趙春元，李秦宇

（河南中煙工業(yè)有限責任公司黃金葉生產(chǎn)制造中心，河南鄭州 450000）

0 引言

煙草行業(yè)作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的重要組成部分，經(jīng)過幾年的結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，生產(chǎn)能力和經(jīng)濟效益取得了較大的提高和發(fā)展。隨著資源節(jié)約口號的提出，國家煙草專賣局、中國煙草總公司制定了《煙草行業(yè)標準化屮長期發(fā)展戰(zhàn)略》。戰(zhàn)略明確要求要科學確定行業(yè)各類企業(yè)節(jié)能、降耗、減污、控制成本的指標體系，著力推進“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”行業(yè)建設。通過黃金葉生產(chǎn)制造EMS能源管理系統(tǒng)獲得2015年1-6月制絲車間能消耗數(shù)據(jù)，為了進一步展現(xiàn)制絲車間2015年上半年能源消耗情況，根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)制作了制絲車2015年上半年能源消耗排列圖（圖1）。制絲線主要能源消耗為用電和用蒸汽，其中電能消耗占制絲總能源消耗的61.5%，如果能源有效降低制絲線用電消耗，就可以有效解決制絲車間能耗問題。

圖1 制絲車間2015年上半年能源消耗（幣種為人民幣）

1 原因分析

1.1 生產(chǎn)用電

生產(chǎn)用電指為完成制絲生產(chǎn)任務，保證生產(chǎn)質(zhì)量的生產(chǎn)設備用電，生產(chǎn)用電包括生產(chǎn)過程用電和生產(chǎn)間歇及生產(chǎn)準備用電（包括設備預熱）。帶料生產(chǎn)過程用電消耗主要為滿足生產(chǎn)、工藝指標所必須的用電，該部分基本沒有節(jié)約空間。但生產(chǎn)過程中的生產(chǎn)等待、預熱等階段伴隨生產(chǎn)過程，生產(chǎn)過程中換批、換牌都會有待機、預熱的過程發(fā)生，且該過程時間較長，平均每次換牌、換批時間約10 min。因此解決好生產(chǎn)過程中的等待、預熱等階段的能耗，可有效減少制絲車間能源消耗。

1.2 非生產(chǎn)用電

非生產(chǎn)用電是指為保證生產(chǎn)的運行，生產(chǎn)作業(yè)現(xiàn)場、生產(chǎn)輔助區(qū)域的照明用電等。該部分能耗在制絲中能耗中所占比例不大，同時該部分能源消耗通過管理手段可進行控制和逐步降低。

1.3 預熱、等待、換批換牌用能設備分析

制絲設備一般習慣分主機設備和附聯(lián)設備，主機設備主要承擔制絲生產(chǎn)過程工藝指標的控制與調(diào)整，輔聯(lián)設備主要為主機設備服務，完成物料的輸送、搬運、移動等功能。在制絲設備中，由于主機設備擔負著工藝指標的控制，制絲控制過程和輔聯(lián)設備的啟停都是圍繞著主機進行，主機設備的預熱、準備時間不可省略或避免。因此節(jié)約制絲線用電消耗需要從制絲附聯(lián)設備入手。輔聯(lián)設備功率占制絲設備總功率的77%，只要減少輔聯(lián)設備的能耗就可以有效降低制絲用電消耗。

由于輔聯(lián)設備主要完成物料的輸送、搬運、移動等功能，在生產(chǎn)準備和等待過程中，雖然主機設備在工作，但生產(chǎn)線沒有物料通過，此時輔聯(lián)設備處于啟動等待狀態(tài)，完全處于設備空運行狀態(tài)，此過程完全屬于無謂的電能消耗，且運行的輔聯(lián)設備數(shù)量和工藝段的長度、設備劃分單元的大小有直接關(guān)系，單元越大、工藝段越長，空運行的輔聯(lián)設備越大，無謂的能源消耗越大。

同時，為保證物料的連續(xù)運行，工藝段、單元內(nèi)設備啟動的順序總是逆著物料的運動方向順序啟動，設備全部啟動后，等待物料輸入。由于工藝段內(nèi)物料在輔聯(lián)設備上的運行總是需要一定的時間，部分工藝段甚至需要（5～10）min物料才能從工藝段的入口輸送到工藝段出口。煙梗從二次儲梗出柜，一直到梗絲加料后暫存柜，大約需要14 min，根據(jù)工藝安全設計要求，在同一個加工工藝單元內(nèi)只能有一個任務存在，不能存在多個任務，防止混批、混牌的發(fā)生。根據(jù)這一原則，在梗絲切絲加料工序生產(chǎn)的當前批次要等到物料全部進入到梗絲加料后暫存柜后，下一個批次才能啟動，從二次儲梗柜出柜（圖2）。因此，基于以上分析，造成制絲線輔聯(lián)設備無謂的能源消耗主要包括3個方面。

（1）設備單元劃分不夠細致，工藝段、單元內(nèi)設備過多，造成較多的設備空運行等待。

（2）輔聯(lián)設備控制模式不夠合理，造成設備空運行等待物料，輔聯(lián)設備沒有不能隨物料的位置而運行。

（3）生產(chǎn)過程換批次、換牌號等待時間長，造成輔聯(lián)設備空運行參數(shù)能源浪費。

圖2 梗絲處理段物料運行時間

2 對策實施

2.1 建立最小的設備聯(lián)動控制單元

在MES（Manufacturing Execution System，制造企業(yè)生產(chǎn)過程執(zhí)行系統(tǒng)）中，制絲車間生產(chǎn)系統(tǒng)劃分底層劃分到工藝段（圖3），生產(chǎn)計劃、工藝加工標準會以工藝段為最小單元下方，通過MES系統(tǒng)下達到制絲工藝段控制系統(tǒng)中。為了和MES系統(tǒng)保持一致，避免數(shù)據(jù)接收分解錯誤，制絲車間各生產(chǎn)線控制系統(tǒng)和MES系統(tǒng)保持一致，將從MES系統(tǒng)接收到的工藝加工標準也已工藝段為最小單元下達到設備上。

圖3 MES系統(tǒng)工藝系統(tǒng)劃分

由于制絲車間各生產(chǎn)線物料線路較長，各工藝段內(nèi)輔聯(lián)設備較多，部分工藝段還有很多緩存設備（喂料機、暫存柜等），以工藝段為最小單元進行設備控制時，由于工藝段較長，物料從工藝段入口到出口需要一定時間。為實現(xiàn)設備的最小單元控制，通過對設備底層控制系統(tǒng)改造，將工藝段進一步細化，工藝段內(nèi)只要有緩存設備，將工藝段進行拆分，形成設備的最小控制模塊—— —單元（圖 4）。

圖4 重新劃分后制絲線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.2 根據(jù)物料狀態(tài)確定單元設備啟停

（1）切絲類設備。對于切葉絲機、切梗絲機類設備，以切絲機未分界線，對切實際上游和下游設備分段啟動，有獨立的啟動單元。

（2）喂料機、緩存柜類控制。針對喂料機、緩存柜類設備，以該類設備為分界線，根據(jù)料倉中的高、中、低、料位信號，料滿、料空信號來控制下游設備的啟停，并可根據(jù)實際情況隨時在操作終端機或者中控室進行調(diào)整，既能保證生產(chǎn)的正常進行，同時節(jié)省電能和降低設備磨損。

2.3 完善單元內(nèi)設備控制模式

單元內(nèi)的設備啟動順序分為兩種，一種為帶料狀態(tài)的啟動，一種為不帶料狀態(tài)的啟動。不帶料設備的啟動根據(jù)物料位置信息或物料通過每臺設備的時間進行正序啟動（物料流動的方向），每臺設備啟動的時間間隔為物料通過上一臺設備的時間；當各設備上已經(jīng)存在物料，為防止正序啟動堵料噎車，帶料設備仍按照倒序啟動的方式啟動設備，每臺設備啟動間隔為1 s。具體控制過程如下。

制絲線各控制單元內(nèi)如含有需要預熱的設備，都單獨設立“單機預熱”功能，需要預熱的設備可單獨進行預熱。生產(chǎn)線各單元啟動時，未預熱的設備會自動進行預熱，控制單元內(nèi)如有物料緩存設備，出料設備根據(jù)儲柜出料狀態(tài)（出料光電開關(guān)和儲柜底帶編碼器共同判斷）及物料在各出料設備上的運行時間，自動控制出柜設備根據(jù)物料的運行方向順序啟動，對緩存設備進行物料預填充。

如果需要預熱的設備預熱過程沒有完成，物料緩存設備預填充完成，則出柜設備進入帶料待機狀態(tài)，等待設備預熱完成。單元內(nèi)設備預熱完成后，物料緩存設備開始向下游設備輸送物料，下游設備仍按照各設備物料通過的時間延時順序啟動。而緩存設備前的輔聯(lián)設備根據(jù)緩存設備的物料狀態(tài)仍按照從后向前的帶料倒序啟動順序進行啟動，直至出柜設備。

3 效果

3.1 對產(chǎn)品工藝質(zhì)量的影響

從表1看，本課題實施前后，隨著批次料頭、料尾的減少，梗處理段各工序批次合格率、優(yōu)質(zhì)率均得到提升，其中優(yōu)質(zhì)率提高比例明顯，注：CPK（Process Capability Index，過程能力指數(shù)）。

表1 改進前后梗處理段各工序質(zhì)量指標CPK完成情況對比

3.2 對生產(chǎn)效率的影響

改進后，單批次設備空運行時間得到有效縮短，設備空運行時間由改進前的10.85 min縮短到改進后的2 min，每批次縮短設備空運行時間8.85 min，按照平均每天生產(chǎn)4批計算，每天節(jié)約生產(chǎn)時間35.4 min，有效減輕了職工勞動生產(chǎn)強度。

［1］張勇，王良青，崔玲玲，等.制絲線生產(chǎn)設備節(jié)能運行模式的優(yōu)化設計［J］.煙草科技，2016（3）：105-109，11.

［2］朱熙.制絲生產(chǎn)中節(jié)能技術(shù)探討［J］.科技資訊，2017，24（15）：92，94.

［3］李震宇，王迎彬，于紅麗，等.制絲設備節(jié)能運行模式研究［J］.煙草科技，2012（1）：10-14，33.