董 偉，郭昌耀，朱皓晨

（江蘇中煙徐州卷煙廠，江蘇徐州 221004）

0 引言

在煙草行業(yè)制絲生產(chǎn)線中，儲柜廣泛應(yīng)用在預(yù)混、儲葉、儲絲等工序，主要起到混合配方、平衡水分、吸收料液、緩沖銜接和流量控制的作用[1-2]。儲柜鋪料主要通過激光測距儀、變頻器、接近開關(guān)等器件，以控制鋪料行車往返運轉(zhuǎn)在設(shè)定的鋪料范圍內(nèi)進行布料。由于鋪料范圍往往依靠人工經(jīng)驗設(shè)定，不能根據(jù)當(dāng)前牌別批次的投料量自動生成[3-6]。因此，不同牌別批次、不同班組的鋪料范圍設(shè)定不盡相同，當(dāng)批次間的投料量差別較大時，可能導(dǎo)致柜內(nèi)物料高度不盡相同。在出料時為保障物料流量的一致性，需要現(xiàn)場操作工觀察物料高度而調(diào)節(jié)底帶速度。這種鋪料控制方式缺乏對投料量、含水率的判斷，未將鋪料范圍納入配方參數(shù)自動下發(fā)，無法精準(zhǔn)控制不同牌別批次在儲柜內(nèi)物料高度的一致性。

1 問題分析

根據(jù)制絲線生產(chǎn)安排和工藝要求，現(xiàn)有生產(chǎn)牌別約25 個，單批次生產(chǎn)投料量差距較大，在3000～10 000 kg 范圍。以預(yù)混柜為例，柜長25 m、寬2.5 m、高1.2 m，設(shè)計容量為8000 kg。牌別A 單批次投料量為6600 kg，單柜100%范圍鋪料存儲，物料高度為0.88 m；牌別B 單批次投料量為4800 kg，人工設(shè)定100%范圍鋪料，物料高度為0.75 m。牌別C 單批次投料量均為4500 kg，單柜80%范圍鋪料存儲，物料高度為0.79 m。各牌別預(yù)混柜操作參數(shù)見表1。由于物料經(jīng)過松散回潮工序的增溫增濕加工，其含水率增大，實際進柜重量隨之發(fā)生變化。在這種情況下，不同班組的操作人員根據(jù)投料量估算設(shè)定鋪料范圍，導(dǎo)致不同牌別的存儲高度不同。當(dāng)更換班組對儲柜進行出料操作時，無法精確獲知該批次批量范圍，僅根據(jù)個人經(jīng)驗設(shè)定出料頻率，導(dǎo)致出料流量在穩(wěn)定性和一致性上無法有效保障，易造成出料流量波動，出現(xiàn)斷料或堵料現(xiàn)象[7]。

表1 各牌別預(yù)混柜操作參數(shù)

為此，在研究不同牌別、不同投料量、不同含水率的基礎(chǔ)上，需要分別設(shè)定不同的鋪料范圍，并隨配方自動下發(fā)給當(dāng)前生產(chǎn)批次，以保障統(tǒng)一的儲柜物料高度。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 建立鋪料范圍計算模型

根據(jù)不同牌別的物料重量、含水率存在的差異情況，選定牌別A 參數(shù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，其投料重量為W投，投料含水率為F投，經(jīng)加工后實際進柜含水率為F進，根據(jù)式（1）計算實際進柜重量W進。

牌別A 鋪料范圍為LA，根據(jù)公式（2）計算牌別B 的鋪料范圍。

圖1 鋪料范圍配方參數(shù)變量

圖2 制絲線生產(chǎn)管理系統(tǒng)配方參數(shù)維護

當(dāng)投料重量超過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)或生產(chǎn)投料重量較小的試驗樣品時，為保證儲柜的正常鋪料，對鋪料范圍LB進行限值處理，即20%LB100%。

牌別A 作為其他牌別進柜參數(shù)的基礎(chǔ)，其投料量為6600 kg，投料含水率為12%，進柜含水率為20%，實際進柜重量為7260 kg，鋪料范圍為100%。牌別B 投料量為4800 kg，投料含水率為12%，進柜含水率為17.5%，經(jīng)上述公式計算得出，實際進柜重量為5120 kg，鋪料范圍為72.7%。其他牌別的鋪料范圍參數(shù)見表2。

2.2 建立鋪料范圍配方參數(shù)

制絲線配方參數(shù)管理模塊主要分為配方名稱編號維護、配方參數(shù)維護及生產(chǎn)投入量的維護等功能。工藝配方參數(shù)管理界面為工藝管理人員提供配方維護的人機交互界面。工藝管理人員通過工藝配方參數(shù)管理界面制定并下達相關(guān)工藝標(biāo)準(zhǔn)。車間操作人員嚴(yán)格按照工藝管理人員下達的工藝標(biāo)準(zhǔn)進行生產(chǎn)[8-9]。

表2 各牌別儲柜鋪料范圍參數(shù)表

在制絲線生產(chǎn)管理系統(tǒng)中，選擇配參數(shù)方管理模塊，根據(jù)相應(yīng)的生產(chǎn)線和工序，輸入對應(yīng)WinCC 監(jiān)控系統(tǒng)的鋪料范圍的變量名稱，將其選擇作為配方的變量，如圖1 所示。

根據(jù)鋪料范圍計算模型得出各牌別進柜范圍值，輸入至各牌別在相應(yīng)工序的配方參數(shù)表如圖2 所示。當(dāng)生產(chǎn)某牌別批次時，通過中央集中監(jiān)控系統(tǒng)選擇該批次配方，下發(fā)至現(xiàn)場機臺的電控系統(tǒng)，賦值給PLC 控制器，實時監(jiān)控實際鋪料范圍。

2.3 PLC 程序和人機界面設(shè)計

為控制儲柜物料鋪料范圍，各儲柜上方安裝有激光測距儀，實時監(jiān)控鋪料行車行走距離，通過PLC 程序與配方表中的物料鋪料范圍值進行比較，以控制其往返動作，具體控制流程如圖3所示。

在制絲線集中監(jiān)控系統(tǒng)中，運用博途W(wǎng)inCC 平臺，編輯各工藝段批次下發(fā)畫面，增加當(dāng)前所選儲柜的鋪料范圍控制欄，可根據(jù)下方的配方自動導(dǎo)入，也可根據(jù)特殊情況人工修改。

2.4 分配行車邊緣鋪料控制優(yōu)化

原有的儲柜分配行車鋪料方式采用的是“邊緣雙層鋪料”，造成兩側(cè)邊緣疊加鋪料，物料高度較高，極易造成堵料現(xiàn)象。根據(jù)儲柜邊緣鋪料形態(tài)特點，現(xiàn)優(yōu)化分配行車鋪料程序為“邊緣單層鋪料”，保障兩側(cè)鋪料均勻性的同時，避免堵料現(xiàn)象。

在儲柜邊緣鋪料控制程序中，將計數(shù)功能塊中的兩側(cè)鋪料次數(shù)由2 次更改為1 次。根據(jù)邊緣位置的接近開關(guān)檢測分配行車的位置，當(dāng)行車到達兩側(cè)終端，觸發(fā)邊緣單層鋪料控制程序，儲柜邊緣單層鋪料程序如圖4 所示，儲柜邊緣鋪料控制改進前后效果如圖5 所示。

圖3 儲柜鋪料范圍控制流程

3 改進效果

圖4 儲柜邊緣單層鋪料程序

圖5 儲柜邊緣鋪料控制改進前后效果

通過項目實施，實現(xiàn)了在不同牌別重量、水分值情況下，以配方參數(shù)的形式下發(fā)當(dāng)前批次的鋪料范圍，從而保障了各牌別物料在儲柜內(nèi)的存儲高度的一致性，便于不同班組操作工對出料頻率的控制，為下道工序的物料流量穩(wěn)定性提供基礎(chǔ)。加料工序、RCC 工序的物料流量標(biāo)準(zhǔn)偏差減小至5 kg/h 以下，過程控制能力Cpk 值提高至2.0 以上。同時，加香均勻性得到大幅提升，香料瞬時流量Cpk 均達到2.0 以上，加香增量比例變異系數(shù)0.5，保障了制絲產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，加香工序改進前后工藝質(zhì)量對比數(shù)據(jù)見表3。

表3 加香工序改進前后工藝質(zhì)量對比表

改進結(jié)果表明：系統(tǒng)能夠根據(jù)不同牌別配方化的鋪料范圍，自動控制物料在儲柜內(nèi)存儲高度，保證了各批次間存儲高度的一致性，便于不同班組操作工對出料流量的穩(wěn)定控制，下道工序的各項工藝質(zhì)量得到大幅提升。