張建超+張磊+王進(jìn)安

摘 要：為解決洗梗機(jī)預(yù)熱時(shí)間長、水溫波動大和水溫過程能力指數(shù)低的問題，在洗梗設(shè)備上加裝混水裝置，縮短預(yù)熱時(shí)間；通過優(yōu)化PID控制參數(shù)，得到一組最佳參量：P=0.02，I=1m20s，D=10s；最后，利用DOE實(shí)驗(yàn)，找出洗梗流速、洗梗溫度和網(wǎng)帶速度的最佳組合：29Hz、50℃和32Hz。實(shí)驗(yàn)結(jié)果：洗梗機(jī)預(yù)熱時(shí)間由45分鐘縮短到13分鐘，水溫的過程能力指數(shù)由0.87提高到1.34，每年可節(jié)約蒸汽640噸，降耗明顯。

關(guān)鍵詞：洗梗機(jī)；混水裝置；水溫過程能力指數(shù)；PID控制；DOE實(shí)驗(yàn)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.15.231

1 引言

洗梗是煙梗絲加工環(huán)節(jié)的關(guān)鍵工序之一，其工藝目的在于增加煙梗水分、溫度，去除煙梗表面的雜質(zhì)（塵土、砂石、金屬）。以目前煙草行業(yè)常用的WQ833A型水槽式洗梗機(jī)為例，其工作原理如下：設(shè)備清洗系統(tǒng)主要由主水箱、副水箱、循環(huán)水泵、S形清洗通道構(gòu)成。生產(chǎn)時(shí)，煙梗經(jīng)振動輸送機(jī)送入，在洗梗機(jī)內(nèi)與水充分混合。利用來料中雜質(zhì)與水的比重差異，可使雜質(zhì)溶解、沉積，達(dá)到清潔目的。主副水箱中的水由于水泵作用循環(huán)流動形成水勢差，副水箱中的水和煙梗在洗梗機(jī)入口處同時(shí)進(jìn)入S型清洗通道，水自上而下流動，煙梗與水充分接觸流入下傾的分離槽，沙石、金屬等異物隨之沉積。煙梗則經(jīng)網(wǎng)帶式振動輸送機(jī)，與水分離，送至下道工序。

2 存在的問題

洗梗機(jī)工作時(shí)，通過水箱底部的蒸汽盤管對水加熱。為使水溫達(dá)到工藝要求的標(biāo)定值，蒸汽流量由氣動薄膜閥控制。水溫升高到50℃后洗梗機(jī)方可工作，此過程俗稱預(yù)熱。日常生產(chǎn)中，常因蒸汽管路隔熱層破損、蒸汽盤管內(nèi)部結(jié)垢等原因，導(dǎo)致?lián)Q熱效率低，預(yù)熱時(shí)間長（平均45min，最長可達(dá)1h）。另外，若水箱內(nèi)液面高度低于音叉開關(guān)檢測值，則補(bǔ)水系統(tǒng)開始注水，補(bǔ)進(jìn)的冷水與水箱內(nèi)部50℃的溫?zé)崴旌?，產(chǎn)生較大水溫波動，影響煙梗清洗效果，對洗梗過程中質(zhì)量控制的穩(wěn)定性也造成了一定的影響。

3 改進(jìn)方法

3.1 增加混水裝置減少預(yù)熱時(shí)間

為了降低洗梗工序的預(yù)熱時(shí)間，在原有換熱管路上加裝斯派莎克Mk11水混合站，對新補(bǔ)冷水迅速加熱。為了控制水—汽混合時(shí)蒸汽占比，在混水裝置蒸汽入口前加裝調(diào)壓閥，調(diào)節(jié)蒸汽壓力以控制出口熱水溫度。

試驗(yàn)表明，當(dāng)蒸汽壓力經(jīng)調(diào)壓閥穩(wěn)定在0.6MPa時(shí)，洗梗機(jī)新進(jìn)補(bǔ)水溫度能達(dá)到所需工藝要求（50±5℃）。

3.2 調(diào)整PID控制參數(shù)

混水裝置安裝后，由于水箱新進(jìn)補(bǔ)水溫度已從常溫增至50℃左右，原始的水箱溫度PID控制參數(shù)不再適用，我們通過重新計(jì)算和實(shí)驗(yàn)摸索出一組較為優(yōu)化的新設(shè)定組。

原始設(shè)定組：P=0.5；I=40s；D=10s；

更新設(shè)定組：P=0.02；I=1m20s；D=10s；

原始設(shè)定組，適用于新進(jìn)補(bǔ)水水溫與工藝要求洗梗水溫溫差較大時(shí)，為快速使水箱水溫升到要求值所設(shè)。原始設(shè)定組P值較大，調(diào)整幅度大，升溫較快。但受熱慣量影響，調(diào)差大，容易產(chǎn)生波動。其單批（約2小時(shí)）洗梗水箱水溫過程曲線，如圖4所示。

更新設(shè)定組，P值小，適用于實(shí)際水溫與工藝要求洗梗水溫溫差較小時(shí)。采用新的PID參數(shù)組合實(shí)際生產(chǎn)水箱水溫更加穩(wěn)定，調(diào)差小，接近設(shè)定的中心值，單批生產(chǎn)水溫曲線波動較小，如圖5所示。

3.3 優(yōu)化洗梗機(jī)其他性能參數(shù)

洗煙梗工序中，洗梗機(jī)的洗梗流速、洗梗溫度和網(wǎng)帶式振動輸送機(jī)輸送速度是影響水洗后煙梗含水率、除沙率的重要因素。通過DOE 實(shí)驗(yàn)，以煙梗出口含水率作為響應(yīng)，優(yōu)化洗梗流速、洗梗水溫和網(wǎng)帶速度的最佳參數(shù)組合。

洗梗機(jī)運(yùn)行過程中，實(shí)時(shí)采集洗梗機(jī)的洗梗流速、水溫和網(wǎng)帶速度數(shù)據(jù)，利用Minitable軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過響應(yīng)優(yōu)化器獲得洗梗流速、洗梗水溫和網(wǎng)帶速度的最佳參數(shù)組合為29Hz、50℃和32Hz，并將優(yōu)化后的洗梗機(jī)參數(shù)運(yùn)用到生產(chǎn)中。

4 結(jié)果討論

改進(jìn)完成后，隨機(jī)抽取不同時(shí)間段批次煙梗生產(chǎn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行了預(yù)熱時(shí)間的統(tǒng)計(jì)，如表1所示。

生產(chǎn)過程中，洗梗機(jī)自動補(bǔ)入溫水后，水溫波動情況如圖7所示。

經(jīng)數(shù)據(jù)分析得出：洗梗機(jī)的預(yù)熱時(shí)間由原來的平均約45分鐘降低到平均約13分鐘，水溫波動明顯減小。通過更改內(nèi)部PID控制方式，選用現(xiàn)在的PID設(shè)置（P=0.02；I=1m20s；D=10s；）和選用優(yōu)化后的參數(shù)組合（洗梗流速=29Hz、水箱溫度=50℃和網(wǎng)帶速度=32Hz）后，洗梗機(jī)生產(chǎn)過程中水溫的過程能力指數(shù)由0.87提高到1.34。保證洗梗質(zhì)量的同時(shí)，每年可節(jié)約蒸汽能源640噸，節(jié)約費(fèi)用約16萬元，大大降低了能源消耗，提升了產(chǎn)品質(zhì)量。

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