趙 新 趙忠?guī)?張 琪 聶金寧

（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，青州 262500）

1 項(xiàng)目立項(xiàng)的背景及現(xiàn)狀

1.1 項(xiàng)目背景

松散回潮作為卷煙生產(chǎn)加工的首道核心工序，其工藝任務(wù)是增加葉片的含水率和溫度，提高煙片耐加工性，使煙片均勻、松散，并改善感官質(zhì)量，滿足后續(xù)制絲工藝要求。含水率是影響煙絲填充能力和卷制過程造碎率的關(guān)鍵指標(biāo)，對煙支的質(zhì)量、吸阻、硬度及燃吸品質(zhì)和煙氣化學(xué)成分等都有影響。不同的加水比例下，松散回潮的出口煙片含水率不同。它的穩(wěn)定性對后續(xù)各工序工藝指標(biāo)有著直接影響，因此松散回潮的出口水分的穩(wěn)定控制尤為重要[1]。

1.2 項(xiàng)目現(xiàn)狀

1.2.1 出口水分波動

出口水分受來料物理特性、蒸汽質(zhì)量、環(huán)境溫濕度等因素影響，無法實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制，普遍存在波動較大、批次間不一致等現(xiàn)象。

1.2.2 人為經(jīng)驗(yàn)依賴

生產(chǎn)中需通過人工改變加水流量設(shè)定值來調(diào)節(jié)出口水分。出口水分僅作為人工調(diào)節(jié)的參考數(shù)據(jù)，不參與自動控制。

1.2.3 來料性質(zhì)不穩(wěn)定

來料差異性較大，不同煙包的煙片顏色、外觀、吸水性等質(zhì)量特性影響水分儀的檢測結(jié)果，且水分儀檢測的是表面水分。

1.2.4 系統(tǒng)控制延時(shí)

加水點(diǎn)與控制點(diǎn)之間的距離較長，屬于大時(shí)滯系統(tǒng)。調(diào)整加水量后，通常要經(jīng)過3～5 min才能產(chǎn)生影響。

2 松散回潮機(jī)智能單機(jī)系統(tǒng)的研究

2.1 設(shè)計(jì)思路

在現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上加裝關(guān)鍵感知及提升器件，可為智能控制提供前置的必要條件?；凇皺C(jī)理+數(shù)據(jù)驅(qū)動”模式進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，設(shè)計(jì)基于模型的智能控制算法，可實(shí)現(xiàn)回潮過程的綜合最優(yōu)化和自動化，提升自控水平和產(chǎn)品質(zhì)量。發(fā)揮主機(jī)廠優(yōu)勢，針對設(shè)備建立全面的專家知識體系，通過與管理端的信息融合和便捷交互設(shè)計(jì)，可提升業(yè)務(wù)人員運(yùn)維的查詢、處理速度，提高工作效率。將設(shè)備的監(jiān)視與控制全面三維可視化設(shè)計(jì)，可充分發(fā)揮三維可視化在交互方面的優(yōu)勢，形成集精準(zhǔn)狀態(tài)感知、可視化信息查詢、數(shù)據(jù)透視于一體的綜合性和智能化管控平臺[2]。

2.2 總體設(shè)計(jì)方案

回潮機(jī)智能單機(jī)系統(tǒng)分為設(shè)備控制層和信息處理層兩個層次。

設(shè)備控制層主要由設(shè)備感知元器件、智能控制器及現(xiàn)場人機(jī)交互（Human Machine Interaction，HMI）組成。本項(xiàng)目盡可能配置帶有DP/PA（Decentralized Periphery/Process Automation）通信協(xié)議的傳感器、執(zhí)行器件，各種網(wǎng)絡(luò)接線配置原廠網(wǎng)絡(luò)接頭、PA網(wǎng)絡(luò)T形轉(zhuǎn)接頭和終端電阻，以保障數(shù)據(jù)通信的穩(wěn)定安全。

信息處理層主要由智能算法分析系統(tǒng)和三維可視化運(yùn)營系統(tǒng)構(gòu)成。智能算法分析系統(tǒng)主要由算法服務(wù)器、數(shù)據(jù)采集軟件以及時(shí)序數(shù)據(jù)庫組成，主要功能為采集設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，實(shí)現(xiàn)控制模型的優(yōu)化及算法迭代等。可視化運(yùn)營系統(tǒng)主要由管理服務(wù)器、關(guān)系數(shù)據(jù)庫、時(shí)序數(shù)據(jù)庫、OPC軟件和以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)器件組成，主要功能為形成基于三維可視化的設(shè)備監(jiān)、控、管一體化信息處理平臺。所有的數(shù)據(jù)收集、分析、統(tǒng)計(jì)、存儲，設(shè)備的人機(jī)交互監(jiān)控，設(shè)備對外信息交換等，均由此系統(tǒng)完成[3]。

3 松散回潮機(jī)智能單機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用

如圖1所示，智能單機(jī)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)以數(shù)字孿生和智能處理中樞為載體，輻射智能控制、設(shè)備數(shù)字化、三維實(shí)景化、專家知識庫、設(shè)備控制交互及對外數(shù)據(jù)交互等具體功能模塊。

3.1 智能控制

基于機(jī)器視覺技術(shù)判斷來料的特性信息，增加溫濕度傳感器感知環(huán)境信息，綜合分析影響松散回潮關(guān)鍵指標(biāo)特性的因子，利用先進(jìn)的智能算法建立智能控制模型，實(shí)現(xiàn)對松散回潮機(jī)工藝過程的智能化控制。

3.2 智能自檢

基于現(xiàn)場實(shí)際情況的開機(jī)自檢功能包括靜態(tài)自檢（檢測關(guān)鍵器件狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等）和動態(tài)自檢（儀表數(shù)值是否準(zhǔn)確、執(zhí)行機(jī)構(gòu)是否到位等）兩種，如圖2所示。

3.3 三維實(shí)景化

基于設(shè)備實(shí)體和設(shè)計(jì)模型進(jìn)行三維可視化實(shí)景設(shè)計(jì)，可充分發(fā)揮其在三維可視化交互方面的優(yōu)勢，建設(shè)全新的三維智能監(jiān)視管控體系，通過豐富監(jiān)管手段提升設(shè)備的運(yùn)營效率。它的主要功能涵蓋基礎(chǔ)權(quán)限管理、用戶應(yīng)用場景、三維模型、實(shí)景動畫、運(yùn)維顯示、信息推送、控制人機(jī)交互界面以及三維拆裝動畫等。

3.4 系統(tǒng)日志管理

日志類型分為管理系統(tǒng)日志和監(jiān)控系統(tǒng)日志。管理系統(tǒng)日志包括業(yè)務(wù)操作日志、安全審計(jì)日志、安全管理日志和系統(tǒng)管理日志。以業(yè)務(wù)操作日志為例，它的展示內(nèi)容主要包括登錄名、用戶部門、登錄計(jì)算機(jī)網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）、操作內(nèi)容以及操作時(shí)間等信息，并可滿足多條件查詢。監(jiān)控系統(tǒng)日志主要包括工藝段、操作變量、操作變量更改前后數(shù)值、操作員、操作PC機(jī)名以及操作時(shí)間等信息[4]。

4 松散回潮機(jī)智能單機(jī)系統(tǒng)的實(shí)施效果及推廣價(jià)值

4.1 實(shí)施效果

項(xiàng)目通過對現(xiàn)有制絲線上松散回潮機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的去人工化和工藝控制的智能化，建立三維實(shí)景化監(jiān)控體系，并開發(fā)配套的智能運(yùn)營系統(tǒng)，最終減少人工對生產(chǎn)的影響，減輕勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)和運(yùn)維工作效率，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高制絲車間生產(chǎn)智能化水平。

2021年第一季度生產(chǎn)加工36個批次，其中有28個實(shí)驗(yàn)批次采用智能控制模式，分別統(tǒng)計(jì)并比較非實(shí)驗(yàn)批次和實(shí)驗(yàn)批次的質(zhì)量指標(biāo)平均值。結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)批次的質(zhì)量指標(biāo)均優(yōu)于非實(shí)驗(yàn)批次，且料頭料尾的出口含水率更加平穩(wěn)。出料含水率精度允差±1.0%（設(shè)備具備實(shí)現(xiàn)水分精度1.0%的硬件條件，由設(shè)備、電控系統(tǒng)以及利舊流量控制設(shè)備聯(lián)合保證水分精度；來料流量均勻穩(wěn)定，流量變異系數(shù)不大于0.25%，來料含水率允差±1.5%，含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.5%時(shí)，以水分儀的檢測數(shù)據(jù)為依據(jù)），出口含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.3%（來料流量均勻穩(wěn)定，在流量變異系數(shù)不大于0.25%、來料含水率允差±1.5%、含水率標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.5%時(shí)，以水分儀的檢測數(shù)據(jù)為依據(jù)）[5]。

4.2 推廣價(jià)值

松散回潮機(jī)智能單機(jī)系統(tǒng)減少了松散回潮出口水分的波動，提升了松散回潮工藝質(zhì)量控制的穩(wěn)定性與精確性。實(shí)現(xiàn)全自動化的松散回潮出口水分智能控制，可減少對人為經(jīng)驗(yàn)的依賴，縮小不同操作人員的經(jīng)驗(yàn)帶來的差異?？梢?，工業(yè)智能技術(shù)在煙草行業(yè)的業(yè)務(wù)場景下的融合應(yīng)用，可為未來煙草行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型奠定基礎(chǔ)。