郭昌耀，高復(fù)高，董 偉，許秋軒，靳林堅(jiān)

（江蘇中煙工業(yè)有限責(zé)任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州 221000）

1 問(wèn)題分析

在煙草制絲線中，梗絲流量的穩(wěn)定性至關(guān)重要，穩(wěn)定的梗絲流量是其他工藝的基礎(chǔ)，深入分析影響梗絲流量的穩(wěn)定性的因素，結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備特點(diǎn)和工藝要求，運(yùn)用光電管等檢測(cè)器件，改進(jìn)PLC 控制程序，提高摻配精度合格率和增量比例變異系數(shù)，優(yōu)化工藝質(zhì)量，為智能化生產(chǎn)提供良好的基礎(chǔ)[2]。制絲線瞬時(shí)梗絲摻兌比例變異系數(shù)合格率為80%，變異系數(shù)合格率為影響西格瑪水平的主要因素，需要對(duì)其進(jìn)行研究和改善。流量控制一般采用控制型電子皮帶秤加喂料機(jī)加定量管，目前尚沒(méi)有批間換柜無(wú)縫銜接技術(shù)的報(bào)道，在摻兌梗絲時(shí)，有時(shí)因柜子內(nèi)存儲(chǔ)的梗絲量不能滿足生產(chǎn)需要，需要啟動(dòng)新柜子進(jìn)行梗絲摻兌，在更換柜子的過(guò)程中，由于柜子內(nèi)鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，使得物料流量在這期間會(huì)降低，影響摻兌流量增量變異系數(shù)[3]。目前對(duì)于批間更換摻兌儲(chǔ)柜的問(wèn)題點(diǎn)沒(méi)有實(shí)際具體有效的解決辦法，一旦出現(xiàn)換柜不及時(shí)或者提前換柜，勢(shì)必導(dǎo)致物料斷續(xù)或者堵料現(xiàn)象，最終都將影響摻配精度[4]。

由于摻兌流量較低，在輸送皮帶上的物料高度也較低，單位時(shí)間內(nèi)，輸送皮帶的輸送能力將受到影響，特別是在料頭階段，受上一批次的影響，留存在皮帶上的物料高度較低，難以保障供給量。在批次生產(chǎn)期間，皮帶物料高度低會(huì)造成供給不及時(shí)的現(xiàn)象，目前行業(yè)內(nèi)供給側(cè)皮帶輸送機(jī)頻率固定不變，此頻率如設(shè)置較低則會(huì)造成供給量不足，如設(shè)置較高則會(huì)造成設(shè)備頻繁啟停，不利于摻兌變異系數(shù)合格率[5]。

在定量管物料高度控制方面，現(xiàn)有的方式為根據(jù)高、中、低料位，控制上游設(shè)備的啟停，上游設(shè)備的運(yùn)行速率不受物料實(shí)際位置的影響，當(dāng)物料高度和上升速率較低時(shí)，上游設(shè)備如仍按固定的頻率運(yùn)行，則容易導(dǎo)致定量管供給不足，同理，當(dāng)物料高度和上升速率都較高時(shí)，上游設(shè)備如仍按固定的頻率運(yùn)行，則容易導(dǎo)致定量管供給過(guò)盈造成堵料，這些都將影響摻配精度的控制[6]。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 儲(chǔ)柜出料流量研究

加香在生產(chǎn)時(shí)，需要摻配一定比例的梗絲，在摻配梗絲時(shí)，有時(shí)因柜子內(nèi)存儲(chǔ)的梗絲量不能滿足生產(chǎn)需要，需要啟動(dòng)新柜子進(jìn)行梗絲的摻兌，在更換柜子的過(guò)程中，由于柜子內(nèi)鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，使得物料流量在這期間會(huì)降低，影響加香流量的穩(wěn)定性。

為此設(shè)計(jì)并增設(shè)批間換柜無(wú)縫銜接功能，在生產(chǎn)前操作工要選擇兩個(gè)摻配柜，第一摻配柜和第二摻配柜。當(dāng)批次開始前，系統(tǒng)判定第一摻配柜存量不夠下一批次使用時(shí)，會(huì)彈出提示，要求操作人員選擇第二摻配柜，批次生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)判定第一摻配柜存量即將耗盡時(shí)，會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)第二摻配柜。

第二摻配柜啟動(dòng)時(shí)，第一摻配柜和第二摻配柜底帶出料頻率會(huì)同時(shí)降低，以免摻配皮帶輸送機(jī)流量突然增大而導(dǎo)致的堵料現(xiàn)象，當(dāng)?shù)谝粨脚涔癯鐾炅蠒r(shí)，第二摻配柜的底帶出料頻率會(huì)相應(yīng)提高至正常值。總體功能的實(shí)現(xiàn)將避免因換柜不及時(shí)或者換柜過(guò)早導(dǎo)致的增量比例變異系數(shù)合格率降低的現(xiàn)象，從而保證摻配流量精度，預(yù)鋪設(shè)程序如圖1 所示。

圖1 預(yù)鋪設(shè)程序截圖

2.2 批次料頭流量穩(wěn)定性研究

為保證電子皮帶秤上物料流量的穩(wěn)定，在皮帶秤前裝有定量管，剛開始過(guò)料時(shí)，由于柜子內(nèi)鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，導(dǎo)致定量管內(nèi)剛開始物料較少。若此時(shí)電子皮帶秤啟動(dòng)過(guò)料，流量稱上的物料偏少，從而影響穩(wěn)定性。

為此增加定量預(yù)鋪設(shè)功能，在上一批次即將結(jié)束時(shí)，程序自動(dòng)降低皮帶的運(yùn)行速率，從而使皮帶上的物料高度提升，保障下個(gè)批次料頭階段物料充足，由于此過(guò)程在上批次料尾階段進(jìn)行，摻配需求量降低，所以降低皮帶速率不會(huì)對(duì)上個(gè)批次穩(wěn)定性造成影響[7]。

下面結(jié)合圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。儲(chǔ)柜物料如圖2所示。

圖2 儲(chǔ)柜物料示意圖

位置一：當(dāng)煙堆既沒(méi)有遮擋光電管2 也沒(méi)有遮擋光電管3時(shí)，說(shuō)明煙堆前端距離撥料輥有較長(zhǎng)的空檔區(qū)。

位置二：當(dāng)煙堆遮擋住光電管2，并由接近開關(guān)探測(cè)排鏈，并累計(jì)四個(gè)排鏈計(jì)數(shù)時(shí)，說(shuō)明煙包前端已經(jīng)運(yùn)送至貼近撥料輥的位置。

位置三：當(dāng)煙堆既遮擋光電管2 也遮擋光電管3 時(shí)，說(shuō)明儲(chǔ)柜正處于出料狀態(tài)。

位置四：當(dāng)煙堆遮擋光電管3，但是沒(méi)有遮擋光電管2 時(shí)，說(shuō)明儲(chǔ)柜內(nèi)物料存量不足。

系統(tǒng)在生產(chǎn)前設(shè)置第一出料柜和第二出料柜。①當(dāng)?shù)谝怀隽瞎翊媪枯^足時(shí)，第二出料柜保持靜止，處于煙堆位置一；②當(dāng)系統(tǒng)根據(jù)物料消耗量，判斷第一出料柜不夠下一生產(chǎn)批次使用時(shí)，第二出料柜自動(dòng)運(yùn)行，并運(yùn)行至煙堆位置二后靜止等待；③當(dāng)?shù)谝怀隽瞎裉幱跓煻盐恢盟臅r(shí)，第一第二出料柜同時(shí)運(yùn)行；④當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)柜處于五時(shí)，停止第一出料柜，第二出料柜變?yōu)榈谝怀隽瞎瘛?/p>

經(jīng)過(guò)系統(tǒng)程序邏輯判斷，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)柜的自動(dòng)切換，保障換柜期間摻配物物料精度，提高摻配物增量變異系數(shù)的合格率。自動(dòng)換柜程序如圖3 所示。

圖3 自動(dòng)換柜程序截圖

2.3 定量管物料高度穩(wěn)定性研究

定量管內(nèi)的料位高低也會(huì)影響物料流量的穩(wěn)定性，當(dāng)定量管內(nèi)料較少時(shí)，由于進(jìn)料皮帶速度不變，物料無(wú)法很快補(bǔ)充到限量管內(nèi)，物料從低料位進(jìn)入到皮帶秤時(shí)，容易導(dǎo)致皮帶稱上物料減少，流量有波動(dòng)；當(dāng)定量管內(nèi)物料較多時(shí)，物料不斷進(jìn)入皮帶秤，定量管內(nèi)物料從高料位下降到中料位，進(jìn)料輸送帶又不斷將物料送至定量管，使得定量管很快由中料位上升到高料位，導(dǎo)致帶輸送機(jī)頻繁的啟停。

為此，采用物料進(jìn)料輸送帶變頻控制，基于物料實(shí)際高度，根據(jù)物料實(shí)際高度和高度變化的速率這兩個(gè)因素，實(shí)時(shí)的控制上游皮帶機(jī)的運(yùn)行速率，其他因素不變，當(dāng)物料高度較低時(shí)，提高皮帶速率；當(dāng)物料高度變化速率較低時(shí)，提高皮帶速率。當(dāng)物料高度較高或者其變化速率較高時(shí)，同理。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，采用如下步驟：①通過(guò)光柵實(shí)時(shí)測(cè)量定量管中料位高度；②利用PLC 每隔1 s 計(jì)算定量管中料位高度差，通過(guò)高度差計(jì)算料位高度變化加速度；③將采集到的定量管高度和定量管高度變化加速度代入公式，并計(jì)算出上游設(shè)備的電機(jī)運(yùn)行頻率，P=（H-h）/H×50+K1×a。其中H 為光柵總測(cè)量高度，h 為采集到的當(dāng)前定量管中料位高度，K1為加速度配比系數(shù)，根據(jù)設(shè)備情況和工藝要求進(jìn)行整定；④將計(jì)算出的實(shí)時(shí)電機(jī)頻率賦值給上游電機(jī)控制的PLC 程序，使電機(jī)按照計(jì)算頻率運(yùn)行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明技術(shù)方案的有益效果是：現(xiàn)有設(shè)備的基礎(chǔ)上，避免了增加檢測(cè)原件所帶來(lái)的資金投入，將定量管中物料高度和高度變化加速度考慮進(jìn)去，實(shí)現(xiàn)二維控制的目的，有效抑制料位高度的波動(dòng)，使其趨于穩(wěn)定，保證定量管物料充足且不至過(guò)分充盈，從而保障電子皮帶秤上的流量穩(wěn)定?？刂七壿嬋鐖D4 所示。

圖4 控制邏輯

3 應(yīng)用效果

“梗絲增量比例變異系數(shù)控制研究與應(yīng)用”項(xiàng)目應(yīng)用于煙草行業(yè)儲(chǔ)柜出料系統(tǒng)，針對(duì)梗絲摻配過(guò)程中更換儲(chǔ)柜、批次料頭等容易出現(xiàn)流量波動(dòng)的情況，集中改進(jìn)控制，保障整批物料生產(chǎn)過(guò)程中梗絲增量比例變異系數(shù)控制穩(wěn)定，制絲線瞬時(shí)梗絲摻兌比例變異系數(shù)合格率為80%，項(xiàng)目實(shí)施后，瞬時(shí)梗絲摻兌比例變異系數(shù)合格率提升至95%以上。