基于网络分布式称重的烟丝振动分选系统的研究

王胜鑫 袁 兴 张乐年

（1.吉林烟草工业有限责任公司，吉林 延吉 133001； 2.大树智能科技（南京）有限公司，南京 211100； 3.南京航空航天大学机电学院，南京 211100）

烟草系统工艺分析烟丝中各类等级烟丝的含量是卷烟制造流程中的一个关键步骤，是评价卷烟制造质量水平的一个标准。烟丝振动分选机是专门用来测试分析烟丝中各类等级烟丝含量的烟草专用设备，该设备的称重系统是设备的核心系统。而现在烟草企业使用的称重系统一般是台秤，称重需要人工取样并筛分，工作负荷大，称重数据容易出错，数据的稳定可靠性需要人工保证。

针对目前烟丝振动分选机系统称重部分的不足，本文对称重系统进行了分析研究，提出了网络分布式称重系统，该系统通过网络来实时读取称重信息，具有实时性、可靠性、便捷等优点。能满足当前烟草行业自动化信息系统的要求。

1 烟丝振动分选机系统和以太网网络技术简介

1.1 烟丝振动分选机

烟丝振动分选机通过振动筛网来分层筛出烟丝中各类等级的烟丝，通过称重每层筛出的烟丝，分析计算出烟丝的整丝率、中丝率和碎丝率的含量，用以评价烟丝生产质量，从而来把握卷烟生产流程的工艺质量。

烟丝振动分选机主要有取料机构、喂料摊薄机构、输送皮带、四层筛网、电机、称重机构、接料斗构成等机构系统构成，而其称重机构是核心，称重系统数据的精确度决定着工艺评价的可靠度。

1.2 称重技术

称重技术是将作用在被测物体上的重力按一定比例转换成可计量的输出信号。称重传感器按转换方法分为光电式、液压式、电磁力式、电容式、磁极变形式、振动式、陀螺仪式、电阻应变式等8 类，以电阻应变式使用最广。

电阻应变式传感器利用电阻应变片变形时其电阻也随之改变的原理工作。主要由弹性元件、电阻应变片、测量电路和传输电缆4 部分组成。电阻应变片贴在弹性元件上，弹性元件受力变形时，其上的应变片随之变形，并导致电阻改变。测量电路测出应变片电阻的变化并变换为与外力大小成比例的电信号输出。电信号经处理后以数字形式显示出被测物的质量。

1.3 以太网网络技术

以太网是一种总线型局域网，采用带冲突检测的载波侦听多路访问方式(CDMA/CD)进行数据传输。这种传输方式的原理很简单：一个站点要传送数据时，它首先监听信道(载波侦听)，如果这时信道有数据传输，则等待到信道空闲再传送数据。当同时有多个站点侦听到信道空闲并发出数据(多路访问)时，就会发生冲突。为此，每个站点在发数据的同时进行冲突检测，一旦发生冲突便立即停止数据传输，然后按照一定的算法退避一段时间来等待冲突平息，接着再侦听信道准备发送数据。以太网具有传输速率高、网络软件丰富、系统功能强、安装连接简单和使用维护方便等许多优点。

2 网络分布式称重系统的原理与实现

2.1 系统运行构成

图1为烟丝振动分选机网络分布式称重系统的构成框架系统，该称重系统主要由称重传感器、网络化称重信号变送模块、网络交换机、PLC 控制中心等构成。

称重传感器的称重信号通过网络化称重信号变送器与PLC 控制中心网络通信传输信号。通过网络通信传输信号可以减少信号干扰、信号衰减、信号传输时间，提高称重信号的稳定性、可靠性、实时性，从而能提高烟丝振动分选机分析功能的可靠稳定性。

2.2 系统运行原理

烟丝振动分选机电阻应变式称重传感器将四层接料斗的称重模拟量信号实时输送给电阻桥模拟量输入模块，该模拟量模块将称重模拟量模块转换为16 位分辨率的电桥电压UD和电桥供电电压Uref数字量信号，这两个数字量信号用来实时计算称重值。图2为电阻应变式称重传感器。

图2 电阻应变式称重传感器

电桥模拟量输入模块通过高速总线和网络通讯模块实时传输信号，PLC 控制中心通过网络和网络通讯模块实时接收发送数据，PLC 控制中心通过网络实时接收模拟量模块模数转换后的数字量信号。图3为网络化称重模拟量信号模块。

图3 网络化称重模拟量信号模块

PLC 控制中心通过网络实时接收电桥电压UD和电桥供电电压Uref数字量信号，通过简洁的计算模型公式测量值=UD/Uref,实时计算出振动分选机分层分选后的四层接料斗的烟丝重量，然后计算分析烟丝的整丝率、中丝率、碎丝率、烟丝总重量等信息。

通过以上的模数转换模式、数据通讯模式、称重计算模型，可以很简洁、方便、实时的计算分析烟丝的整死率、碎丝率等工艺参数，从而来评价烟丝生产流程的质量水平，客观地衡量烟丝的结构组成和不同规格烟丝的分布比例，从而正确衡量烟丝质量。

2.3 系统实际应用

网络分布式称重系统由于具有称重信号采集方便实时，信号传输稳定可靠，数据精确度高，电气稳定运行等优点，所以在公司研制的烟丝振动分选机系统中所产用。

网络分布式称重系统在实际产品的应用效果明显，最总计算得出的数据也符合烟丝生产流程的需求，烟丝振动分选机的运行效果能满足烟丝工艺分析的要求。

网络分布式称重系统的效果优于传统的称重信号转换传输计算模式。图4为网络分布式称重系统的实际运行产品效果图。

图4 网络化称重系统的产品应用效果图

3 结论

网络分布式称重系统具有称重信号采集实时简洁、数据通讯方便快捷、称重信号损耗干扰小、数据稳定可靠、电气元件可靠运行等优点，在烟丝振动分选机系统中应用能提高称重精度，从而能准确客观的分析评价烟丝生产工艺质量水平。网络分布式称重系统在烟丝振动分选机系统的实际应用效果明显，具有数据稳定可靠、精度高等优点，能符合满足评价烟丝生产工艺质量的要求。

公司生产的烟丝在线振动分选机在烟草行业中已被广泛使用，网络分布式称重系统在实际应用中展现的数据稳定、可靠、准确性也比较好，提升了烟草工艺分析评价的自动化、精确度和客观性水平。

[1] 称重传感器产品技术手册[M].江苏常州：梅特勒-托利多（常州）称重设备系统有限公司,2010.

[2] WAGO 模块化现场总线产品技术手册[M].天津：万可电子（天津）有限公司,2010.

[3] 烟丝振动分选机技术标准[M].北京:国家烟草专卖局,2009.

[4] 康勋.PLC OPC服务器在综合自动化系统中应用的研究与开发[J].中国科学院自动化研究所,2002(5):6-7.

[5] 烟丝在线振动分选机技术手册[M].南京:大树智能科技（南京）有限公司,2010.