确性和实时性较好，满足了细支烟生产过程中重量控制要求。本系统对提高卷烟机生产效率和可靠性，提升产品质量和控制成本具有显著意义。

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[通联编辑：梁书]

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