基于PLC的平均值和標準偏差計算在煙草制絲線上的運用

朱華福

【摘 要】目前煙草制絲線上對于主機設備關鍵點工藝指標的平均值和標準偏差計算均是基于上位機完成。由于數采規則是根據主機設備狀態來制定，而上位系統對主機設備狀態無法進行準確判斷，從而影響所采集數據的有效性和準確性。本文提出一種由PLC來完成主機設備關鍵點工藝指標平均值和標準偏差計算的方法，由于設備由PLC來完成控制，PLC對主機設備狀態可以進行很好的判斷，從而保證采集數據的有效性和準確性，對提高煙草制絲加工工藝質量指標能起到很好的作用。

【關鍵詞】平均值 標準偏差 煙草制絲 PLC

【中圖分類號】 F224-39【文獻標識碼】A【文章編號】1672-5158（2013）07-0171-02

1 引言

平均值和標準偏差作為產品加工過程中工藝指標穩定性的量化條件運用于各工業生產行業。目前在煙草制絲線加工工藝過程中，對于主機設備關鍵點工藝指標如溫度、水分、加料和加香精度等的平均值和標準偏差數據采集以及計算均基于上位機系統來完成，這些工藝指標都是先采集，最后才計算，因此具有滯后性，且數據采集規則也比較粗糙。隨著煙草制絲線加工工藝水平的提高，特別是近年來提出的精細化加工模式，這些都對傳統的數據采集規則提出挑戰。為了更好的實現卷煙制造過程中產品質量的穩定性，且要求對生產過程中的工藝參數進行有效控制，實現由控制指標向控制參數轉變；由結果控制向過程控制轉變等的需求[1]，我們提出一種由PLC來實現主機設備關鍵點工藝指標中平均值和標準偏差計算的方法。

2 系統實現

2.1 平均值和標準偏差介紹

平均值是指一組數據的和除以這組數據的個數所得的結果，也稱為算數平均值。在統計中算術平均數常用于表示統計對象的一般水平，它是描述數據集中程度的一個統計量。我們既可以用它來反映一組數據的一般情況，也可以用它進行不同組數據的比較，以看出不同數據組之間的差別。用平均數表示一組數據的情況，有直觀、簡明的特點，因此被廣泛運用于煙草制絲線上主機設備關鍵點工藝指標的考核。平均值計算公式如下：

為所有采樣數據的平均值。

2.2 數據采集規則定義

由于煙草制絲線從生產開始到正常，以及從正常到結束都需要一個過程，加上生產中有可能出現故障、斷料等情況，因此在計算過程工藝指標的過程中，需要剔除掉生產開始時不穩定狀態、斷料時不穩定狀態以及結束時不穩定狀態的實時數據，剩下數據全部為有效數據。

在日常使用中分別定義其為干頭、正常、斷料、干尾四個狀態，其中每個狀態分述如下：

干頭：批開始之后生產開始到生產進入正常穩定這個不穩定階段定義為干頭。

干尾：批結束之前從生產的正常穩定狀態到生產結束的不穩定階段定義為干尾。

斷料：生產過程中從正常狀態下忽然停止開始到生產重新恢復正常這個不穩定狀態定義為斷料。

正常：生產過程中除干頭、斷料、干尾狀態之外的整個生產過程定義為正常。

各主機設備關鍵點工藝指標的平均值和標準偏差計算均以生產過程中正常狀態下采集的數據為準，當主機設備處于其余3個狀態時，不進行工藝指標計算的數據采集。

具體的干頭、干尾和斷料狀態定義則由每個煙廠根據實際需要制定。

2.3 均值和標準偏差計算方法實現原理

利用PLC來實現平均值和標準偏差計算的方法是基于整個制絲線生產過程中數采規則的定義。其工作原理為把事先定義好的各主機設備關鍵點工藝指標數采規則在PLC控制程序里以數采開始和數采停止兩種條件的方式實現。當數采開始條件滿足時，PLC開始采集數據，其采集的周期由數采規則決定，每采集到一個數據之后先進行數據有效性判斷，再依次進行平均值和標準偏差的計算；當數采停止條件滿足時，PLC停止采集數據，同時數據判斷和計算工作相應停止。由于PLC的主要工作還是用于設備動作和各種工藝指標的控制，在均值和標準偏差計算的同時不能影響到整個生產工況，因此我們在程序設計上均值和標準偏差計算功能采用事件觸發或子程序調用形式，只有數采開始條件滿足時，才進行數據采集以及相應的判斷和計算；當數采停止條件滿足時，跳過此功能，以減少PLC循環掃描時間。

2.4 具體程序實現

均值和標準偏差計算方法實現由兩個步驟組成，第一步是產生數采標志，第二步是進行數采并進行相關的判斷和計算工作。

2.4.1 數采標志

數采標志采用開關量控制模式，為1時數采開始，為0時數采停止。數采標志根據數采規則來編程實現。

2.4.2 均值和標準偏差計算

為便于PLC實現均值和標準偏差計算，我們對均值和標偏計算公式進行變換。

均值公式可變成如下公式：

兩個公式中的A和B均是采用疊加方式進行計算，批結束之后清零A和B，保證下一批次數據的準確性。

3 總結

利用PLC實現煙草制絲線主機設備關鍵點工藝指標的平均值和標準偏差計算既有實時性和準確性等優點，PLC中用程序實現容易且占用內存小，對PLC循環掃描時間沒多大影響，不影響PLC對設備動作和工藝指標的控制，還能實現產品加工過程的實時性監控，在標偏計算的基礎上還可以實現Cpk指標的計算。在使用過程中可把所采集到的數據和計算結果在上位機上以趨勢圖的形式顯示出來，同時便于操作人員實時查看，操作人員可根據顯示結果進行相應調整，以滿足整個生產過程中工藝指標的穩定性。

參考文獻

[1] 卷煙工藝/《卷煙工藝》（第二版）編寫組編，北京：北京出版社，2000.6

[2] 張寶生 蔣鴻章等.質量管理中常用的統計工具工序能力指數（JB T 3736.7-94）中華人民共和國機械工業部，1995-10-1實施