摘" 要：為保證制絲線流量精準控制，消除批次內設備啟停頻繁問題，保障切絲質量，設計基于流量匹配的精準化控制模式，利用數據統(tǒng)計分析、PLC技術和數字化表征開展流量匹配性研究。以氣流烘絲線為試點，實現(xiàn)儲柜恒流量出料，設定流量匹配參數，并通過實驗確定最佳設置，實現(xiàn)儲柜出料與切絲、烘絲的流量匹配。將流量匹配參數應用于自動控制系統(tǒng)，自動調節(jié)儲柜底帶頻率，提示切絲和烘絲生產啟動，批次內設備啟停次數降至0次，設備連續(xù)運行，消除絮狀煙絲，保障切絲質量。年節(jié)省原料約5 000 kg，節(jié)約成本約50萬元。

關鍵詞：制絲線；精準化控制；流量匹配；設備起停；切絲質量

中圖分類號：TS43" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）33-0173-06

Abstract： In order to ensure the precise control of the flow rate of the silk-making line， eliminate the problem of frequent start-up and stop of equipment within the batch， and ensure the quality of shredded wire， a precise control mode based on flow matching is designed， and the flow matching research is carried out using data statistical analysis， PLC technology and digital representation. Taking the airflow drying line as a pilot， the constant flow discharge of the storage cabinet is realized， the flow matching parameters are set， and the optimal settings are determined through experiments to achieve the flow matching of the storage cabinet discharge and shredded wire and drying. The flow matching parameters are applied to the automatic control system to automatically adjust the frequency of the bottom belt of the storage cabinet， prompt the start of shredded wire and drying production， and the number of equipment starts and stops within the batch is reduced to 0. The equipment runs continuously， eliminating flocculent shredded tobacco and ensuring the quality of shredded wire. It saves about 5，000 kg of raw materials and about 500，000 yuan in costs annually.

Keywords： silk-making line; precise control; flow matching; equipment starts and stops; shredded wire quality

精準化、智能化和質效提升[1]是卷煙廠的重要發(fā)展要求。制絲生產線距離長、設備多，每個工藝段包含多個主機和眾多輔連設備。為保障生產連續(xù)不斷流，一般流量設置為上游大于下游，但會導致批次內設備頻繁啟停，影響切絲質量。王翔飛等[2]設計了打葉復烤工序間流量匹配性計算方法，提供了流量匹配的思路；趙志新等[3]設計了煙草儲柜出料底帶自動調速裝置，解決了出柜料位異常問題。但目前，卷煙廠制絲線流量不匹配問題[4]依然未得到很好解決。本文以氣流烘絲線為研究對象，進行流量匹配性研究，旨在減少批次內設備啟停，保障煙絲質量穩(wěn)定性。

1" 問題分析

1.1" 存在的問題

黃山品牌專線制絲線[5]獲評省級數字化車間，自動化和數字化水平高，是國內設備最為先進的制絲線之一，滿足各項工藝質量要求。但傳統(tǒng)控制模式下，氣流烘絲線存在儲柜出料流量大于切絲流量，切絲流量大于烘絲流量的問題。這雖確保了來料供應充足，但導致上游設備頻繁啟停，如儲柜到切絲前喂料倉、切絲到烘絲前喂料倉，在倉滿時都存在頻繁啟停的情況。不僅增加了設備磨損，還影響了切絲質量，尤其是切絲機啟停時會出現(xiàn)絮狀煙絲。經統(tǒng)計，平均每批次產生絮狀煙絲重量約為2.5 kg。

1.2" 原因分析

調查9個批次的相關運行數據，統(tǒng)計設備啟停情況見表1。

從以上數據分析，切絲流量比烘絲流量大1 000～1 400 kg/h，且平均每批次切絲停機5次、切絲前設備停機4.77次，停機過于頻繁。綜上所述，必須在保障生產線前后物料流量供應充足的前提下，避免物料過多而產生設備頻繁啟停，即要對整線的流量匹配性進行優(yōu)化研究。

2" 流量匹配性的研究與應用

以氣流烘絲線為例，涉及流量控制[6]的3個關鍵環(huán)節(jié)，分別是儲柜出料控制[7]、切絲流量控制和烘絲流量控制。流量匹配性的研究，要實現(xiàn)每批次生產時，上下游流量動態(tài)平衡，消除設備頻繁啟停和絮狀煙絲，實現(xiàn)生產線物料運行的精準控制。主要實現(xiàn)以下3方面的流量控制研究：①儲柜出料恒流量控制方式研究；②儲柜出料流量與切絲流量的匹配性研究；③切絲流量與烘絲流量的匹配性研究。

2.1" 儲柜出料恒流量控制方式

研究生產線流量匹配時，需優(yōu)先解決儲柜出料流量穩(wěn)定性[8]問題。傳統(tǒng)人工調節(jié)底帶頻率存在局限性，易導致堵料和物料流量不均。借鑒容重概念，相同牌號的葉組配方、投料重量和含水率一致，進柜比例和堆積形態(tài)也基本一致，圖1為儲柜中物料堆積橫截面輪廓，其中物料在底帶的堆積寬度Y、物料斜面角度θ及傳感器距底帶高度h都是一致的。由于儲柜出口無電子秤，恒流量出柜控制的關鍵在于保持體積流量恒定[9]。

在接近于儲柜出料口，且與出料耙保持一定距離的位置，設置一對高精度距離傳感器，儲柜恒流量控制示意圖如圖1所示。通過傳感器檢測出物料距離，則實時的物料高度X為

X=h-（h1+h2）/2， （1）

式中：h為傳感器距底帶高度；h1為傳感器1距物料高度；h2為傳感器2距物料高度。

近似的計算截面積S為

S=X（Y-X×cot θ）， （2）

式中：θ為物料斜面角度。

在物料堆積平穩(wěn)的區(qū)域，儲柜出料流量也是穩(wěn)定的，此時的儲柜底帶頻率記為穩(wěn)定出柜頻率，為實現(xiàn)物料恒流量出柜，實時底帶頻率F可按式（3）計算

F=F0S0 /S， （3）

式中：F0為穩(wěn)定出料頻率；S0為穩(wěn)定出柜時物料橫截面面積。

由公式（2）可得穩(wěn)定出柜時物料橫截面面積S0計算公式如下

S0=X0（Y-X0×cot θ）， （4）

式中：X0為平穩(wěn)區(qū)域的物料高度。

對于確定的牌名X0、θ、h、F0等可通過測量和實際生產得到確定數值，其中F0為下文中計算的穩(wěn)定出料頻率。

料位高度檢測點，距儲柜出口具有水平距離L，所以需要根據編碼器的數值來準確控制出料。以底帶前進10 mm為一個控制單元，當貯柜底帶每前進10 mm時，隊列一個高度數據，當隊列了個數據時，即為物料運行到出料口的實際高度， 如圖2所示?？筛鶕顺隽峡谖锪细叨葦祿匆欢ㄋ惴ㄕ{整底帶頻率，使貯柜出料量均勻穩(wěn)定。

2.2" 流量匹配性的表征參數設計

當前切絲流量與烘絲流量的匹配情況存在顯著的供大于求的問題，且儲柜出料流量也顯著大于切絲流量。為更加準確衡量生產線關鍵節(jié)點流量的匹配情況，項目組對調查的數據進行分析和整理，并自主設計相關表征參數[10]。

能夠直接記錄和讀取的參數，包括儲柜容量（M1，單柜為單柜儲存量，雙柜進料時為2倍）、設定進柜百分比（η1）、實際進柜重（M2）、底帶頻率（f）、切絲機流量（FL1）和烘絲機流量（FL2），切-烘流量差（ΔM）可以直接計算得出，且已在表格中顯示。這些數據易查和記錄，但在表征流量匹配性方面，仍不夠直觀和充分。所以，根據現(xiàn)有數據，設計表征流量匹配性的相關參數，具體見表2。

2.3" 流量匹配性表征參數的可靠性調查統(tǒng)計

以前期調查的9個批次數據為例，儲柜設計容量為8 000 kg，通過已知數據計算表2中的參數1—6，見表3。

分析數據，得出以下結論。

第一，實際進柜量低于設定百分比，導致重量長度比小于1。

第二，出料均來自單柜。

第三，切絲流量顯著高于烘絲流量，比值平均為1.25，切絲機停機頻繁。

第四，出柜流量系數和切絲流量與出柜流量系數比這2個參數中，后者更準確地反映了出柜流量與切絲流量的匹配性。該值越大，切絲前設備停機次數越少；該值越小，則停機次數增多。

2.4" 確定參數設置值

根據之前的結論，對同一牌名進行了探索性實驗和統(tǒng)計分析。分別對切-烘絲流量比、出柜流量系數以及2個生產段啟動前的出料量進行優(yōu)化，以尋找最佳參數匹配。實驗步驟如下。

2.4.1" 切絲與烘絲的流量匹配

因烘絲流量是工藝要求的固定值，所以通過減小切絲流量，來實現(xiàn)切絲與烘絲流量匹配，實驗數據見表4。

數據表明，通過減小切絲流量，流量比為1.00，可以顯著減少切絲機停機情況，基本消除切絲機停機情況。

2.4.2" 出柜流量與切絲流量的匹配

基于第一步實驗結果，進一步確定出柜流量與切絲流量的匹配。因每批次進柜量和重量長度比存在差異，所以通過調節(jié)儲柜底帶頻率，確定合適的出柜流量系數和切絲流量與出柜流量系數比，以實現(xiàn)兩者流量匹配，具體數據見表5。

數據表明，降低出料底帶頻率可顯著減少切絲前喂料倉的停機次數。進一步減小底帶頻率，以確認能夠最大限度地減少喂料倉停機次數，數據見表6。

數據表明，通過降低切-烘絲流量比和出柜底帶頻率，能夠實現(xiàn)批次內切絲機基本不停機，而切絲前喂料倉（包括儲柜出柜部分）完全不停機，如圖3所示。

2.4.3" 喂料倉的緩沖數據

在前2步的基礎上，確定2個喂料倉的緩沖數據。在2個儲柜不同出料量情況下，且喂料倉未滿倉時，啟動切絲、烘絲，測試生產線運行情況。通過多次實驗，確定最佳的參數，同樣展示最佳狀態(tài)的9個批次，數據見表7和表8。

以上數據顯示，通過調節(jié)切絲機流量和儲柜底帶頻率，以及控制2個喂料倉的緩沖量，可以實現(xiàn)批次內設備連續(xù)運行不停機，消除絮狀煙絲。最佳參數為：切-烘絲流量比1.00，儲柜出料流量指數約19.80，切絲流量與出柜流量系數比約257.55，切絲機過料時儲柜剩余55.46%，烘絲機過料時切絲重量為968 kg。

2.5" 設置對應參數，優(yōu)化自動控制系統(tǒng)

通過實驗和分析，確定了切-烘絲流量比、切絲流量與出柜流量系數比，以及切絲啟動時儲柜出料百分比和烘絲啟動時切絲累積量對生產線流量匹配性的重要性?？刂葡到y(tǒng)根據烘絲流量設定和不同批次實際物料量自動計算適宜的切絲流量和出柜底帶頻率，并根據儲柜剩余百分比和切絲累積量自動提示中控啟動切絲和烘絲，提高生產精準性、智能性和效率。優(yōu)化后的控制系統(tǒng)[11]將實現(xiàn)以下工作步驟。

第一，讀取儲柜數據。組合啟動后，開啟出柜的同時，系統(tǒng)自動讀取儲柜進料重量M2、進柜百分比η1。

第二，出柜頻率自動計算。根據σ1、M1和前面統(tǒng)計的σ2，計算最佳頻率f=σ2（M1η1）/（M2σ1）。

第三，切絲啟動提示。出柜出料，至剩余百分比降低到η6 時，啟動切絲。

第四，烘絲啟動提示。切絲累積量，當達到M3時，系統(tǒng)啟動烘絲。

表8" 流量匹配前后停機和絮狀煙絲對比表

3" 結束語

以上措施應用到實際生產后，探索出了氣流烘絲線全線流量匹配性的規(guī)律，并應用于生產線自動控制中，氣流線的生產流程更加順暢，且消除了批次內設備啟停的情況，取得了良好的效果。

1）繼續(xù)跟蹤3個月生產情況，批次內相關設備停機次數保持為0，保障了設備運行的連續(xù)性。

2）切絲機停機次數減少，消除了絮狀煙絲，由每批2.5 kg下降為0 kg，保障了切絲質量穩(wěn)定，每年按至少生產2 000批次計算，可節(jié)約煙絲5 000 kg，節(jié)約費用50萬元以上。

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