唐文堯 馮煥芬 姚 睿 鄭 超 夏同行

（貴州中煙工業(yè)有限責(zé)任公司遵義卷煙廠，遵義 563000）

煙葉制絲加料作為制絲的關(guān)鍵工序之一，其工藝質(zhì)量直接影響最終成品卷煙抽吸感官品質(zhì)。加料出口物料溫度是該工序的核心工藝參數(shù)之一。當(dāng)溫度較低時，煙葉無法充分伸展、松散，會有較多結(jié)團(tuán)，不利于料液吸收，并導(dǎo)致煙葉含水不均；當(dāng)溫度較高時，料液揮發(fā)嚴(yán)重，同樣不利于料液吸收，同時會影響葉片色澤，導(dǎo)致下一工序貯葉時，煙葉從更高溫度降至室溫，會使煙葉水分有更大的蒸發(fā)流失[1]。因此，在制定加料出口物料溫度相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)時，工藝人員會多次試驗來測試合適的出口物料溫度，并要求生產(chǎn)設(shè)備盡可能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

1 生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備硬件需求

筆者所在工廠生產(chǎn)現(xiàn)場為SJ1201 型加料機(jī)，蒸汽溫控系統(tǒng)示意圖如圖1 所示。

該溫控系統(tǒng)同樣采用出入口端兩側(cè)同時直噴飽和蒸汽進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。蒸汽源壓強(qiáng)為200 Pa，在入口端由PID 方式控制氣動薄膜閥閥門開度。蒸汽噴射口位于入口物料振槽下方，從而實現(xiàn)溫控系統(tǒng)對出口物料溫度實現(xiàn)精確控制。出口端由手動減壓閥將蒸汽壓強(qiáng)降至100 Pa，在出口端滾筒上側(cè)處直噴補(bǔ)償蒸汽。在批次開始前，由可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）采集當(dāng)前煙葉牌號、現(xiàn)場溫度以及蒸汽源壓強(qiáng)等數(shù)據(jù)，并與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，自動設(shè)定適當(dāng)出口端閥門開度。在整個批次生產(chǎn)時，保持該開度不變，擴(kuò)大溫控系統(tǒng)控制范圍，降低不同外部因素對出口物料溫度的影響。生產(chǎn)現(xiàn)場安裝溫濕度計，與制絲集控系統(tǒng)PLC 進(jìn)行單邊通信，實時采集現(xiàn)場溫濕度。在蒸汽源及出口端，手動減壓閥后安裝壓力變送器，利用PLC 實時采集生產(chǎn)全程蒸汽壓強(qiáng)，從而減小蒸汽壓強(qiáng)波動對出口物料溫度的影響。在出口端手動減壓閥后安裝蒸汽質(zhì)量流量計，以批次為單位采集補(bǔ)償蒸汽累積量[2]。

2 制絲集控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫建立需求

制絲集控系統(tǒng)由西門子1500 系列PLC 與現(xiàn)場ET200S 子站箱為核心組成。PLC 通過現(xiàn)場子站箱內(nèi)數(shù)模輸出模塊對氣動薄膜閥開度進(jìn)行精確控制，數(shù)模輸入模塊采集現(xiàn)場其余設(shè)備如溫濕度計、壓力變送器等反饋的各項實時數(shù)據(jù)，并以此調(diào)節(jié)輸出控制，形成完整的控制閉環(huán)系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)庫主要包含煙葉工藝數(shù)據(jù)和外部影響因素數(shù)據(jù)兩方面內(nèi)容[3]。一方面，煙葉工藝數(shù)據(jù)。對于各個品牌煙葉，數(shù)據(jù)庫提前錄入對應(yīng)煙葉品牌牌號、煙葉配方以及該工序?qū)?yīng)的工藝參數(shù)。加料前端工序為通過隧道式回潮機(jī)對預(yù)混后煙葉進(jìn)行增溫增濕，因此加料段來料煙葉水分溫度非常穩(wěn)定，僅需進(jìn)行品牌牌號比對即可確定來料煙葉水分溫度。另一方面，外部影響因素數(shù)據(jù)。工藝人員通過正交試驗，以實際生產(chǎn)為藍(lán)本，試驗變量包括現(xiàn)場溫、濕度，煙葉品牌及配方、蒸汽壓強(qiáng)以及出口端薄膜閥閥門開度。分析入口端薄膜閥設(shè)計結(jié)構(gòu)可知，當(dāng)閥門開度控制范圍在50%附近時，蒸汽流量最穩(wěn)定，對煙葉增溫效果最合適，因此以此作為正交試驗輸出結(jié)果最佳。通過大量正交試驗后，計算各項變量權(quán)重后可得如下結(jié)果：對于給定品牌配方煙葉，在某一環(huán)境溫濕度、蒸汽源壓強(qiáng)情況下，可設(shè)定一個合適的出口端補(bǔ)償蒸汽閥門開度，使得入口端閥門開度控制范圍在50%附近，并以此錄入數(shù)據(jù)庫。表1 為部分最優(yōu)解試驗數(shù)據(jù)。

由表1 試驗數(shù)據(jù)可知，對于品牌配方為GY（KY）的煙葉，在現(xiàn)場溫度34 ℃、濕度為53%、生產(chǎn)源壓強(qiáng)為210 Pa 的生產(chǎn)環(huán)境下，批次開始時，將出口端閥門開度固定設(shè)置為30%，即可使得入口端閥門開度范圍在50%左右。因為不同品牌配方煙葉總質(zhì)量不同導(dǎo)致蒸汽累積量不同，所以蒸汽累積量用作參考量，僅在有大幅變化時進(jìn)行報警提示。

表1 試驗數(shù)據(jù)表

3 控制程序及人機(jī)交互設(shè)計思路

筆者所在生產(chǎn)線制絲集控系統(tǒng)基于西門子1500系列PLC、TIA 博圖進(jìn)行組態(tài)編程，使用WINCC 進(jìn)行人機(jī)交互控制，生產(chǎn)協(xié)同系統(tǒng)可自行建立數(shù)據(jù)庫，供給WINCC 或TIA 訪問[4-5]。因此，該溫控系統(tǒng)可在現(xiàn)有設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)。

（1）將薄膜閥、溫濕度計、流量計等硬件設(shè)備通信診斷納入批次前通信診斷，當(dāng)任一設(shè)備出現(xiàn)通信故障時，無法點擊“批次開始”按鈕并發(fā)出對應(yīng)警告內(nèi)容，如圖2 所示。

（2）為了減少人工干預(yù)，在操作人員點擊“批次開始”按鈕后，PLC 自動根據(jù)采集數(shù)據(jù)對比數(shù)據(jù)庫，并設(shè)定對應(yīng)出口端閥門開度。在生產(chǎn)控制畫面增加閥門開度控制欄可顯示當(dāng)前閥門開度，并根據(jù)訪問等級高低來區(qū)分是否可以更改閥門開度，如圖3 所示。

4 蒸汽溫控系統(tǒng)效果統(tǒng)計

筆者分別統(tǒng)計溫控系統(tǒng)改進(jìn)前后各5 個批次加料段出口物料溫度匯總信息，具體如表2 所示。

由表2 可知，在制絲生產(chǎn)線現(xiàn)有統(tǒng)計規(guī)則下，雖然改進(jìn)前后出口溫度合格率均能做到100%，但改進(jìn)后的標(biāo)準(zhǔn)偏差和CPK 值也均有明顯改善，符合工廠高質(zhì)量發(fā)展要求。

表2 效果統(tǒng)計表

5 結(jié)語

該煙葉加料溫控系統(tǒng)相比原系統(tǒng)，具有以下優(yōu)點：①有效減少外部因素對工藝指標(biāo)的影響；②減少人工干預(yù)，提升了系統(tǒng)自動化程度；③優(yōu)化工藝指標(biāo)，使得成品具有更高的質(zhì)量指數(shù)。