淺談煙草工業(yè)中的自動(dòng)控制技術(shù)

薛珺

摘要：煙草行業(yè)作為利稅大戶，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一，如何使中國(guó)煙草業(yè)加快技術(shù)創(chuàng)新，立足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，開拓國(guó)外市場(chǎng)，是煙草工業(yè)面臨的首要問(wèn)題。近年來(lái)，伴隨自動(dòng)化技術(shù)的快速發(fā)展，實(shí)現(xiàn)煙草生產(chǎn)自動(dòng)化勢(shì)在必行，這不但有利于提高生產(chǎn)率，也能幫助企業(yè)提高管理水平。文章著重分析了幾種主流控制技術(shù)在煙草生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煙草生產(chǎn)自動(dòng)化技術(shù)過(guò)程控制

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0083-01

煙草行業(yè)的消費(fèi)對(duì)象和自身發(fā)展模式具有特殊性，在趨于成熟的過(guò)程中承受著來(lái)自多方面的競(jìng)爭(zhēng)壓力和挑戰(zhàn)。這就要求煙草廠商立足于改善煙草質(zhì)量、提高產(chǎn)量以及完善生產(chǎn)管理方法。煙草工業(yè)自動(dòng)化是一個(gè)必然的趨勢(shì)，將各種先進(jìn)成熟的現(xiàn)代控制策略引入煙草生產(chǎn)線，無(wú)疑可以大大促進(jìn)煙草行業(yè)的迅速發(fā)展。煙草生產(chǎn)自動(dòng)化，具體來(lái)講分為產(chǎn)業(yè)管理自動(dòng)化和生產(chǎn)自動(dòng)化，而后者又是重中之重。

1煙草生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)化控制

煙草生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化，即采用自動(dòng)測(cè)量、顯示、控制、生產(chǎn)、分配等工具，通過(guò)各種信息流達(dá)到控制生產(chǎn)的目的。它需要把計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）引入煙草生產(chǎn)工藝流程，合理分配控制網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)總控制室遠(yuǎn)程監(jiān)控各個(gè)生產(chǎn)分部，并及時(shí)作出決策、下達(dá)命令，從而統(tǒng)一管理、協(xié)調(diào)運(yùn)作。以下對(duì)一些常用的煙草控制方案作一簡(jiǎn)要分析。

1.1 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)總線是指在微機(jī)控制設(shè)備之間實(shí)現(xiàn)雙向串行多節(jié)點(diǎn)數(shù)字通信。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)的理念是把傳感器、執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)裝置等現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備與控制系統(tǒng)用同一根電纜連接，并實(shí)現(xiàn)與高層控制設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊和信息交互。

常用的設(shè)計(jì)模式是將控制層劃分為生產(chǎn)管理層、集中控制層和設(shè)備控制層三個(gè)層次。設(shè)備管理層作為最底層，以PRO FIBUS總線為載體連接智能儀表、控制面板以及I/O設(shè)備，并借助搭載現(xiàn)場(chǎng)總線接口的控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)工藝設(shè)備的統(tǒng)籌控制。集中控制層處在中間層的位置，起到承上啟下的作用，它充當(dāng)人機(jī)交互接口，通過(guò)中央監(jiān)控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)線的狀態(tài)檢測(cè)、故障診斷、參數(shù)設(shè)定、組合操作以及報(bào)警顯示等。生產(chǎn)管理層是整個(gè)系統(tǒng)的最高層，它負(fù)責(zé)處理從多方匯集而來(lái)的信息，并完整的記錄數(shù)據(jù)，生成分析圖表。

現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煙草生產(chǎn)過(guò)程中，諸如打葉、復(fù)烤、碎片干燥等各工藝分布線的控制、運(yùn)行，并能對(duì)關(guān)鍵工藝參數(shù)進(jìn)行精確控制。如電機(jī)起停、伺服閥的平滑控制、開關(guān)閥通斷等。相比傳統(tǒng)的以模擬信號(hào)傳遞為基礎(chǔ)的控制系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)可以最大限度幾聲信號(hào)傳輸電纜的數(shù)量和鋪設(shè)距離，大大降低系統(tǒng)安裝、運(yùn)行、維護(hù)成本。

1.2 自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)

自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)集合了機(jī)械、電氣、激光、信息技術(shù)，同傳統(tǒng)的機(jī)械物流系統(tǒng)相比，省去了叉車、電梯、平面?zhèn)}庫(kù)，節(jié)約了勞動(dòng)力、提高土地利用率，實(shí)現(xiàn)物流自動(dòng)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、信息化。可以說(shuō)自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)是一個(gè)廣闊的平臺(tái)，將信息識(shí)別和傳輸、PLC控制、變頻調(diào)速、條形碼檢驗(yàn)融合與一體，實(shí)現(xiàn)貨物的自動(dòng)堆放、自動(dòng)發(fā)送，使得布局更加合理，極大提高了作業(yè)能力，實(shí)現(xiàn)卷煙先進(jìn)先出原則，體現(xiàn)煙草物流高效化的特點(diǎn)。某廠家統(tǒng)計(jì)，以庫(kù)存10000托盤為例，相比普通平面?zhèn)}庫(kù)，自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)占地僅為15%、工作人員只有原來(lái)的1/5、吞吐成本降低四成。立體倉(cāng)庫(kù)的存儲(chǔ)密度是普通倉(cāng)庫(kù)的五倍左右。

1.3 機(jī)器人視覺系統(tǒng)的應(yīng)用

由于煙草生產(chǎn)線的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，采用機(jī)器視覺系統(tǒng)代替人眼能夠提高準(zhǔn)確度同時(shí)節(jié)約人力成本。機(jī)器視覺系統(tǒng)包括照明系統(tǒng)、攝像頭、圖像后處理軟件等。機(jī)器視覺系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)非接觸測(cè)量，對(duì)于觀測(cè)者和被觀測(cè)對(duì)象不會(huì)產(chǎn)生任何干擾和損害，大幅提高系統(tǒng)可靠性；光譜響應(yīng)范圍寬廣，例如采用紅外線測(cè)量，可以有效擴(kuò)展視覺范圍；實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間定點(diǎn)觀測(cè)，肉眼長(zhǎng)時(shí)間觀察同一對(duì)象極易疲勞，而機(jī)器視覺系統(tǒng)可以在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間階段內(nèi)完成分析、測(cè)量、識(shí)別任務(wù)。

1.4 伺服技術(shù)在煙草行業(yè)中的發(fā)展

在煙草業(yè)，伺服技術(shù)多用于煙草分包傳送、包裝、濾棒成型、煙草物流自動(dòng)配送。目前，防偽要求不斷提高，基本的機(jī)械傳動(dòng)功能已面臨淘汰。例如彩膜定位包裝，該系統(tǒng)采用高性能伺服電機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制器、觸摸屏，極大改善了防偽性能。彩膜定位包裝要借助高精度伺服電機(jī)，同時(shí)要求伺服電機(jī)的跟蹤精度高，具有良好的機(jī)械特性和較大的剛度。

實(shí)際控制中，借助編碼器實(shí)時(shí)跟蹤主軸位置，主軸每旋轉(zhuǎn)一周，伺服電機(jī)帶動(dòng)包裝膜行進(jìn)一個(gè)步長(zhǎng)，一旦檢測(cè)到色標(biāo)，通過(guò)高速輸入通道，緩存當(dāng)前主軸編碼器位置，并立即同預(yù)設(shè)值比較，及時(shí)將信息反饋回控制中心，并調(diào)整伺服電機(jī)參數(shù)，使檢測(cè)到薄膜色標(biāo)時(shí)，主軸恰好位于設(shè)定位置，實(shí)現(xiàn)煙盒圖案和薄膜圖案的精確重疊[1]。

同時(shí)伺服技術(shù)在自動(dòng)配送設(shè)備中也有應(yīng)用。國(guó)外的煙草機(jī)械設(shè)備性能卓越，但造價(jià)過(guò)于昂貴。目前，國(guó)內(nèi)已有不少煙草生產(chǎn)廠商著手煙草設(shè)備研發(fā)工作，并取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。如一條130煙道生產(chǎn)線，伺服設(shè)備可以將香煙準(zhǔn)確投遞到輸送帶，再由輸送帶向后輸送，進(jìn)行打包裝箱。由于輸送帶運(yùn)行速度較快，整條香煙打出后，還要求每個(gè)煙道打出的香煙條在傳送帶上均勻排布。這就體現(xiàn)出伺服系統(tǒng)的高響應(yīng)速度。

1.5 RFID自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

RFID是無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的簡(jiǎn)稱，它通過(guò)電磁傳播或電磁感應(yīng)方式，使用讀寫設(shè)備，采用非接觸方式對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行讀取ID信息和數(shù)據(jù)寫入任務(wù)。RFID區(qū)別于傳統(tǒng)條碼的關(guān)鍵點(diǎn)在于，它摒棄了傳統(tǒng)光學(xué)方法識(shí)讀，而是通過(guò)電波方式在機(jī)器和標(biāo)簽之間建立雙向數(shù)據(jù)通信模式，完全實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)識(shí)別。就像手機(jī)通信一樣，RFID以問(wèn)答形式進(jìn)行掃描，可以在沒(méi)有直射和反射光的環(huán)境下對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行讀寫和修改，并且可以建立與多個(gè)標(biāo)簽的并行式會(huì)話。RFID的優(yōu)點(diǎn)是突出的，穿透能力強(qiáng)、非接觸式測(cè)量、多標(biāo)簽同時(shí)識(shí)別、允許遠(yuǎn)距離識(shí)讀，同時(shí)信息存儲(chǔ)量大、可以實(shí)時(shí)改寫數(shù)據(jù)。煙草物流中的原材料配送、卷煙出廠、庫(kù)存管理、盤點(diǎn)、運(yùn)輸，都可以引入RFID自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)[2]。鑒于目前的發(fā)展態(tài)勢(shì)，在供應(yīng)鏈管理、托盤運(yùn)輸和倉(cāng)儲(chǔ)物流方面，RFID擁有廣闊的應(yīng)用前景。

2結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前時(shí)代，高新技術(shù)逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，各大企業(yè)求發(fā)展、講效率，煙草行業(yè)作為傳統(tǒng)工業(yè)迫切需要借助先進(jìn)的控制技術(shù)改善原有生產(chǎn)、管理模式，整合改造業(yè)務(wù)流程。伴隨經(jīng)濟(jì)全球化的腳步，提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本、不斷施行技術(shù)創(chuàng)新將是煙草企業(yè)生存發(fā)展的首要目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1] 中國(guó)自動(dòng)化網(wǎng)市場(chǎng)研究部.伺服行業(yè)應(yīng)用系列報(bào)告：煙草，撲朔迷離[J].冶金經(jīng)濟(jì)與管理，2011（6）.

[2] 姚慶豐.煙草生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)解析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2011（18）.