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生活汙水流量計在煙草定量加水係統改造及PLC係統設計
點擊次數：2453 發布時間：2021-08-17 07:17:14
摘要：本研究通過對定量加水係統深入使（shǐ）用，發（fā）現定量加水（shuǐ）係統存在水源壓力波動大（dà）、計量（liàng）設備計（jì）量精度低和水（shuǐ）在管路（lù）中（zhōng）預填（tián）不充分的問（wèn）題，造成了定量加（jiā）水係統控製精度低。為提（tí）高控製（zhì）精度，對其進行了改造設（shè）計。應用證明：改造後的定量加水係統（tǒng）能有（yǒu）效滿足卷煙工藝規範對香料（liào）廚房配料的控製要求。
近年來，隨著工廠卷煙品*風格特征的確定以及 2016版《卷煙工藝規（guī）範》的實施，現有加水係統的控製精度已不能滿足生產發（fā）展的需（xū）要。作為卷（juàn）煙加工關（guān）鍵環節之一的香料廚（chú）房工序，其定量加（jiā）水在配製糖（táng）料過（guò）程（chéng）中的摻配精度直接影響著所配（pèi）料（liào）液的品質，而料液的品質對卷煙風格特（tè）征（zhēng）的穩定性有重要影響，所以定量加水係統的改造設計對提高工廠卷煙產品質量（liàng）、降低生產和管理成本具有重要意（yì）義。
1 改造前狀（zhuàng）況
工廠的香料廚房係統為（wéi）國（guó）內煙機公（gōng）司 2004 年設計製（zhì）造，其定量加水（shuǐ）係統主要由水源、生活汙（wū）水流量計、加水管（guǎn）路元件和控製程序這四部分組成，改進（jìn）前管路示意圖如圖 1 所示（shì）。
其工作過程為：當設（shè）定好加水量後，啟動係統往調製罐 7 內定量加水，流量計前閥 4 開啟對管路進行預填充（chōng），延時一定時（shí）間後，調製罐（guàn）補水球閥 6 開啟，同時生活汙水流量計（jì）開始計量，當生活汙水流量計的累積量與設定加水量一致時，球閥 4 和 6 關閉，定量加水（shuǐ）過程完成。在設備使用的過程中，發現定量（liàng）加水係統存在以下問題（tí）：
（1）定量加水（shuǐ）控製精度低。定量加水係統的水源為自來（lái）水經過軟化處（chù）理器後的軟化水，在生產現場用水高峰期時，自來水水壓波動造成（chéng）軟化水（shuǐ）水壓波動，從而降低了生活汙水流量（liàng）計的計量精度；另外，定量加水係統在預（yù）填充（chōng）時管路處於（yú）密閉狀態（tài），管路中的氣泡無法（fǎ）排除，造成水在管路中預填不充分（fèn），當開始往調製罐內加水時，導致經過生活汙水流量（liàng）計（jì）計量的（de）水未完全流入到調製（zhì）罐中。經測試（shì），定量（liàng）加水係統實際控製精度為 2.13%，不能滿足卷（juàn）煙工藝（yì）規（guī）範對加水控（kòng）製精度≤0.5% 的要求。
（2）生產效率低（dī）。經過（guò）軟化（huà）處理器的軟化水流量小，導致配製過程中定量加水（shuǐ）時間延長。經測試，定量加水100kg 時，需要用時 667s。
綜上所（suǒ）述，原（yuán）有的香料廚房定量加（jiā）水係統已不能滿足工廠卷煙生產的要求。為此，對香料廚房（fáng）定（dìng）量加水（shuǐ）係統進行改造（zào）設計。
2 改造方案
2.1 設計思路
（1）增加儲水罐，為定量（liàng）加水（shuǐ）係統提供穩定的水源；同時，儲水罐需要具有計量功能（néng）。
（2）提高（gāo）加水係統中水流流（liú）量檢測（cè）元件（jiàn）的計量精度；定量加水係統（tǒng）滿足控製精（jīng）度≤0.5% 的要求（qiú）。
（3）縮短配製過程中定量加水時間；實現（xiàn）水在管路中的（de）預（yù）填充（chōng）和管路餘水回收。
2.2 方案設計
根（gēn）據設計思路，對定（dìng）量加（jiā）水係統的管路進行了改造（zào）設計，改造後管路示意圖如圖 2 所示。
其管路主要由三部分（fèn）組成，其（qí）功能分別為：
（1）儲水罐進水管（guǎn）路。通（tōng）過補水閥 3 和壓力變送器 6完成儲（chǔ）水罐水位控製。
（2）定量加水管路。*先，通過出水閥（fá） 9、多級（jí）離心泵10、流量（liàng）計前閥 12 和（hé）回水閥 4 完成水在（zài）管路中的預填充；然後（hòu），通過補水（shuǐ）閥 4 完成對調（diào）製罐的（de）定量加水（shuǐ）；*後，通過回收閥 17 和單向閥 16 完成對水管中餘水的回收（shōu）。
（3）儲水罐排汙管路。通過排（pái）汙（wū）閥 8 完成儲（chǔ）水罐中餘水的排放。
2.3 機械元件選型
（1）儲水罐。儲水罐須具備盛裝配（pèi）製兩批次料液需要加水量的容積 , 選擇儲水罐容積為 500L 的罐體（tǐ）。為滿足加水係統的功能，其需要具有以下接口：帶蓋的罐口、進水口、回（huí）水口、排水口和壓力傳感器安裝接口。向罐體生產廠家提出技術要（yào）求進行定製購買。
（2）多（duō）級離心泵。為提高定量加水時水在管路中的水壓，采用泵對水進行輸（shū）送。因多級離（lí）心泵具有高效節能、性能範圍廣（guǎng）、運行安全（quán）平穩、低噪音、長壽命、安裝維修方（fāng）便（biàn）等優（yōu）點，結（jié）合設計思路，選擇格蘭富 CHI2-60 型多級離心泵，其額定（dìng）能力為（wéi） 2500kg/h。
（3）其餘（yú）管路元件。管路中（zhōng）使用氣動球閥都選擇費斯托 CRQH-ER-3/4-B-SA 型兩通球閥；管路都采用 DN32 的不鏽鋼管進行連接；其餘元件根（gēn）據實際需要選擇。
2.4 電氣元件選型
（1）質量流量計（jì）。科式力質量流量計因其測量準確度高、重複性好，可（kě）在較大量程比範圍內，對流體（tǐ）質量流量（liàng）實現高準確度（dù）直接測量的優點，廣泛應用於計量精度要求高的食品和醫藥行業。為提高加水流量的計量精度以及滿足控製要求，選（xuǎn）用恩（ēn）德斯豪斯 PROMASS83F-DN15 型高精度的質量流量（liàng）計，其質量流（liú）量測（cè）量準確度為 0.2 級。
（2）變頻器。為配合多級離心泵更好的（de）對水（shuǐ）壓的調節，選擇丹佛斯 VLT2800 型通用變頻器來調節多級離心泵電機的轉速。
（3）其（qí）餘電氣（qì）元件（jiàn）。在儲水罐底部選擇安裝橫河EJA210A 型壓力變送器；增加的信號點需（xū）要西門子 ET200S 中（zhōng）數字輸入（rù） / 出模塊各 2 塊，模擬信號輸入模塊 1 塊。
2.5 軟件改造
運用西門子（zǐ） SIMATIC Manager 項目管理（lǐ）軟件，完成以（yǐ）下軟件（jiàn）改造設計工作。
（1）電氣（qì）元（yuán）件組態。把增加的質量流量計和變（biàn）頻器添加到香料廚房 S7-400 PLC 控製係統的（de） PROFIBUS 網中，其網絡組態如圖 3 所示，圖中（zhōng） PROFIBUS-DP 地址 88 和 89 為硬件係統增加的質（zhì）量（liàng）流（liú）量計和變頻器。
（2）程序設計。儲水罐水量控製的工作過程為：當壓力（lì）變（biàn）送器檢測到儲（chǔ）水罐的水量低（dī）於 450kg 時，補水閥 3 開啟為（wéi）儲（chǔ）水（shuǐ）罐補水；當水量達到 490kg 時，補水閥 3 關閉；生產配製過程中，循環以（yǐ）上控製過程。儲水罐水（shuǐ）量（liàng）控製的程序如圖 4 所示。
定量加水（shuǐ）係統的工（gōng）作過程為：當設（shè）定好加水（shuǐ）量後（hòu），啟（qǐ）動係（xì）統，多級離心泵 10、回（huí）流（liú）閥 4、出水（shuǐ）閥 9 和流量計前閥 12開啟對（duì）管路進行預填充；延時 30s 預填充完（wán）成後，回流閥 4關閉，調製罐補水閥 14 開啟，同時質量流量（liàng）計（jì） 13 開始計量；當質量流量計的累積（jī）量與設定加水量（liàng）一致時，出水閥 9 和調製罐補水閥（fá） 14 關閉；調製罐定量加水完成後（hòu），開啟回收閥17 和回流閥 4 以及同未（wèi）關閉流（liú）量計前閥 12 一起，利用壓縮空（kōng）氣對管道中水實現回收；延時 30s 水回收（shōu）完成後，關（guān）閉多級離心（xīn）泵、球（qiú）閥 4、12 和 17，定量加（jiā）水過程完成。定量加水係統主要控製程序如圖 5 所示（shì）。
3 應用（yòng）效果
定（dìng）量加水係統設（shè）計改造完成後，經測試，定量加水100Kg 時，需要（yào）用時 211s，生產效率顯著提高（gāo），改造後比（bǐ）改（gǎi）造（zào）前提高了 68.4%；定量加水係統的控製精度提高顯著，定量加水係統的控製精度從（cóng）改造前（qián） 2.13% 提高到改造後0.07%。定量加水係統改造設計完成以後（hòu），有（yǒu）效的滿足了（le）香料廚（chú）房配料的控製（zhì）要求；同時，提高了係統的可靠性、精（jīng）確性和經濟性。
關於（yú）城市生活汙水與工業廢水的流量設計分析 關於幾種常用的生活汙水流量計價格的性能比較 如何通過檢查傳感器部件的阻值來判定生活汙（wū）水流量計（jì）的故障 生活汙水流量計使（shǐ）用中（zhōng）測量數據的異議比（bǐ）對和處理辦法 生活汙（wū）水管道流量計（jì）運行中產生故障與（yǔ）外界因素引起的故障分析 生活（huó）汙水管（guǎn）道流（liú）量計可以解決惡（è）劣環境（jìng）下的可讀性問題 生活汙水管道流（liú）量（liàng）計不能承受負壓（yā）的原因（yīn）及解決的辦法（fǎ） 生活汙水（shuǐ）流量計精確測算自來水廠的水量情況 未來生活汙水流量計測量技術的發展方向及趨勢 生活汙水流量（liàng）計在凝結水精（jīng）處理自動控製係統中的應用 因環（huán）境方麵引（yǐn）起的生活汙水流量計故障的主要原因 農村生活汙水流量計標定的（de）具體過程及需要注意的事項說明 城市生活汙水流量計測量水煤漿流量不穩定原因分析 彎管出口流速（sù）畸變對化工生活汙水流量計的影響 生活汙水流量計測量（liàng）含有其他（tā）混合物（wù）的液體時有哪些（xiē）影響（xiǎng） 大流量（liàng）水計量工程中化工生活汙水流（liú）量計所起到的（de）重要作用 農村（cūn）生活汙水流量計在應用中的信（xìn）號基準確定與直流噪（zào）聲幹擾 生活汙水流（liú）量計在煙草定量加水係統改造及PLC係統設計 停機狀（zhuàng）態下的生活汙水流量計保養方法（fǎ） 生活汙水流（liú）量計安裝要求 汙水處理中生活汙水流量計價格的（de）分類選型及應用 生活汙水流量計,汙水流量計dn200 生活（huó）汙水流量計（jì）,腐蝕性汙水流量計 生活汙水流量（liàng）計,汙水廠進水流量計 生活（huó）汙水流量（liàng）計,電磁汙水流量計 生活汙水流（liú）量（liàng）計,dn100汙水流量計 生（shēng）活汙水流（liú）量計,dn200汙水流量（liàng）計 生（shēng）活汙水（shuǐ）管道流量計受益於與環境相關的流量應（yīng）用中的（de）繁榮 生活汙水流量計,汙水流量計廠（chǎng）家（jiā） 生活汙水流量（liàng）計價格
近年來，隨著工廠卷煙品*風格特征的確定以及 2016版《卷煙工藝規（guī）範》的實施，現有加水係統的控製精度已不能滿足生產發（fā）展的需（xū）要。作為卷（juàn）煙加工關（guān）鍵環節之一的香料廚（chú）房工序，其定量加（jiā）水在配製糖（táng）料過（guò）程（chéng）中的摻配精度直接影響著所配（pèi）料（liào）液的品質，而料液的品質對卷煙風格特（tè）征（zhēng）的穩定性有重要影響，所以定量加水係統的改造設計對提高工廠卷煙產品質量（liàng）、降低生產和管理成本具有重要意（yì）義。
1 改造前狀（zhuàng）況
工廠的香料廚房係統為（wéi）國（guó）內煙機公（gōng）司 2004 年設計製（zhì）造，其定量加水（shuǐ）係統主要由水源、生活汙（wū）水流量計、加水管（guǎn）路元件和控製程序這四部分組成，改進（jìn）前管路示意圖如圖 1 所示（shì）。
其工作過程為：當設（shè）定好加水量後，啟動係統往調製罐 7 內定量加水，流量計前閥 4 開啟對管路進行預填充（chōng），延時一定時（shí）間後，調製罐（guàn）補水球閥 6 開啟，同時生活汙水流量計（jì）開始計量，當生活汙水流量計的累積量與設定加水量一致時，球閥 4 和 6 關閉，定量加水（shuǐ）過程完成。在設備使用的過程中，發現定量（liàng）加水係統存在以下問題（tí）：
（1）定量加水（shuǐ）控製精度低。定量加水係統的水源為自來（lái）水經過軟化處（chù）理器後的軟化水，在生產現場用水高峰期時，自來水水壓波動造成（chéng）軟化水（shuǐ）水壓波動，從而降低了生活汙水流量（liàng）計的計量精度；另外，定量加水係統在預（yù）填充（chōng）時管路處於（yú）密閉狀態（tài），管路中的氣泡無法（fǎ）排除，造成水在管路中預填不充分（fèn），當開始往調製罐內加水時，導致經過生活汙水流量（liàng）計（jì）計量的（de）水未完全流入到調製（zhì）罐中。經測試（shì），定量（liàng）加水係統實際控製精度為 2.13%，不能滿足卷（juàn）煙工藝（yì）規（guī）範對加水控（kòng）製精度≤0.5% 的要求。
（2）生產效率低（dī）。經過（guò）軟化（huà）處理器的軟化水流量小，導致配製過程中定量加水（shuǐ）時間延長。經測試，定量加水100kg 時，需要用時 667s。
綜上所（suǒ）述，原（yuán）有的香料廚房定量加（jiā）水係統已不能滿足工廠卷煙生產的要求。為此，對香料廚房（fáng）定（dìng）量加水（shuǐ）係統進行改造（zào）設計。
2 改造方案
2.1 設計思路
（1）增加儲水罐，為定量（liàng）加水（shuǐ）係統提供穩定的水源；同時，儲水罐需要具有計量功能（néng）。
（2）提高（gāo）加水係統中水流流（liú）量檢測（cè）元件（jiàn）的計量精度；定量加水係統（tǒng）滿足控製精（jīng）度≤0.5% 的要求（qiú）。
（3）縮短配製過程中定量加水時間；實現（xiàn）水在管路中的（de）預（yù）填充（chōng）和管路餘水回收。
2.2 方案設計
根（gēn）據設計思路，對定（dìng）量加（jiā）水係統的管路進行了改造（zào）設計，改造後管路示意圖如圖 2 所示。
其管路主要由三部分（fèn）組成，其（qí）功能分別為：
（1）儲水罐進水管（guǎn）路。通（tōng）過補水閥 3 和壓力變送器 6完成儲（chǔ）水罐水位控製。
（2）定量加水管路。*先，通過出水閥（fá） 9、多級（jí）離心泵10、流量（liàng）計前閥 12 和（hé）回水閥 4 完成水在（zài）管路中的預填充；然後（hòu），通過補水（shuǐ）閥 4 完成對調（diào）製罐的（de）定量加水（shuǐ）；*後，通過回收閥 17 和單向閥 16 完成對水管中餘水的回收（shōu）。
（3）儲水罐排汙管路。通過排（pái）汙（wū）閥 8 完成儲（chǔ）水罐中餘水的排放。
2.3 機械元件選型
（1）儲水罐。儲水罐須具備盛裝配（pèi）製兩批次料液需要加水量的容積 , 選擇儲水罐容積為 500L 的罐體（tǐ）。為滿足加水係統的功能，其需要具有以下接口：帶蓋的罐口、進水口、回（huí）水口、排水口和壓力傳感器安裝接口。向罐體生產廠家提出技術要（yào）求進行定製購買。
（2）多（duō）級離心泵。為提高定量加水時水在管路中的水壓，采用泵對水進行輸（shū）送。因多級離（lí）心泵具有高效節能、性能範圍廣（guǎng）、運行安全（quán）平穩、低噪音、長壽命、安裝維修方（fāng）便（biàn）等優（yōu）點，結（jié）合設計思路，選擇格蘭富 CHI2-60 型多級離心泵，其額定（dìng）能力為（wéi） 2500kg/h。
（3）其餘（yú）管路元件。管路中（zhōng）使用氣動球閥都選擇費斯托 CRQH-ER-3/4-B-SA 型兩通球閥；管路都采用 DN32 的不鏽鋼管進行連接；其餘元件根（gēn）據實際需要選擇。
2.4 電氣元件選型
（1）質量流量計（jì）。科式力質量流量計因其測量準確度高、重複性好，可（kě）在較大量程比範圍內，對流體（tǐ）質量流量（liàng）實現高準確度（dù）直接測量的優點，廣泛應用於計量精度要求高的食品和醫藥行業。為提高加水流量的計量精度以及滿足控製要求，選（xuǎn）用恩（ēn）德斯豪斯 PROMASS83F-DN15 型高精度的質量流量（liàng）計，其質量流（liú）量測（cè）量準確度為 0.2 級。
（2）變頻器。為配合多級離心泵更好的（de）對水（shuǐ）壓的調節，選擇丹佛斯 VLT2800 型通用變頻器來調節多級離心泵電機的轉速。
（3）其（qí）餘電氣（qì）元件（jiàn）。在儲水罐底部選擇安裝橫河EJA210A 型壓力變送器；增加的信號點需（xū）要西門子 ET200S 中（zhōng）數字輸入（rù） / 出模塊各 2 塊，模擬信號輸入模塊 1 塊。
2.5 軟件改造
運用西門子（zǐ） SIMATIC Manager 項目管理（lǐ）軟件，完成以（yǐ）下軟件（jiàn）改造設計工作。
（1）電氣（qì）元（yuán）件組態。把增加的質量流量計和變（biàn）頻器添加到香料廚房 S7-400 PLC 控製係統的（de） PROFIBUS 網中，其網絡組態如圖 3 所示，圖中（zhōng） PROFIBUS-DP 地址 88 和 89 為硬件係統增加的質（zhì）量（liàng）流（liú）量計和變頻器。
（2）程序設計。儲水罐水量控製的工作過程為：當壓力（lì）變（biàn）送器檢測到儲（chǔ）水罐的水量低（dī）於 450kg 時，補水閥 3 開啟為（wéi）儲（chǔ）水（shuǐ）罐補水；當水量達到 490kg 時，補水閥 3 關閉；生產配製過程中，循環以（yǐ）上控製過程。儲水罐水（shuǐ）量（liàng）控製的程序如圖 4 所示。
定量加水（shuǐ）係統的工（gōng）作過程為：當設（shè）定好加水（shuǐ）量後（hòu），啟（qǐ）動係（xì）統，多級離心泵 10、回（huí）流（liú）閥 4、出水（shuǐ）閥 9 和流量計前閥 12開啟對（duì）管路進行預填充；延時 30s 預填充完（wán）成後，回流閥 4關閉，調製罐補水閥 14 開啟，同時質量流量（liàng）計（jì） 13 開始計量；當質量流量計的累積（jī）量與設定加水量（liàng）一致時，出水閥 9 和調製罐補水閥（fá） 14 關閉；調製罐定量加水完成後（hòu），開啟回收閥17 和回流閥 4 以及同未（wèi）關閉流（liú）量計前閥 12 一起，利用壓縮空（kōng）氣對管道中水實現回收；延時 30s 水回收（shōu）完成後，關（guān）閉多級離心（xīn）泵、球（qiú）閥 4、12 和 17，定量加（jiā）水過程完成。定量加水係統主要控製程序如圖 5 所示（shì）。
3 應用（yòng）效果
定（dìng）量加水係統設（shè）計改造完成後，經測試，定量加水100Kg 時，需要（yào）用時 211s，生產效率顯著提高（gāo），改造後比（bǐ）改（gǎi）造（zào）前提高了 68.4%；定量加水係統的控製精度提高顯著，定量加水係統的控製精度從（cóng）改造前（qián） 2.13% 提高到改造後0.07%。定量加水係統改造設計完成以後（hòu），有（yǒu）效的滿足了（le）香料廚（chú）房配料的控製（zhì）要求；同時，提高了係統的可靠性、精（jīng）確性和經濟性。
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