尹鑫，崔巖，楊建新，牛啟帆，楊光露，張亞凱

（1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽卷煙廠，河南南陽，473007；2.北京航天拓?fù)涓呖萍加邢挢?zé)任公司，北京，100176）

關(guān)鍵字：卷煙加工；制絲線；分段啟停；節(jié)能降耗

0 引言

近些年，制造業(yè)的快速發(fā)展，在推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時，也在一定程度上消耗了大量的能源，加劇了國家的能源供應(yīng)壓力。在這種形式下，國家提出降本增效和碳達(dá)峰，在這種形勢下，煙草行業(yè)也開展一系列的節(jié)能降耗研究。由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，傳統(tǒng)煙草制絲生產(chǎn)模式采用粗放型模式。生產(chǎn)工序眾多，生產(chǎn)過程中，設(shè)備控制模式以工藝段作為劃分條件采用倒序啟動，造成物料下游工序設(shè)備空轉(zhuǎn)運行，帶來能源浪費的同時，也加重了設(shè)備自身損耗，增加維修費用和工時。因此，本文創(chuàng)新研究和設(shè)計新型制絲線生產(chǎn)控制模式，在滿足工藝生產(chǎn)要求下，實現(xiàn)設(shè)備之間的分段無縫銜接啟動，大大縮短設(shè)備空轉(zhuǎn)待料時間，從而實現(xiàn)減少能源浪費和資料消耗，達(dá)到降本增效的目的。

1 傳統(tǒng)組織生產(chǎn)模式

卷煙制絲生產(chǎn)線是流水輸送線，設(shè)備分主機(jī)設(shè)備和輔聯(lián)設(shè)備，主機(jī)設(shè)備主要承擔(dān)物料加工、工藝指標(biāo)的控制與調(diào)整，輔聯(lián)設(shè)備主要完成物料的輸送、搬運、移動等功能。

為保證物料的連續(xù)運行，工藝段、單元內(nèi)設(shè)備啟動的順序總是逆著物料的運動方向順序啟動，如圖1所示。設(shè)備全部啟動后，等待物料輸入。由于物料在輔聯(lián)設(shè)備上的部分工藝段需要20分鐘以上時間物料才用從工藝段的入口輸送到工藝段出口。該過程完全處于設(shè)備空運行狀態(tài)，且空運行的輔聯(lián)設(shè)備數(shù)量和工藝段的長度、設(shè)備劃分單元的大小有直接關(guān)系，單元越大、工藝段越長，空運行的輔聯(lián)設(shè)備越多，空運行能源浪費越大。

圖1 制絲線物流傳遞圖

輔聯(lián)設(shè)備功率占制絲設(shè)備總功率的77%，根據(jù)各生產(chǎn)線每天排產(chǎn)任務(wù)情況，每天輔聯(lián)設(shè)備空運行時間平均在60-120分鐘之間，每批次輔聯(lián)設(shè)備平均空運行時間20分鐘左右。

在制絲生產(chǎn)線中，近幾年一些卷煙廠將工藝段細(xì)化為單元進(jìn)行控制，取得了一定的節(jié)能效果。但是由于單元結(jié)構(gòu)劃分受設(shè)備布局及工藝路線的限制，單元內(nèi)仍會存在多臺設(shè)備。單臺設(shè)備的啟停只是受單元的控制，尤其是輔聯(lián)設(shè)備，其主要實現(xiàn)物料輸送和，這一類設(shè)備并沒有和其服務(wù)的對象--物料建立直接的聯(lián)系，仍然無法實現(xiàn)輔聯(lián)設(shè)備隨物料位置的精準(zhǔn)啟停

2 分段精準(zhǔn)啟停模式研究路線

制絲線精準(zhǔn)分段啟停模式最主要是“精準(zhǔn)”，啟停的精準(zhǔn)判定是物料的精準(zhǔn)，因而制絲線精準(zhǔn)分段啟停模式研究路線如圖2所示。

圖2 研究路線示意圖

路線中首要要對生產(chǎn)線劃分，將生產(chǎn)線按照工藝段進(jìn)行劃分成一段段，然后分別對每一段的主機(jī)設(shè)備預(yù)熱、每一個輔聯(lián)設(shè)備的物料運輸時間進(jìn)行統(tǒng)計，然后對所有段的數(shù)據(jù)疊加生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行整理得出每個設(shè)備的啟動先后邏輯及啟動時間，在此基礎(chǔ)上建立物料檢測模型判斷物料是否到達(dá)和物料傳遞模型來決定如何傳遞物料信息。

3 分段精準(zhǔn)啟停模式研究內(nèi)容

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

我們以葉絲段為例，通過研究設(shè)備運行和物料輸送時間，葉絲段存在物料緩沖工序兩個；切葉絲物料緩沖工序、烘絲物料緩沖工序；把切葉絲機(jī)、烘絲機(jī)、葉絲風(fēng)選確定為主機(jī)工序。依據(jù)主機(jī)工序和物料緩沖工序把葉絲工藝段劃分為五個工序段：切葉絲物料緩沖工序段、切葉絲工序段、烘絲物料緩沖工序段、烘絲工序段、葉絲風(fēng)選工序段五個工序段。

圖3 制絲線分段啟停葉絲段劃分圖

工藝段劃分界定完畢后，我們需要采用現(xiàn)場測量等方法，對每個工藝段的生產(chǎn)用時、設(shè)備物料輸送時間和設(shè)備主要控制參數(shù)等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和資料收集。

以葉絲段為例，在葉絲段生產(chǎn)過程中，部分主機(jī)設(shè)備在生產(chǎn)前需要設(shè)備預(yù)熱、物料緩沖和預(yù)填充，以保證生產(chǎn)運行的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，針對葉絲段相關(guān)工藝設(shè)備生產(chǎn)準(zhǔn)備用時進(jìn)行現(xiàn)場測量，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

表1 葉絲段相關(guān)工藝設(shè)備生產(chǎn)準(zhǔn)備用時

3.2 物料位置信息檢測模型研究

以葉絲段為例，葉絲工藝段劃分五個工序段之后，需要對每個工序段的物料輸送情況進(jìn)行實時檢測，分析研究現(xiàn)有的物料檢測裝置，通過增加新的物料檢測裝置完善五個工序段物料檢測，實時監(jiān)控物料輸送情況。

對于物料位置的檢測，在每個設(shè)備，利用形式不同，可以感知物料變化便可以作為檢測物料位置傳感器，如對射光電管、水分儀、電子秤等，如圖4所示。

圖4 制絲線可利用物料位置檢測設(shè)備

3.3 工序段啟動控制規(guī)劃

依據(jù)物料輸送時間和物料探測裝置對葉絲段進(jìn)行分工序段啟停控制規(guī)劃，如圖5所示，目的是物料運行所到位置的設(shè)備啟動，物料未到設(shè)備處于待機(jī)狀態(tài)，減少設(shè)備空轉(zhuǎn)時間。

圖5 葉絲段分工序段啟?？刂埔?guī)劃圖

以切葉絲工序號為例，切葉絲工序段的工藝路徑為切葉絲機(jī)前喂料機(jī)到切葉絲機(jī)。該工序段涉及到喂料機(jī)提升機(jī)、輔聯(lián)設(shè)備、切絲機(jī)喂料裝置、切葉絲設(shè)備。當(dāng)切葉絲機(jī)前喂料機(jī)高料位物料檢測裝置檢測到物料時，即喂料機(jī)儲存物料滿足開機(jī)條件，延時30秒啟動喂料提升機(jī)、輔聯(lián)設(shè)備和切葉絲機(jī)喂料裝置；當(dāng)切葉絲機(jī)喂料裝置高料位物料檢測裝置檢測到物料時，即切葉絲機(jī)預(yù)填充完成，啟動切葉絲啟動運行，正常切絲生產(chǎn)；當(dāng)切葉絲機(jī)喂料裝置低料位物料檢測裝置檢測喂料機(jī)底帶物料檢測檢測到無料時，切葉絲工序停機(jī)。依照上述條件修改切葉絲工序的PLC控制程序，建立切葉絲工序段的自動啟?？刂啤?/p>

3.4 分段精準(zhǔn)控制模型效果

制絲線精準(zhǔn)控制模型的使用，重新劃分和定義了制絲線生產(chǎn)控制模型大大減少了設(shè)備的等待控制時間。對此，以葉絲段為例，我們對比新老控制模型節(jié)能效果，如表2所示，分段精準(zhǔn)控制模型在降低設(shè)備空轉(zhuǎn)和節(jié)能減耗上展現(xiàn)巨大優(yōu)勢。

表2 新老控制模型節(jié)能降耗統(tǒng)計對比表

4 結(jié)束語

本文主要闡述了制絲線生產(chǎn)控制模式的研究和改進(jìn)，在對制絲線重新工藝劃分控制單元和統(tǒng)及物料輸送精準(zhǔn)時間等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上設(shè)計制絲線分段精準(zhǔn)控制模型，有效減少設(shè)備的空轉(zhuǎn)，提高了設(shè)備效率。