微波測(cè)量頭MIDAS性能檢查判定方法的分析與應(yīng)用

張能，白忠兵，王發(fā)勇，沈岸彪，侯志平，白朝矗

（紅云紅河煙草（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，云南 昆明 650231）

0 引言

PROTOS2-2型卷接機(jī)組是德國(guó)HAUNI公司生產(chǎn)的一種高速卷煙機(jī)，額定生產(chǎn)車速16000支/分鐘。微波測(cè)量頭MIDAS是PROTOS2-2型卷接機(jī)組重量控制系統(tǒng)的核心部件，其主要功能是由微波發(fā)生器向諧振腔輸送不同頻率的微波，通過(guò)諧振腔未受煙條影響與受煙條影響的諧振曲線的變化來(lái)測(cè)定煙條的密度和水分，然后將數(shù)據(jù)傳輸給重量控制系統(tǒng)的中央處理組件進(jìn)行處理，從而控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，以滿足煙支重量的控制要求。因其長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，微波測(cè)量頭MIDAS內(nèi)部的參數(shù)會(huì)出現(xiàn)一定偏差，內(nèi)置數(shù)據(jù)庫(kù)因長(zhǎng)期計(jì)算偏差的積累，會(huì)使得微波測(cè)量頭MIDAS的性能劣化，影響卷接機(jī)組的重量控制效果。近年來(lái)，對(duì)微波測(cè)量頭的研究已有一定積累，黃威、劉運(yùn)平等[1-2]分析了微波檢測(cè)技術(shù)在重量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用，盧霞[3]介紹了重量控制系統(tǒng)參數(shù)的驗(yàn)證方法，蔣文炤等[4]講解了重量系統(tǒng)的常見(jiàn)故障診斷，李昭[5]分析了PROTOS70卷煙機(jī)參數(shù)對(duì)煙支重量穩(wěn)定性的影響，巫少通[6]給出了一種提高ZJ17型卷煙機(jī)煙支重量控制精度的方法。上述研究大多數(shù)是對(duì)微波測(cè)量頭在重量控制系統(tǒng)中的應(yīng)用或重量控制系統(tǒng)穩(wěn)定性的相關(guān)分析，而針對(duì)微波測(cè)量頭性能特別是進(jìn)口微波測(cè)量頭MIDAS性能的研究則鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，本文從以下三個(gè)步驟對(duì)微波測(cè)量頭MIDAS的性能情況進(jìn)行檢查判定，為測(cè)量頭MIDAS的維護(hù)和重量控制系統(tǒng)故障維修提供有力依據(jù)，以期提高卷煙產(chǎn)品質(zhì)量。

1 從LED指示燈狀態(tài)的檢查判定

PROTOS2-2型卷接機(jī)組的微波測(cè)量頭MIDAS上有一紅一綠的兩個(gè)LED指示燈，指示燈亮暗與閃跳頻率的不同組合，代表著微波測(cè)量頭的不同運(yùn)行狀態(tài)，如表1。

表1 LED的指示狀態(tài)

從LED指示燈狀態(tài)可以直觀判斷出微波測(cè)量頭MIDAS是否處于正常運(yùn)行狀態(tài)。其中，“初始化”和“啟動(dòng)過(guò)程”狀態(tài)都有一定的時(shí)間限制，超過(guò)設(shè)定時(shí)間，說(shuō)明微波測(cè)量頭MIDAS有故障。如果指示燈狀態(tài)一直不能處于程序正常運(yùn)行狀態(tài)，可以判定微波測(cè)量頭MIDAS故障，通過(guò)軟件校準(zhǔn)一般難以修復(fù)，通常需要更換或返廠維修。

2 從重量控制系統(tǒng)的檢查判定

2.1 參數(shù)的檢查判定

短期標(biāo)準(zhǔn)偏差表示1000支煙的重量對(duì)其平均重量的離散情況。該數(shù)值是衡量生產(chǎn)時(shí)機(jī)器在其短期重量波動(dòng)方面的重要性能指標(biāo)，一般在15～30之間，數(shù)值越小表示正在生產(chǎn)的煙支質(zhì)量越好。短期標(biāo)準(zhǔn)偏差增大，大多數(shù)情況下都是機(jī)械控制方面的原因，但也可能是由于諧振腔組件的測(cè)量管灰塵和膠垢沉積引起。長(zhǎng)期標(biāo)準(zhǔn)偏差是每次計(jì)算10組100支煙的平均重量，計(jì)算組間的標(biāo)偏。長(zhǎng)期標(biāo)準(zhǔn)偏差表示各組平均值與這10組總平均值的離散情況。該數(shù)值表明重量控制系統(tǒng)工作的好壞，一般≤8，數(shù)值越小表示重量控制系統(tǒng)對(duì)煙支質(zhì)量的影響越好。測(cè)量頭MIDAS沒(méi)有工作，微波掃描信號(hào)超出設(shè)定范圍，測(cè)量頭內(nèi)部溫度不正常，測(cè)量管磨損嚴(yán)重、劃痕都可能引起長(zhǎng)期標(biāo)準(zhǔn)偏差增大。

2.2 煙支、煙條重量的檢查判定

（1）煙支廢品重量超重、超輕：①正向驗(yàn)證。假定“嘴棒、水松紙、膠水”條件一致，在卷煙機(jī)出口連續(xù)取樣，50支一組，共2組，用煙支綜合測(cè)試臺(tái)進(jìn)行測(cè)量，驗(yàn)證是否有超輕、超重?zé)熤?，如果無(wú)則說(shuō)明微波測(cè)量頭MIDAS當(dāng)前的性能還能滿足生產(chǎn)需要；②反向驗(yàn)證。記錄人機(jī)界面MLP上的廢品計(jì)數(shù)，并收集剔除下的廢品煙支。排除空頭、缺嘴、漏氣、外觀等缺陷的煙支，用電子天平稱量剩余廢品煙支，檢驗(yàn)剔除的超輕、超重?zé)熤欠駵?zhǔn)確。如果準(zhǔn)確則說(shuō)明微波測(cè)量頭MIDAS當(dāng)前的性能還能滿足生產(chǎn)需要。（2）無(wú)嘴煙條取樣：通過(guò)無(wú)嘴煙條取樣進(jìn)行檢查判定的前提是無(wú)嘴煙條取樣功能的完好性和準(zhǔn)確性?？赏ㄟ^(guò)盤紙劃線法驗(yàn)證前后道煙條配置是否正確；通過(guò)“搓接鼓取樣閥的點(diǎn)燃數(shù)據(jù)點(diǎn)”和“設(shè)定數(shù)量”參數(shù)調(diào)整取樣時(shí)機(jī)和取樣數(shù)量?？梢栽诰頍煓C(jī)組人機(jī)界面MLP進(jìn)行取樣測(cè)試。

通過(guò)目標(biāo)取樣，前后道各取50支額定重量無(wú)嘴煙條，用綜合測(cè)試臺(tái)測(cè)量，檢查重量和標(biāo)準(zhǔn)偏差是否正常。通過(guò)偏差取樣，前后道各取30支煙絲超輕或超重?zé)o嘴煙條，用綜合測(cè)試臺(tái)測(cè)量，檢查是否為設(shè)定的偏差重量。如果判定取樣準(zhǔn)確，則說(shuō)明微波測(cè)量頭MIDAS的性能良好。

3 從Midas_MSP軟件的檢查判定

Midas_MSP是用于讀取、顯示和傳輸雙通道或單通道微波測(cè)量頭MIDAS數(shù)據(jù)的服務(wù)軟件，如圖1。

圖1 Midas_MSP軟件

3.1 云圖的檢查判定

選擇One shot，進(jìn)入生產(chǎn)數(shù)據(jù)記錄，可以分別查看前后道生產(chǎn)數(shù)據(jù)生成的云圖。

如果生產(chǎn)的云圖如圖2，是可以接受的，判斷的要點(diǎn)主要有：①數(shù)值盡可能分布在重量范圍和水分范圍組成的矩形框內(nèi)；②目標(biāo)重量（淺藍(lán)色豎線）應(yīng)該在設(shè)定的重量范圍內(nèi)，并且測(cè)量出的平均重量（紫色豎線）應(yīng)該盡可能與目標(biāo)重量一致；③數(shù)值應(yīng)盡可能靠近目標(biāo)水分的水平軸（淺紅色橫線）分布；④重量范圍內(nèi)，回歸線（紅色線）也應(yīng)位于水分限制范圍內(nèi)。并且右邊的Weight range check（重量范圍檢查）、Moisture toierance check（水分偏差檢查）、Band width moisture check（參數(shù)水分寬度檢查）、Weight toierance check（重量偏差檢查）沒(méi)有出現(xiàn)紅色報(bào)警，則MIDAS性能良好，沒(méi)有必要進(jìn)行校準(zhǔn)優(yōu)化。

圖2 正常的MIDAS云圖

如果云圖分布異常，如圖3，明顯不符合前述判斷要點(diǎn)要求并且右邊檢查已出現(xiàn)紅色報(bào)警時(shí)，則有必要對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)優(yōu)化。

圖3 異常的云圖

3.2 溫度的檢查判定

停止生產(chǎn)，清除殘留在測(cè)量頭內(nèi)的煙條，選擇Temperature，分別查看前后道的溫度，如圖4。MIDAS工作理想時(shí)，mean（實(shí)際值）是和設(shè)定值很接近，甚至基本一致；如果相差較大，則MIDAS很可能存在故障，有時(shí)通過(guò)參數(shù)校準(zhǔn)可以使得兩個(gè)值再次趨同。

圖4 MIDAS溫度情況

3.3 日志信息的檢查判定

選擇Messages進(jìn)入傳感器記錄的日志信息，點(diǎn)擊Get Message讀取微波傳感器中的信息，微波傳感器不同種類信息由不同顏色區(qū)別，如表2。

表2 不用種類信息的顏色

當(dāng)出現(xiàn)故障信息時(shí)，需根據(jù)具體信息進(jìn)行處理，部分故障可以通過(guò)校準(zhǔn)修復(fù)。

3.4 諧振曲線的判定

停止生產(chǎn)，清潔測(cè)量管，然后選擇Get resonance，進(jìn)入界面。在Select Rod中選擇前/后道，點(diǎn)擊Get Curve，即可得到諧振曲線，如圖5。判斷的要點(diǎn)為：①品質(zhì)因素Q，一般來(lái)說(shuō)Q值在50～60之間是正常的，如果超出范圍，MIDAS有故障，一般難以校準(zhǔn)；②波峰前上升的那段曲線，是工作段曲線，應(yīng)該平滑，否則也很可能是MIDAS故障。

圖5 MIDAS諧振曲線

3.5 參數(shù)值的檢查判定

停機(jī)時(shí)，選擇Weight range selection，進(jìn)入界面，如圖6所示?？梢钥吹街亓糠秶?，日期等信息。正常情況下，根據(jù)煙支規(guī)格不同會(huì)有多個(gè)重量范圍可選?？捎梅秶鸀榫G色，當(dāng)前選定范圍為藍(lán)色。B1一般用于細(xì)支煙，B2和B3在國(guó)內(nèi)一般不用，當(dāng)前常規(guī)煙支卷煙生產(chǎn)應(yīng)選用B4。也有特殊情況，部分MIDAS由于版本過(guò)低或存儲(chǔ)部分故障，只有一個(gè)重量范圍。需要檢查確認(rèn)當(dāng)前工作范圍是否符合卷煙生產(chǎn)的需要。

圖6 MIDAS的重量范圍

4 結(jié)語(yǔ)

從微波測(cè)量頭MIDAS上的LED指示燈狀態(tài)，重量控制系統(tǒng)的關(guān)鍵參數(shù)，Midas_MSP軟件讀取的MIDAS內(nèi)部數(shù)據(jù)三個(gè)方面，可以對(duì)微波測(cè)量頭MIDAS的性能情況作出一個(gè)準(zhǔn)確的判定。當(dāng)微波測(cè)量頭MIDAS性能劣化時(shí)，通?？梢酝ㄟ^(guò)使用Midas_MSP軟件對(duì)其參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)優(yōu)化，從而消除部分內(nèi)部故障，改善微波測(cè)量頭MIDAS的性能；當(dāng)通過(guò)參數(shù)的校準(zhǔn)優(yōu)化無(wú)法改善微波測(cè)量頭性能，甚至無(wú)法完成參數(shù)校準(zhǔn)過(guò)程時(shí)，則需要對(duì)微波測(cè)量頭MIDAS更換或返廠維修。對(duì)微波測(cè)量頭MIDAS性能劣化情況的準(zhǔn)確判定，為測(cè)量頭MIDAS的維護(hù)和重量控制系統(tǒng)故障維修提供了有力依據(jù)，節(jié)約了維修費(fèi)用，并提高了修理的有效性和及時(shí)性。