陳天麗，汪 魁，桂 圓，沈 偉，李 林

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040）

0 引言

濾棒甘油含量與濾棒固化后的硬度為正相關(guān)[1]，是綜合評(píng)價(jià)濾棒加工性能和質(zhì)量的一個(gè)重要的技術(shù)指標(biāo)。它不僅與濾棒的重量、吸阻密切相關(guān)，還會(huì)影響濾棒的外觀質(zhì)量，繼而影響卷煙與濾棒的接裝質(zhì)量及效率，影響消費(fèi)者的感官體驗(yàn)，因此甘油施加量的多少對(duì)濾棒的質(zhì)量有重要作用[2]。目前國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)濾棒成型設(shè)備中沒(méi)有在線甘油含量檢測(cè)及調(diào)節(jié)裝置，檢測(cè)方式采用的是氣相色譜儀檢測(cè)[3]、近紅外漫反射光譜法進(jìn)行離線計(jì)量檢測(cè)驗(yàn)證[4]，離線檢測(cè)所需時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)時(shí)性較差、過(guò)程慢。其中，微波檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域內(nèi)得到了應(yīng)用和研究：侯紹林研究微波技術(shù)結(jié)合機(jī)器人學(xué)習(xí)對(duì)超寬帶紡織品含水量進(jìn)行微波檢測(cè)[5]；彭峋在復(fù)合濾棒微波在線檢測(cè)剔除控制系統(tǒng)中也采用了微波技術(shù)并實(shí)現(xiàn)了對(duì)不合格濾棒制品的剔除[6]。國(guó)內(nèi)在線濾棒甘油在線檢測(cè)調(diào)節(jié)的研究主要集中在甘油的在線檢測(cè)方法以及對(duì)不合格濾棒制品的剔除方面，甘油調(diào)節(jié)方式仍采用人工手動(dòng)調(diào)整，人為對(duì)機(jī)組的參數(shù)調(diào)整和調(diào)整的幅度具有很強(qiáng)的主觀性，而目前對(duì)甘油含量的在線自動(dòng)調(diào)節(jié)還屬于空白階段。因此，設(shè)計(jì)一種濾棒含量甘油在線檢測(cè)自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置尤為重要。本文在此背景下利用流量調(diào)節(jié)閥、控制器研究出一套甘油含量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件單元

在線甘油含量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置主要由硬件單元和軟件單元組成，硬件單元主要包括絲束微波檢測(cè)頭、濾棒微波檢測(cè)頭、工控機(jī)人機(jī)界面、甘油含量控制器和甘油霧化噴涂機(jī)構(gòu)。其中甘油霧化噴涂機(jī)構(gòu)包括甘油劑箱、甘油劑泵、甘油劑泵電機(jī)、流量調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥控制器和若干甘油噴霧嘴（圖1）：甘油劑泵的入口通過(guò)甘油泵抽吸管與甘油劑相連，甘油劑泵電機(jī)與甘油劑泵相連；流量調(diào)節(jié)裝置包裝流量調(diào)節(jié)閥入口、出口和回流口3 個(gè)部分。其中，流量調(diào)節(jié)閥出口管道連接甘油噴霧嘴，流量調(diào)節(jié)閥的入口通過(guò)調(diào)節(jié)閥入口管道與甘油劑泵的出口相連，流量調(diào)節(jié)閥的回流口通過(guò)調(diào)節(jié)閥回流管與甘油劑箱相連；甘油噴霧嘴均設(shè)置在濾棒成型機(jī)的甘油噴霧室內(nèi)，噴霧嘴數(shù)量可選1～7 個(gè)，帶加熱功能；甘油噴霧室內(nèi)設(shè)置有噴霧嘴安裝箱，該箱的頂部設(shè)置有可活動(dòng)的門；甘油噴霧室的底部通過(guò)噴霧室回流管與甘油劑箱相連；工控機(jī)人機(jī)界面與濾棒成型機(jī)的電控柜相連，在線自動(dòng)調(diào)節(jié)甘油噴灑量裝置，用于各種濾嘴成型機(jī)組；甘油含量控制器外接濾棒成型機(jī)的剔除機(jī)構(gòu)。

圖1 甘油自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)

1.2 控制單元

絲束微波檢測(cè)頭檢測(cè)到絲束甘油含量并把信號(hào)發(fā)送給甘油含量控制器，濾棒微波檢測(cè)頭檢測(cè)到濾棒的甘油含量并把信號(hào)發(fā)送給甘油含量控制器，根據(jù)檢測(cè)甘油含量判斷執(zhí)行下一步動(dòng)作。通過(guò)工控機(jī)人機(jī)界面設(shè)置甘油含量自動(dòng)調(diào)整的門檻值，門檻值即微波檢測(cè)濾棒甘油含量系統(tǒng)設(shè)置的剔除上下限，超過(guò)設(shè)定門檻值時(shí)，甘油含量控制器將發(fā)出控制指令給流量調(diào)節(jié)閥控制器，流量調(diào)節(jié)閥控制器驅(qū)動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)甘油輸送到噴霧嘴的流量，進(jìn)而調(diào)整甘油的噴灑量，從而實(shí)現(xiàn)絲束甘油噴灑量在線自動(dòng)調(diào)節(jié)。

控制原理如圖2 所示：在甘油泵和噴霧嘴之間加入一個(gè)帶流量調(diào)節(jié)閥控制器的流量調(diào)節(jié)閥，用來(lái)調(diào)節(jié)送到噴霧嘴的甘油流量；流量調(diào)節(jié)閥的入口A 的流量一部分從出口B 輸出到噴霧嘴，剩余部分通過(guò)回流口C 流回甘油劑箱；流量調(diào)節(jié)閥控制器接收來(lái)自甘油含量控制器的控制信號(hào)，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的出口B 的流量，即調(diào)節(jié)噴霧嘴的噴灑量；甘油噴霧室內(nèi)可活動(dòng)的門開(kāi)度不變時(shí)，通過(guò)改變噴霧嘴甘油的噴灑量來(lái)改變?yōu)V棒的甘油含量。其中流量調(diào)節(jié)閥由不銹鋼制成，承壓為16 bar/25 bar/40 bar（1.6 MPa/2.5 MPa/4.0 MPa），適用于介質(zhì)黏度＜600 mm2/s（cSt）、響應(yīng)時(shí)間＜0.2 s、控制精度＜0.2%的情況；如果流量調(diào)節(jié)閥控制結(jié)果不足以調(diào)整甘油的含量，則甘油含量控制器通過(guò)與成型設(shè)備剔除機(jī)構(gòu)通信控制不合格嘴棒的剔除。

圖2 甘油自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置原理

2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)試設(shè)計(jì)

（1）測(cè)試設(shè)備。ZL29 設(shè)備（許昌煙草機(jī)械有限責(zé)任公司）安裝甘油微波濾棒甘油含量檢測(cè)裝置，設(shè)備滿速4700 支/min 運(yùn)行30 min 不停機(jī)。

（2）測(cè)試原輔料標(biāo)準(zhǔn)、醋酸纖維絲束3.9Y/31000，增塑劑為煙用三乙酸甘油脂（簡(jiǎn)稱“甘油”）。

（3）測(cè)試工藝參數(shù)。增塑劑儀表顯示值（60±2）mg，濾棒增塑劑施加比例為8%±1%。

（4）微波檢測(cè)濾棒甘油含量系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置.設(shè)置系統(tǒng)檢測(cè)甘油含量剔除上下限分別為9%和7%。正常生產(chǎn)時(shí)，活門開(kāi)度為58 mg，系統(tǒng)顯示的甘油含量為8.25%。

試驗(yàn)1：設(shè)定濾棒甘油含量大于9%時(shí)，啟動(dòng)甘油噴灑量的自動(dòng)調(diào)整，觀察在線甘油自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置調(diào)整效果。

試驗(yàn)2：設(shè)定濾棒甘油含量小于7%，啟動(dòng)甘油噴灑量的自動(dòng)調(diào)整，觀察在線甘油自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置調(diào)整效果。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

調(diào)整活門開(kāi)度到62 mg，系統(tǒng)顯示的甘油含量為9.05%。打開(kāi)甘油噴灑量的自動(dòng)調(diào)整功能，系統(tǒng)檢測(cè)到此時(shí)濾棒甘油含量超標(biāo)，自動(dòng)啟動(dòng)甘油噴灑量的自動(dòng)調(diào)整。觀察系統(tǒng)顯示的甘油含量，當(dāng)甘油含量到達(dá)8.5%時(shí)，此次甘油噴灑量自動(dòng)調(diào)整結(jié)束，甘油含量趨于穩(wěn)定。

通過(guò)流量閥泄掉部分甘油，系統(tǒng)顯示的甘油含量為6.90%。此時(shí)打開(kāi)甘油噴灑量的自動(dòng)調(diào)整功能，系統(tǒng)檢測(cè)到此時(shí)濾棒甘油含量超標(biāo)，自動(dòng)啟動(dòng)甘油噴灑量的自動(dòng)調(diào)整。觀察系統(tǒng)顯示的甘油含量，當(dāng)甘油含量到達(dá)7.5%時(shí)，此次甘油噴灑量自動(dòng)調(diào)整結(jié)束，甘油含量趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

針對(duì)微波檢測(cè)濾棒甘油含量裝置不能在線自動(dòng)調(diào)節(jié)甘油噴灑量的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種全新的基于微波技術(shù)的濾棒甘油含量在線調(diào)節(jié)裝置。甘油在線自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置與微波甘油含量檢測(cè)系統(tǒng)相連，通過(guò)微波對(duì)濾棒甘油含量在線檢測(cè)，反饋到甘油霧化噴涂機(jī)構(gòu)用于在線調(diào)節(jié)甘油噴灑量，進(jìn)而對(duì)甘油噴涂實(shí)現(xiàn)閉環(huán)自動(dòng)控制。