甘 華，黃毅濤*，沈宇浩

（廣西中煙工業(yè)有限責任公司，廣西 南寧）

引言

近年來，隨著企業(yè)對設(shè)備安全要求的不斷提高，如何有效保護操作人員的人身安全，是每個企業(yè)都需要面對的問題，遵循安全第一始終是企業(yè)的宗旨，提升設(shè)備的安全防護是必不可少的。煙葉分揀機具有煙葉攤薄、水平加速輸送、煙葉和雜物識別、雜物剔除、允收物輸送等功能，是用于煙葉內(nèi)雜物分揀的專用設(shè)備。但是煙葉分揀機由于設(shè)計初期對安全防護考慮不完善，出現(xiàn)保養(yǎng)檢修倉門打開無法停機的情況。通過對光學箱倉門和保養(yǎng)檢修倉門加裝打開檢測信號，以及完善分揀機PLC 安全控制邏輯，實現(xiàn)煙葉分揀機安全防護改善。此文為一個煙葉分揀機安全防護改善簡介，實現(xiàn)了對分揀機機操作人員人身的有效保護，以及降低因檢修倉門打開對操作人員的損傷。

1 煙葉分揀機概況

1.1 煙葉分揀機簡介

在煙葉的生產(chǎn)過程中，除去雜質(zhì)一直是一項耗時且繁瑣的任務(wù)。隨著科技的不斷進步，煙葉分揀機已經(jīng)成為一種革命性的工具，用于改善煙草生產(chǎn)的效率和質(zhì)量。光學識別檢測在煙草生產(chǎn)中用于檢測煙葉中的雜物[1]。這些系統(tǒng)結(jié)合了光學技術(shù)和圖像處理算法，可以高速而準確地檢測并排除雜質(zhì)，從而提高煙草產(chǎn)品的質(zhì)量[2]。

分揀光學識別的核心原理是利用光學射線的特性來探測和分類物體[3]。在煙葉分揀機中，將光學射線投射到經(jīng)過傳送帶的煙葉上，然后通過反射和散射來檢測葉片表面的特定特征。這項技術(shù)的關(guān)鍵之處在于其高精度和高速度的識別能力，使其成為煙葉處理過程中的理想選擇[4]。

1.2 煙葉分揀機結(jié)構(gòu)

煙葉分揀機有兩個部分，分別為煙葉輸送部分和光學分揀部分。煙葉輸送部分由一個輸送振槽、三條高速皮帶、一條雜物輸送皮帶、一條合格煙葉輸送皮帶組成。光學分揀部分由兩個光學箱、剔除氣槍、冷卻水供應(yīng)裝置和空壓氣吹掃系統(tǒng)組成。光學箱倉門位于光學箱通道側(cè)面，見圖1。保養(yǎng)維修倉門位于光學箱掃描區(qū)上方。

圖1 光學箱倉門示意

1.3 煙葉分揀機工作原理

1.3.1 煙葉輸送部分工作原理 煙葉輸送部分的工作原理是，由輸送振槽將前端輸送來的煙葉進行攤薄，攤薄后的煙葉進入高速皮帶進行加速，三條高速皮帶對煙葉兩次加速后，使煙葉高速通過光學分揀部分的掃描區(qū)，通過掃描區(qū)后的煙葉以平拋運動的方式落入合格煙葉輸送皮帶，并輸送到下一工序，如果被掃描區(qū)判定為雜物，則雜物被剔除氣槍內(nèi)的空壓氣噴吹，改變運動方向，落入雜物輸送皮帶，將其輸送到雜物回收箱中。

1.3.2 光學分揀部分工作原理 光學分揀部分的工作原理是，兩個光學箱從箱內(nèi)發(fā)出光學射線，并將光學射線投射到掃描區(qū)，光學箱通過識別反饋回來的光學來辨別掃描誤物的性質(zhì)，煙葉等物料經(jīng)過掃描區(qū)，如果被判定為雜物，光學箱則啟動剔除氣槍剔除雜物。冷卻水供應(yīng)裝置為兩個光學箱提供冷卻水。空壓氣吹掃系統(tǒng)為兩個光學箱的光學通道空壓氣吹掃，保證光學通道無粉塵堆積。光學箱反饋識別原理見圖2。

圖2 學箱反饋識別原理

煙葉分揀機識別和分類各種類型的煙葉和雜質(zhì)需要建立煙葉模型，建立煙葉模型收集大量的煙葉樣本數(shù)據(jù)。采集的數(shù)據(jù)可能包括高分辨率的煙葉圖像，每個圖像都應(yīng)該包含單獨的煙葉和可能的雜質(zhì)。建立煙葉模型的過程均在DSP 工控機上完成。在DSP 工控機上煙葉建模見圖3。

圖3 煙葉建模

1.4 煙葉分揀機操作流程

1.4.1 開機、系統(tǒng)初始化 每次操作前，確認分揀機的光學箱倉門和保養(yǎng)檢修倉門關(guān)閉，必須將冷卻水供應(yīng)裝置的開關(guān)合上，保證冷卻水一直處于供應(yīng)狀態(tài)。光學箱啟動指示燈常亮后表明啟動完成，將控制屏上的本地/遠程鑰匙開關(guān)旋轉(zhuǎn)至遠程狀態(tài)，光學箱進入等待狀態(tài)。

1.4.2 光學箱狀態(tài)確認 光學箱進入等待狀態(tài)后，打開操作屏狀態(tài)顯示界面，進入反饋信號采集圖，此時未有物料通過掃描區(qū)，從而反饋信號采集圖應(yīng)采集到的信號應(yīng)在優(yōu)良品區(qū)，如果反饋信號采集點有在不良品區(qū)，表明在此狀態(tài)下掃描區(qū)內(nèi)有異物，需要清理掃描區(qū)內(nèi)的異物，直至采集信號全部在優(yōu)良品區(qū)內(nèi)。

1.4.3 線啟動操作流程 在控制柜上的操作面板將設(shè)備裝置設(shè)置為遠程自動狀態(tài)，確保煙葉分揀機能夠接收到線控設(shè)備的啟動信號。煙葉分揀裝置接到線控啟動信號后，切換到牌號信息界面，確認線控下發(fā)的牌號信息與實際生產(chǎn)牌號信息一致。檢查運行指示燈是否亮起。以上狀態(tài)檢查無異常后，可確認煙葉分揀機啟動正常。

1.5 煙葉分揀機存在問題

目前制絲線的煙葉分揀機上光學箱倉門和保養(yǎng)檢修倉門在打開狀態(tài)下，煙葉除雜機的輸送皮帶仍然能夠運轉(zhuǎn)，并且無報警提示，當保養(yǎng)人員現(xiàn)意外墜落情況，設(shè)備仍在運轉(zhuǎn)，從而對操作人員的人身安全有一定的安全隱患，如果生產(chǎn)過程中倉門打開，也會給產(chǎn)品質(zhì)量帶來一定的隱患。保養(yǎng)檢修倉門在設(shè)備上的位置見圖4。

圖4 保養(yǎng)檢修倉門位置

當煙葉分揀機工作時，光學箱倉門和保養(yǎng)檢修倉門打開，有可能因為其他物體落入光學箱通道內(nèi)，導致光學箱通道堵塞，從而煙葉分揀機不斷啟動剔除氣槍，使大量煙葉被誤剔至雜物輸送皮帶，容易造成雜物輸送皮帶堵塞的安全隱患，也對設(shè)備形成一定的損傷。

2 煙葉分揀機改善方案

2.1 選擇倉門檢測

（1） 采用行程開關(guān)，具有精確控制電路的通斷時間，并且包含閉合、斷開兩種信號狀態(tài)，操作簡單，安裝方便。（2） 采用光電開關(guān)，具有檢測距離長，受檢測物體的限制少。分辨率較高，可以作為高精度的位置檢測。（3）

采用接近開關(guān)，具有防水、防震、耐腐蝕性，應(yīng)用壽命長，抗干擾性強，頻率響應(yīng)快，性能穩(wěn)定。

根據(jù)現(xiàn)場觀察，發(fā)現(xiàn)煙葉分揀機內(nèi)部粉塵較大，容易產(chǎn)生積塵，如果采用行程開關(guān)或光電開關(guān)作為倉門檢測，容易造成行程開關(guān)內(nèi)觸點接觸不良或者光電開關(guān)誤檢測，降低倉門開關(guān)信號的可靠性，因此采用接近開關(guān)作為倉門檢測開關(guān)。

2.2 倉門檢測信號接入方式

（1） 采用接入皮帶電機控制回路，該方式能夠迅速切斷皮帶電機運行，防止倉門打開后有異物落入，造成設(shè)備與異物的碰撞。（2） 采用接入光學箱控制回路，該方式能夠立即切斷光學箱的電源，防止光學射線的外溢，避免光學射線對人體的傷害。（3） 采用接入安全繼電器回路，此方式能夠同時切斷煙葉輸送部分和光學分揀部分的電源，保護范圍大。

綜合各方面的因素，分析三個接入方式的利弊，決定采用接入安全繼電器回路，既能保障設(shè)備的安全穩(wěn)定運行，又能切實防止光學射線對人的傷害。

2.3 煙葉分揀機控制邏輯

由于加入了倉門檢測開關(guān)信號，因此需要對控制邏輯進行調(diào)整，在初始化完成后加入判斷，判斷倉門是否關(guān)閉，如果沒有關(guān)閉，一直在初始化完成狀態(tài)等待，當倉門關(guān)閉后，再判斷報警是否復(fù)位，如果沒有復(fù)位，一直等待復(fù)位信號后才能進行下一步，當接收到復(fù)位信號后，分揀機啟動光學箱，最后等待線控信號。新增控制邏輯見圖5。

圖5 新增控制邏輯

2.4 煙葉分揀機倉門打開報警方案

經(jīng)與操作人員溝通交流，提出煙葉分揀機倉門打開報警的要求，一是能在操作畫面上突出報警，同時具有報警記錄，二是報警信息能通過聲、光等形式進行凸顯，有效提醒設(shè)備周邊人員注意，三是在操作人員確認現(xiàn)場倉門關(guān)閉后，點擊復(fù)位按鈕消除報警信息才能啟動煙葉分揀機。

3 煙葉分揀機改善實施

3.1 保養(yǎng)檢修倉門檢測安裝

為了實現(xiàn)煙葉分揀機倉門打開停機的功能，需要在保養(yǎng)倉門增加閉合檢測開關(guān)，利用接近開關(guān)的常開觸點，接入安全繼電器回路，同時接近開關(guān)的常閉觸點接入聲光報警回路。當倉門打開時，檢測開關(guān)的常閉觸點接通報警回路。

3.2 煙葉分揀機控制邏輯設(shè)計

當報警回路接通時，PLC 檢測到報警信號，立即停止煙葉輸送部分和光學分揀部分的工作。并且需要操作人員確保倉門關(guān)閉時，在觸摸屏上復(fù)位報警后方能重新啟動。

3.3 倉門打開聲光報警安裝

聲光報警器安裝于操作屏上方，倉門打開，報警回路接通，同時觸發(fā)聲光報警器工作，聲光報警器發(fā)出分貝高的報警聲，并且不斷地閃爍著強光提醒操作人員，煙葉分揀機倉門已打開。確認倉門關(guān)閉，同時需要在操作屏上復(fù)位，報警后聲光報警器才停止報警。

4 改善效果驗證

4.1 邏輯控制驗證

為了檢驗設(shè)計的煙葉分揀機控制邏輯是否正確，采用模擬實際生產(chǎn)的方式進行驗證。

當倉門處于關(guān)閉狀態(tài)，線控給煙葉分揀機啟動信號時，煙葉分揀機能夠正常啟動，此時打開倉門，煙葉分揀機立即停止工作，聲光報警器工作，發(fā)出報警?；謴?fù)倉門關(guān)閉，操作屏復(fù)位報警信息，煙葉分揀機重新啟動。

當倉門處于打開狀態(tài)，線控給煙葉分揀機啟動信號時，煙葉分揀機無法啟動，并且聲光報警器工作，發(fā)出報警，驗證結(jié)果符合設(shè)計要求。

4.2 生產(chǎn)聯(lián)動驗證

除了煙葉分揀機自身的邏輯控制驗證外，還采取生產(chǎn)線聯(lián)動驗證，在煙葉分揀機生產(chǎn)情況下，人為打開倉門，觀察煙葉分揀機的煙葉輸送部分和光學分揀部分是否立即停止工作，前端的輸送設(shè)備是否停止供料，驗證結(jié)果為倉門打開后能夠?qū)崿F(xiàn)安全停機。

通過增加倉門檢測開關(guān)，優(yōu)化煙葉分揀機的控制系統(tǒng)，增加了倉門打開停機報警的控制邏輯，改進了倉門的安全防護措施。新增的安全邏輯控制，保障操作人員的人身安全和設(shè)備的安全運行，安裝優(yōu)化后的報警裝置，在操作屏添加煙葉分揀機的狀態(tài)信息，特別是倉門打開報警信息，為人員和設(shè)備提供全面的安全保護。完善煙葉分揀機安全操作指導書，為操作人員操作維護煙葉分揀機提供作業(yè)指導。

結(jié)束語

此次對煙葉分揀機的安全防護改善，有效防止因遺忘或人為誤操作打開光學箱倉門和保養(yǎng)檢修倉門導致人身傷害或設(shè)備損壞。新的煙葉分揀機控制邏輯安全性高，能夠保障操作人員的人身安全，同時提升設(shè)備運行的穩(wěn)定性。

智能分析和識別雜物的檢測在各個行業(yè)中十分重要，并且顯示了該技術(shù)如何提高產(chǎn)品質(zhì)量、安全性和生產(chǎn)效率。這是通過結(jié)合圖像處理、機器學習和實時控制等技術(shù)來實現(xiàn)的。該煙葉分揀機的安全防護改善,也驗證了這項改善方案的可行性，具有同類型設(shè)備的提供改善經(jīng)驗。