雷振 王健 寇霄騰 張勁 何金華 趙春雷 張卉 彭曉萌

摘要 為解決制絲薄板生產(chǎn)線(xiàn)葉絲風(fēng)選工序流量波動(dòng)較大以及對(duì)感官品質(zhì)影響較大等問(wèn)題，利用PLC程序?qū)媲叭~絲分配及控制系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，并采用響應(yīng)面法對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的葉絲風(fēng)選參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明：優(yōu)化改進(jìn)后2臺(tái)薄板烘絲機(jī)進(jìn)料累計(jì)重量差由原來(lái)的平均230 kg/批降至40 kg/批，葉絲風(fēng)選后流量標(biāo)準(zhǔn)偏差由原來(lái)的492 kg/h降至85 kg/h，風(fēng)選機(jī)設(shè)備參數(shù)在薄板烘絲機(jī)倒料階段工藝風(fēng)機(jī)頻率36 Hz，此時(shí)不發(fā)生堵料現(xiàn)象;葉絲風(fēng)選機(jī)在高速皮帶電機(jī)頻率40 Hz，工藝風(fēng)機(jī)頻率33 Hz，回風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度85%，此條件下葉絲感官質(zhì)量最優(yōu)，雜氣和刺激性明顯降低，香氣表現(xiàn)較好。

關(guān)鍵詞 葉絲;風(fēng)選;參數(shù)優(yōu)化;感官質(zhì)量

中圖分類(lèi)號(hào) TS 452+.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2021）05-0214-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.05.060

開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Study on the Optimization of Wind Selection Equipment of Tobacco Slice

LEI Zhen1，WANG Jian1，KOU Xiao-teng2 et al

（1.Technology Center of China Tobacco Anhui Industrial Co.，Ltd.，Hefei，Anhui， 230088; 2.Bengbu Cigarette Factory，China Tobacco Anhui Industrial Co.，Ltd.，Bengbu，Anhui 233010）

Abstract In order to solve the problem of high fluctuation of flow rate and sensory quality on wind selection process，the distribution and control system of tobacco slice before baking was improved by using PLC.A response surface method was used to optimize the wind selection parameters of tobacco slice in the production process.The results showed that the difference of the accumulated weight of charge-in between two thin board roasters after optimization and improvement reduced from the original average of 230 kg/batch to 40 kg/batch，and the flow standard error after wind selection of tobacco slice reduced from 492 kg/h to 85 kg/h.The parameters of the wind separator equipment was 36 Hz of the craft fan frequency in the pouring stage of the thin plate dryer，and there was no blocking phenomenon at this time.The pneumatic separation in the high-speed belt motor frequency was 40 Hz，craft fan frequency was 33 Hz，return wind door opening degree was 85%，under these conditions，the sensory quality of tobacco slice was optimal，miscellaneous gas and irritation significantly reduced，aroma performance was better.

Key words Tobacco slice;Wind selection;Parameter optimization;Sensory quality

隨著煙草行業(yè)個(gè)性化、柔性化加工模式的深入推進(jìn)，卷煙工業(yè)企業(yè)在技術(shù)改造過(guò)程中，大部分采用兩線(xiàn)并行加工模式，其中薄板烘絲工序會(huì)根據(jù)產(chǎn)品個(gè)性化加工需求選用2臺(tái)相同或不同型號(hào)的烘絲機(jī)并行加工模式，最終共同進(jìn)入葉絲就地風(fēng)選。葉絲風(fēng)選工藝原理是根據(jù)分離物料的密度和受風(fēng)面積不同，被分離物料在側(cè)向風(fēng)作用下飄落的距離也不同，因此可以合理調(diào)整側(cè)向進(jìn)風(fēng)的風(fēng)速，對(duì)被分離物體進(jìn)行飄選[1-3]。由飄選和浮選的共同作用，可以大大提高物料的分離精度，確保了分離效果。葉絲風(fēng)選工藝不僅可以解決葉絲在高溫輸送或存儲(chǔ)過(guò)程中對(duì)感官質(zhì)量的影響，而且還可以有效剔除干燥后葉絲中所含的梗簽、梗塊和濕團(tuán)，提高葉絲的純凈度[4-5]，因此該工藝在一些卷煙企業(yè)中得到應(yīng)用。作為卷煙制絲加工的重要工序，國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)對(duì)于滾筒烘絲機(jī)的研究有較多的評(píng)價(jià)和分析。楊斌等[6]對(duì)HXD前后煙絲中堿性香味成分的變化進(jìn)行了研究，朱勇等[7]對(duì)制絲線(xiàn)主要熱加工工序的薄板烘絲機(jī)工序前后致香成分的變化進(jìn)行了研究，而對(duì)葉絲就地風(fēng)選的研究大多都是在全過(guò)程采用同一套參數(shù)進(jìn)行加工而忽略了烘絲機(jī)在倒料階段流量過(guò)大而導(dǎo)致的堵料現(xiàn)象以及風(fēng)選后葉絲流量波動(dòng)較大，對(duì)卷煙的精細(xì)化加工帶來(lái)不利影響。

為解決制絲薄板生產(chǎn)線(xiàn)葉絲風(fēng)選后流量波動(dòng)較大以及葉絲風(fēng)選工序?qū)Ω泄倨焚|(zhì)影響較大等問(wèn)題，筆者利用PLC程序?qū)?臺(tái)薄板干燥機(jī)進(jìn)料累計(jì)重量的一致性和葉絲風(fēng)選機(jī)在薄板烘絲機(jī)倒料階段設(shè)備參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。最后，以感官質(zhì)量為因變量，并采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)法[8-11]對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的葉絲風(fēng)選參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究，旨在為卷煙產(chǎn)品在黃山品牌專(zhuān)線(xiàn)的順利轉(zhuǎn)線(xiàn)提供技術(shù)支撐，為卷煙的精細(xì)化加工提供理論依據(jù)。

1 問(wèn)題分析

（1）黃山品牌專(zhuān)線(xiàn)薄板生產(chǎn)線(xiàn)采用2臺(tái)并聯(lián)式薄板烘絲機(jī)進(jìn)行加工，2臺(tái)烘絲機(jī)型號(hào)均為KLD2-3-2Z，設(shè)計(jì)能力3 000 kg/h。切后葉絲首先通過(guò)雙向輸送帶，分別進(jìn)入2臺(tái)喂料機(jī)，經(jīng)過(guò)薄板烘絲加工后，又匯合至同一條輸送帶進(jìn)入葉絲風(fēng)選機(jī)，具體流程見(jiàn)圖1。在實(shí)際生產(chǎn)中，由于物料分配控制程序存在不足，導(dǎo)致2臺(tái)烘絲機(jī)生產(chǎn)開(kāi)始和結(jié)束的同步性存在差異，造成葉絲風(fēng)選工序流量穩(wěn)定性差。

（2）葉絲風(fēng)選設(shè)備主要由進(jìn)料振槽、風(fēng)選機(jī)、網(wǎng)帶機(jī)、循環(huán)風(fēng)系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等組成。葉絲經(jīng)過(guò)風(fēng)選后，梗簽以及少部分未解開(kāi)絲團(tuán)、濕團(tuán)由出雜斗落下，純凈的葉絲經(jīng)過(guò)出料氣鎖進(jìn)入下道工序。設(shè)備簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2。目前整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程僅使用一套參數(shù)，在烘絲機(jī)倒料階段由于物料流量波動(dòng)，容易造成堵料。加工強(qiáng)度偏大，在感官評(píng)價(jià)過(guò)程中風(fēng)選后葉絲感官質(zhì)量下降較為明顯。

選取了黃山某甲級(jí)牌號(hào)葉絲，聘請(qǐng)7位感官評(píng)價(jià)專(zhuān)家對(duì)風(fēng)選前后的感官質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，感官質(zhì)量采用煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 415—2011 煙草在制品感官評(píng)價(jià)方法進(jìn)行打分。平均得分從85.5降至84.7，主要表現(xiàn)在香氣質(zhì)、香氣量下降，煙氣滿(mǎn)足感不足，雜刺感略有下降，具體見(jiàn)表1。

2 控制程序和加工參數(shù)優(yōu)化

2.1 PLC程序優(yōu)化

選取黃山某甲級(jí)牌號(hào)A組進(jìn)行測(cè)試，理論總重量9 800 kg。生產(chǎn)穩(wěn)定時(shí)，對(duì)雙向輸送帶分配物料的重量進(jìn)行稱(chēng)量，測(cè)量5次，取平均值。研究發(fā)現(xiàn)，雙向輸送帶往1號(hào)喂料機(jī)進(jìn)料的重量為5.21 kg/次，往2號(hào)喂料機(jī)進(jìn)料的重量為4.95 kg/次。在生產(chǎn)結(jié)束后，對(duì)2臺(tái)烘絲機(jī)前電子稱(chēng)累計(jì)重量和葉絲風(fēng)選后電子稱(chēng)瞬時(shí)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，測(cè)試3批，取平均值。2臺(tái)烘絲機(jī)前累計(jì)重量1號(hào)大于2號(hào)，差值為230 kg/批，葉絲風(fēng)選后電子秤流量標(biāo)準(zhǔn)偏差平均值為492 kg/h。

根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，利用PLC程序?qū)θ~絲分配程序進(jìn)行優(yōu)化，將雙向輸送帶工作延遲時(shí)間進(jìn)行調(diào)整并驗(yàn)證。往1號(hào)喂料機(jī)進(jìn)料時(shí)延遲時(shí)間增加1 s，往2號(hào)喂料機(jī)進(jìn)料時(shí)延遲時(shí)間保持不變（2 s）。與此同時(shí)，將喂料機(jī)啟動(dòng)程序更改為雙倉(cāng)同時(shí)出料。

現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證3批次，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2。從表2可以看出，優(yōu)化后2臺(tái)烘絲機(jī)前電子稱(chēng)累計(jì)重量差值降至40 kg/批，葉絲風(fēng)選后電子秤流量標(biāo)準(zhǔn)偏差降至85 kg/h。由此可見(jiàn)，2臺(tái)烘絲機(jī)的加工同步性得到了明顯提升。

2.2 葉絲風(fēng)選機(jī)工藝參數(shù)優(yōu)化

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果及模型分析。

選取葉絲風(fēng)選設(shè)備的工藝風(fēng)機(jī)頻率、回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度、進(jìn)料皮帶電機(jī)頻率三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為研究對(duì)象，采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)分析方法對(duì)葉絲風(fēng)選工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。利用Box-Behnken中心設(shè)計(jì)原理，每個(gè)參數(shù)選取3個(gè)水平，并以風(fēng)選后葉絲感官質(zhì)量得分為考察指標(biāo)。

運(yùn)用Design-Expert軟件設(shè)計(jì)一個(gè)3因素3水平組合，因素及水平設(shè)計(jì)見(jiàn)表3，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4，方差分析見(jiàn)表5。

通過(guò)Design-Expert軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到工藝風(fēng)機(jī)頻率、回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度以及進(jìn)料皮帶電機(jī)頻率對(duì)風(fēng)選后葉絲感官質(zhì)量得分的回歸方程：Z=-288.26+9.76A+2.44B+5.92C+0.025AB+6.25E-3AC+7.5E-3BC-0.18A2-0.02B2-0.09C2。式中，Z為感官質(zhì)量綜合得分，A為工藝風(fēng)機(jī)頻率，B為回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度，C為進(jìn)料皮帶電機(jī)頻率。

通過(guò)表5模型回歸分析結(jié)果可以看出，回歸模型P值為0.004 3，失擬項(xiàng)P為0.232，決定系數(shù)R2為0.964，表明此模型試驗(yàn)誤差小，可用該模型對(duì)烘后煙絲感官質(zhì)量進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)。其中A、B的P值均小于0.05，表明工藝風(fēng)機(jī)頻率和回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度對(duì)風(fēng)選后葉絲有顯著影響，3個(gè)因素影響順序從大到小依次為工藝風(fēng)機(jī)頻率、回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度、進(jìn)料皮帶電機(jī)頻率。

2.2.2 各因素的交互作用及優(yōu)化。根據(jù)回歸模型繪制各因素交互作用曲面圖（圖3～5）。工藝風(fēng)機(jī)頻率、回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度以及進(jìn)料皮帶電機(jī)頻率三因素及其交互作用對(duì)響應(yīng)值的影響可通過(guò)該組圖直觀(guān)反映出來(lái)。對(duì)該響應(yīng)面模型進(jìn)一步求導(dǎo)和解逆矩陣，可得到風(fēng)選后葉絲感官質(zhì)量的極值點(diǎn)，即工藝風(fēng)機(jī)頻率32.84 Hz、回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度82.32%、進(jìn)料皮帶電機(jī)頻率38.40 Hz，在此條件下模型預(yù)測(cè)風(fēng)選后葉絲感官質(zhì)量評(píng)分達(dá)85.63。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況，選取工藝風(fēng)機(jī)頻率33 Hz、回風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度82%、進(jìn)料皮帶電機(jī)頻率38.5 Hz的條件下對(duì)其模型進(jìn)行驗(yàn)證，試驗(yàn)重復(fù)3次，通過(guò)評(píng)價(jià)風(fēng)選后葉絲感官質(zhì)量評(píng)分為85.6，與預(yù)測(cè)值基本一致，說(shuō)明此次響應(yīng)面法所得的風(fēng)選加工工藝參數(shù)準(zhǔn)確可用。

2.2.3 烘絲機(jī)倒料階段控制程序優(yōu)化。在生產(chǎn)過(guò)程中，2臺(tái)烘絲機(jī)同時(shí)進(jìn)入倒料階段，滾筒轉(zhuǎn)速?gòu)?1 r/min提高至16 r/min，葉絲風(fēng)選進(jìn)料流量會(huì)瞬間增大，易造成葉絲風(fēng)選設(shè)備出現(xiàn)堵料現(xiàn)象。因此，將烘絲機(jī)與葉絲風(fēng)選設(shè)備的PLC控制程序進(jìn)行優(yōu)化，在烘絲機(jī)進(jìn)入倒料階段后葉絲風(fēng)選接收烘絲機(jī)的倒料信號(hào)，在一定延遲時(shí)間后風(fēng)機(jī)頻率在正常生產(chǎn)階段的基礎(chǔ)上增加3 Hz，保障物料的順利通過(guò)而不產(chǎn)生堵料現(xiàn)象。邏輯關(guān)系控制如圖6所示。

3 結(jié)論

筆者利用PLC程序提高了2臺(tái)烘絲機(jī)加工生產(chǎn)的同步性，并采用響應(yīng)面設(shè)計(jì)法對(duì)葉絲風(fēng)選生產(chǎn)過(guò)程的加工參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化研究。結(jié)果表明：優(yōu)化后2臺(tái)薄板烘絲機(jī)進(jìn)料累計(jì)重量之差由原來(lái)的平均200 kg/批降至40 kg/批，葉絲風(fēng)選后流量標(biāo)偏由原來(lái)的492 kg/h降至85 kg/h;在高速皮帶電機(jī)頻率40 Hz，工藝風(fēng)機(jī)頻率33 Hz，回風(fēng)風(fēng)門(mén)開(kāi)度85%時(shí)，風(fēng)選后葉絲雜氣和刺激性明顯降低，香氣表現(xiàn)較好，總體感官質(zhì)量最佳;同時(shí)，在薄板烘絲機(jī)倒料階段將葉絲風(fēng)選工藝風(fēng)機(jī)頻率調(diào)節(jié)至36 Hz，可以有效避免出現(xiàn)堵料現(xiàn)象。該研究為提高卷煙產(chǎn)品在黃山品牌專(zhuān)線(xiàn)精細(xì)化加工具有重要意義。但在進(jìn)行優(yōu)化試驗(yàn)時(shí)僅考慮了感官質(zhì)量的變化，而忽略了葉絲物理結(jié)構(gòu)變化以及梗簽剔除效率，這也將是今后需要深入研究的課題。

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