尹鑫，崔巖，楊建新，牛啟帆，楊光露，張亞凱

（1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽(yáng)卷煙廠，河南南陽(yáng)，473007；2.北京航天拓?fù)涓呖萍加邢挢?zé)任公司，北京，100176）

關(guān)鍵字：卷煙加工；制絲線；分段啟停；節(jié)能降耗

0 引言

近些年，制造業(yè)的快速發(fā)展，在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，也在一定程度上消耗了大量的能源，加劇了國(guó)家的能源供應(yīng)壓力。在這種形式下，國(guó)家提出降本增效和碳達(dá)峰，在這種形勢(shì)下，煙草行業(yè)也開(kāi)展一系列的節(jié)能降耗研究。由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，傳統(tǒng)煙草制絲生產(chǎn)模式采用粗放型模式。生產(chǎn)工序眾多，生產(chǎn)過(guò)程中，設(shè)備控制模式以工藝段作為劃分條件采用倒序啟動(dòng)，造成物料下游工序設(shè)備空轉(zhuǎn)運(yùn)行，帶來(lái)能源浪費(fèi)的同時(shí)，也加重了設(shè)備自身?yè)p耗，增加維修費(fèi)用和工時(shí)。因此，本文創(chuàng)新研究和設(shè)計(jì)新型制絲線生產(chǎn)控制模式，在滿足工藝生產(chǎn)要求下，實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間的分段無(wú)縫銜接啟動(dòng)，大大縮短設(shè)備空轉(zhuǎn)待料時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)減少能源浪費(fèi)和資料消耗，達(dá)到降本增效的目的。

1 傳統(tǒng)組織生產(chǎn)模式

卷煙制絲生產(chǎn)線是流水輸送線，設(shè)備分主機(jī)設(shè)備和輔聯(lián)設(shè)備，主機(jī)設(shè)備主要承擔(dān)物料加工、工藝指標(biāo)的控制與調(diào)整，輔聯(lián)設(shè)備主要完成物料的輸送、搬運(yùn)、移動(dòng)等功能。

為保證物料的連續(xù)運(yùn)行，工藝段、單元內(nèi)設(shè)備啟動(dòng)的順序總是逆著物料的運(yùn)動(dòng)方向順序啟動(dòng)，如圖1所示。設(shè)備全部啟動(dòng)后，等待物料輸入。由于物料在輔聯(lián)設(shè)備上的部分工藝段需要20分鐘以上時(shí)間物料才用從工藝段的入口輸送到工藝段出口。該過(guò)程完全處于設(shè)備空運(yùn)行狀態(tài)，且空運(yùn)行的輔聯(lián)設(shè)備數(shù)量和工藝段的長(zhǎng)度、設(shè)備劃分單元的大小有直接關(guān)系，單元越大、工藝段越長(zhǎng)，空運(yùn)行的輔聯(lián)設(shè)備越多，空運(yùn)行能源浪費(fèi)越大。

圖1 制絲線物流傳遞圖

輔聯(lián)設(shè)備功率占制絲設(shè)備總功率的77%，根據(jù)各生產(chǎn)線每天排產(chǎn)任務(wù)情況，每天輔聯(lián)設(shè)備空運(yùn)行時(shí)間平均在60-120分鐘之間，每批次輔聯(lián)設(shè)備平均空運(yùn)行時(shí)間20分鐘左右。

在制絲生產(chǎn)線中，近幾年一些卷煙廠將工藝段細(xì)化為單元進(jìn)行控制，取得了一定的節(jié)能效果。但是由于單元結(jié)構(gòu)劃分受設(shè)備布局及工藝路線的限制，單元內(nèi)仍會(huì)存在多臺(tái)設(shè)備。單臺(tái)設(shè)備的啟停只是受單元的控制，尤其是輔聯(lián)設(shè)備，其主要實(shí)現(xiàn)物料輸送和，這一類設(shè)備并沒(méi)有和其服務(wù)的對(duì)象--物料建立直接的聯(lián)系，仍然無(wú)法實(shí)現(xiàn)輔聯(lián)設(shè)備隨物料位置的精準(zhǔn)啟停

2 分段精準(zhǔn)啟停模式研究路線

制絲線精準(zhǔn)分段啟停模式最主要是“精準(zhǔn)”，啟停的精準(zhǔn)判定是物料的精準(zhǔn)，因而制絲線精準(zhǔn)分段啟停模式研究路線如圖2所示。

圖2 研究路線示意圖

路線中首要要對(duì)生產(chǎn)線劃分，將生產(chǎn)線按照工藝段進(jìn)行劃分成一段段，然后分別對(duì)每一段的主機(jī)設(shè)備預(yù)熱、每一個(gè)輔聯(lián)設(shè)備的物料運(yùn)輸時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后對(duì)所有段的數(shù)據(jù)疊加生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行整理得出每個(gè)設(shè)備的啟動(dòng)先后邏輯及啟動(dòng)時(shí)間，在此基礎(chǔ)上建立物料檢測(cè)模型判斷物料是否到達(dá)和物料傳遞模型來(lái)決定如何傳遞物料信息。

3 分段精準(zhǔn)啟停模式研究?jī)?nèi)容

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

我們以葉絲段為例，通過(guò)研究設(shè)備運(yùn)行和物料輸送時(shí)間，葉絲段存在物料緩沖工序兩個(gè)；切葉絲物料緩沖工序、烘絲物料緩沖工序；把切葉絲機(jī)、烘絲機(jī)、葉絲風(fēng)選確定為主機(jī)工序。依據(jù)主機(jī)工序和物料緩沖工序把葉絲工藝段劃分為五個(gè)工序段：切葉絲物料緩沖工序段、切葉絲工序段、烘絲物料緩沖工序段、烘絲工序段、葉絲風(fēng)選工序段五個(gè)工序段。

圖3 制絲線分段啟停葉絲段劃分圖

工藝段劃分界定完畢后，我們需要采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量等方法，對(duì)每個(gè)工藝段的生產(chǎn)用時(shí)、設(shè)備物料輸送時(shí)間和設(shè)備主要控制參數(shù)等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和資料收集。

以葉絲段為例，在葉絲段生產(chǎn)過(guò)程中，部分主機(jī)設(shè)備在生產(chǎn)前需要設(shè)備預(yù)熱、物料緩沖和預(yù)填充，以保證生產(chǎn)運(yùn)行的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，針對(duì)葉絲段相關(guān)工藝設(shè)備生產(chǎn)準(zhǔn)備用時(shí)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)如表1所示。

表1 葉絲段相關(guān)工藝設(shè)備生產(chǎn)準(zhǔn)備用時(shí)

3.2 物料位置信息檢測(cè)模型研究

以葉絲段為例，葉絲工藝段劃分五個(gè)工序段之后，需要對(duì)每個(gè)工序段的物料輸送情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，分析研究現(xiàn)有的物料檢測(cè)裝置，通過(guò)增加新的物料檢測(cè)裝置完善五個(gè)工序段物料檢測(cè)，實(shí)時(shí)監(jiān)控物料輸送情況。

對(duì)于物料位置的檢測(cè)，在每個(gè)設(shè)備，利用形式不同，可以感知物料變化便可以作為檢測(cè)物料位置傳感器，如對(duì)射光電管、水分儀、電子秤等，如圖4所示。

圖4 制絲線可利用物料位置檢測(cè)設(shè)備

3.3 工序段啟動(dòng)控制規(guī)劃

依據(jù)物料輸送時(shí)間和物料探測(cè)裝置對(duì)葉絲段進(jìn)行分工序段啟停控制規(guī)劃，如圖5所示，目的是物料運(yùn)行所到位置的設(shè)備啟動(dòng)，物料未到設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，減少設(shè)備空轉(zhuǎn)時(shí)間。

圖5 葉絲段分工序段啟?？刂埔?guī)劃圖

以切葉絲工序號(hào)為例，切葉絲工序段的工藝路徑為切葉絲機(jī)前喂料機(jī)到切葉絲機(jī)。該工序段涉及到喂料機(jī)提升機(jī)、輔聯(lián)設(shè)備、切絲機(jī)喂料裝置、切葉絲設(shè)備。當(dāng)切葉絲機(jī)前喂料機(jī)高料位物料檢測(cè)裝置檢測(cè)到物料時(shí)，即喂料機(jī)儲(chǔ)存物料滿足開(kāi)機(jī)條件，延時(shí)30秒啟動(dòng)喂料提升機(jī)、輔聯(lián)設(shè)備和切葉絲機(jī)喂料裝置；當(dāng)切葉絲機(jī)喂料裝置高料位物料檢測(cè)裝置檢測(cè)到物料時(shí)，即切葉絲機(jī)預(yù)填充完成，啟動(dòng)切葉絲啟動(dòng)運(yùn)行，正常切絲生產(chǎn)；當(dāng)切葉絲機(jī)喂料裝置低料位物料檢測(cè)裝置檢測(cè)喂料機(jī)底帶物料檢測(cè)檢測(cè)到無(wú)料時(shí)，切葉絲工序停機(jī)。依照上述條件修改切葉絲工序的PLC控制程序，建立切葉絲工序段的自動(dòng)啟?？刂?。

3.4 分段精準(zhǔn)控制模型效果

制絲線精準(zhǔn)控制模型的使用，重新劃分和定義了制絲線生產(chǎn)控制模型大大減少了設(shè)備的等待控制時(shí)間。對(duì)此，以葉絲段為例，我們對(duì)比新老控制模型節(jié)能效果，如表2所示，分段精準(zhǔn)控制模型在降低設(shè)備空轉(zhuǎn)和節(jié)能減耗上展現(xiàn)巨大優(yōu)勢(shì)。

表2 新老控制模型節(jié)能降耗統(tǒng)計(jì)對(duì)比表

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要闡述了制絲線生產(chǎn)控制模式的研究和改進(jìn)，在對(duì)制絲線重新工藝劃分控制單元和統(tǒng)及物料輸送精準(zhǔn)時(shí)間等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)制絲線分段精準(zhǔn)控制模型，有效減少設(shè)備的空轉(zhuǎn)，提高了設(shè)備效率。