山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠 山東 青島 266101

前言

隨著卷煙工藝技術(shù)的不斷進(jìn)步，精細(xì)化、柔性化加工控制已經(jīng)成為制絲生產(chǎn)的發(fā)展方向，烘絲工序作為制絲生產(chǎn)線的重要環(huán)節(jié)，其對(duì)煙絲感官質(zhì)量的影響尤為突出。HAUNI公司的KLD-2兩段式薄板烘絲機(jī)生產(chǎn)過(guò)程以筒壁干燥為主，烘絲筒壁溫度的控制對(duì)出口煙絲的實(shí)際水分有著關(guān)鍵的影響。正常工作時(shí)，烘絲筒壁溫度的控制由前饋數(shù)學(xué)模型和實(shí)際水分反饋共同決定。然而隨著煙草行業(yè)精益化發(fā)展的要求不斷提高，KLD-2現(xiàn)有的控制方法已無(wú)法滿(mǎn)足精益化發(fā)展的需求，其出口水分的穩(wěn)定性較差，生產(chǎn)過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

①生產(chǎn)前無(wú)法預(yù)知待生產(chǎn)物料的狀況，導(dǎo)致初始生產(chǎn)參數(shù)設(shè)置不合理；②頭料和尾料的控制方法單一，無(wú)法根據(jù)物料的特性實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，導(dǎo)致頭料和尾料出口水分波動(dòng)較大；③生產(chǎn)過(guò)程中人為干預(yù)的次數(shù)較多，生產(chǎn)結(jié)果因人而異，并且極大增加了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度；④生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)物料變化的響應(yīng)速度較慢，參數(shù)調(diào)節(jié)存在較大的滯后性[1]。

1 烘絲機(jī)控制流程分析

受設(shè)備控制原理和控制流程的影響，生產(chǎn)過(guò)程中操作工需要根據(jù)來(lái)料的水分實(shí)時(shí)調(diào)整設(shè)備的相關(guān)參數(shù)，調(diào)節(jié)參數(shù)主要包括：熱風(fēng)速度、一區(qū)爐壁溫度、二區(qū)爐壁溫度、脫水量、烘前流量等。通過(guò)統(tǒng)計(jì)五千烘絲20個(gè)批次的生產(chǎn)過(guò)程，統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示人為干預(yù)的次數(shù)約為20次，人為干預(yù)次數(shù)較多，且出口水分的批件穩(wěn)定性較差。

2 烘絲機(jī)各參數(shù)對(duì)烘絲出口水分的影響研究

根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中采集的五千烘絲工藝參數(shù)、生產(chǎn)過(guò)程歷史數(shù)據(jù)，用散點(diǎn)圖、回歸分析法、相關(guān)性分析法等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，研究五千烘絲設(shè)備工藝參數(shù)(滾筒轉(zhuǎn)速、卸料罩壓力、烘絲入口葉絲流量、烘絲來(lái)料水分、熱風(fēng)溫度、熱風(fēng)速度、HT蒸汽流量、HT出口葉絲水分、滾筒爐壁溫度一區(qū)、滾筒爐壁溫度二區(qū)、烘絲出口水分等)與出口水分之間的關(guān)系，結(jié)合相應(yīng)的特征工程，找到影響出口水分穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素[2]。

3 建立水分控制模型

考慮到五千烘絲生產(chǎn)過(guò)程中存在不同的階段，包括頭料階段，生產(chǎn)階段，尾料階段。不同階段的加工方式不同，每一段需要采用不同的處理方法，也就需要采用不同的控制模型，從而保證物料的加工強(qiáng)度和出口水分的穩(wěn)定性。

階段一：頭料階段，煙絲未到達(dá)滾筒出口，此時(shí)沒(méi)有出口水分的反饋信息，需要從批次整體方向來(lái)考慮，根據(jù)回潮工序物料加工過(guò)程、加料工序物料加工過(guò)程、物料醇化時(shí)間、環(huán)境溫濕度等參數(shù)，預(yù)測(cè)待生產(chǎn)物料的相關(guān)特性，得出初始化加工參數(shù)，并根據(jù)物料的變化實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，從而提升頭料階段出口水分穩(wěn)定性。

階段二：生產(chǎn)階段，入口水分和烘前物料流量達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，且出口可檢測(cè)到物料水分，采用機(jī)器學(xué)習(xí)過(guò)程控制模型，當(dāng)來(lái)料特性發(fā)生變化時(shí)，模型可迅速做出響應(yīng)和決策，輸出相應(yīng)的控制參數(shù)，并將結(jié)果寫(xiě)入設(shè)備控制點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的反向控制，保證生產(chǎn)過(guò)程出口水分的穩(wěn)定性。

階段三：尾料階段，物料流量逐漸減少，滾筒內(nèi)的物料比較稀薄，加工強(qiáng)度不易過(guò)大，模型可根據(jù)物料狀況輸出相應(yīng)的加工參數(shù)，保證出口水分的穩(wěn)定性[3]。

4 效果驗(yàn)證

為了確保模型可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，在模型投入生產(chǎn)前需要對(duì)其準(zhǔn)確性進(jìn)行分析驗(yàn)證。在五千烘絲操作終端增加虛擬點(diǎn)位，并將控制結(jié)果寫(xiě)入虛擬點(diǎn)位，分析輸出結(jié)果否符合生產(chǎn)要求，如不符合要求則對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)模型輸出結(jié)果符合生產(chǎn)要求時(shí)，即可將其部署到生產(chǎn)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)五千烘絲出口水分的自動(dòng)控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

本論文通過(guò)分析烘絲機(jī)工作原理，明確烘絲機(jī)設(shè)備控制流程，找到調(diào)節(jié)煙絲水分的關(guān)鍵參數(shù)及控制過(guò)程中的短板。利用生產(chǎn)過(guò)程中的歷史數(shù)據(jù)，分析各關(guān)鍵參數(shù)與烘絲出口水分的相互關(guān)系，結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)自適應(yīng)、自?xún)?yōu)化的特點(diǎn)，建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)型的烘絲控制模型。模型可在生產(chǎn)前通過(guò)預(yù)測(cè)物料狀態(tài)，輸出合適的初始加工參數(shù)；在生產(chǎn)過(guò)程中可根據(jù)來(lái)料的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)相關(guān)參數(shù)，消除人為干預(yù)，提高烘絲機(jī)控制水平，實(shí)現(xiàn)出口水分自動(dòng)控制，提高產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性，同時(shí)還可降低了操作工的勞動(dòng)強(qiáng)度。