煙草制絲生產(chǎn)工藝精準(zhǔn)控制的探索

牛序策，宋世川，李燕（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東 青島 266101）

煙草制絲生產(chǎn)工藝精準(zhǔn)控制的探索

牛序策，宋世川，李燕（山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠，山東 青島 266101）

本文重點對煙草制絲生產(chǎn)工藝參數(shù)精準(zhǔn)控制和影響精準(zhǔn)控制的主要因素進(jìn)行有益探索，以提高對卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的控制能力，充分發(fā)揮卷煙原料的特性和使用價值，為打造具有獨特香氣風(fēng)格和口味的中式卷煙提供核心技術(shù)。

制絲生產(chǎn)；工藝參數(shù)；精準(zhǔn)控制

近年來，隨著國家煙草專賣局“科教興煙”戰(zhàn)略的深入實施,我國卷煙產(chǎn)品的整體質(zhì)量有了顯著提高，為打造具有特色的中式卷煙，制絲生產(chǎn)線的生產(chǎn)工藝、過程控制的精準(zhǔn)性尤為重要，本文重點對實現(xiàn)制絲生產(chǎn)工藝參數(shù)精準(zhǔn)控制和影響精準(zhǔn)控制的主要因素進(jìn)行了探索。

1 精準(zhǔn)控制制絲生產(chǎn)線應(yīng)具備的特點

一條完備的精準(zhǔn)控制煙草制絲生產(chǎn)線應(yīng)具備以下特點：具有滿足分組加工、柔性制造及自身品牌特色的工藝流程；具有一流的關(guān)鍵工藝加工設(shè)備；基于MES系統(tǒng)和智能控制技術(shù)為一體的管控系統(tǒng)；具有水分、溫度及流量精準(zhǔn)控制技術(shù)等。

2 精準(zhǔn)控制制絲生產(chǎn)線的實現(xiàn)

2.1設(shè)計具有自身品牌特色的工藝流程是實現(xiàn)精確控制的前提

《中國卷煙科技發(fā)展綱要》指出，“中國卷煙科技發(fā)展的方向和目標(biāo)是以市場為導(dǎo)向，保持和發(fā)展中國卷煙的特色，大力發(fā)展中式卷煙，鞏固發(fā)展國內(nèi)市場，積極開拓國際市場，提高中國卷煙產(chǎn)品市場競爭力和中國煙草核心競爭力，保持中國煙草持續(xù)、穩(wěn)定、健康發(fā)展?！币虼嗽谛滦蝿菹?，制絲生產(chǎn)工藝流程應(yīng)滿足品牌加工特色，滿足分組加工、柔性制造的需要，提升市場競爭力。分組加工在對片煙原料的加工特性、感官特性和化學(xué)特性進(jìn)行研究、分析的基礎(chǔ)上，將原料分為主料煙、輔料煙和填充料煙模塊，分別進(jìn)行分組加工，確定不同模塊適宜的加工路徑、加工參數(shù)，以彰顯不同模塊的原料特性。

根據(jù)品牌需求及生產(chǎn)線產(chǎn)能配制一條或多條能滿足不同要求的加工路線，一般而言，可根據(jù)模塊加工的需求，配置2～3條不同加工能力的制絲生產(chǎn)線，每條線具有不同的加工路線，關(guān)鍵設(shè)備可設(shè)置不同的加工參數(shù)，如葉片松散回潮機(jī)設(shè)定不同的熱風(fēng)溫度、不同的加水量，針對不同模塊，采取不同的加工強(qiáng)度，取得不同的處理效果；葉片處理既可以一次加料，也可以兩次加料；加料前可以增溫增濕，也可以不增溫增濕；切后煙絲可以經(jīng)過薄板式干燥機(jī)干燥，也可以經(jīng)過高溫氣流干燥機(jī)干燥，還可以設(shè)定不同的干燥溫度，等等。

2.2選擇一流的工藝加工設(shè)備是實現(xiàn)精準(zhǔn)控制的關(guān)鍵

一流的工藝加工設(shè)備性能穩(wěn)定、效率高、可靠性高、故障率低，參數(shù)調(diào)節(jié)快捷、準(zhǔn)確，是實現(xiàn)精確控制的關(guān)鍵。即可選擇HAUNI、GARBUIO等世界領(lǐng)先的進(jìn)口設(shè)備，也可選擇秦皇島煙機(jī)公司、昆船公司等國產(chǎn)設(shè)備。可以選擇兩段式烘絲機(jī)、具有斷絲功能的切絲機(jī)、具有低溫工藝處理的氣流式烘絲機(jī)、具有片煙長度測量及調(diào)整切片寬度功能的切片機(jī)、多噴嘴回潮機(jī)、加料機(jī)等。

2.3基于MES系統(tǒng)、智能控制技術(shù)為一體的管控系統(tǒng)是實現(xiàn)精確控制的保障

制絲線管控系統(tǒng)主要由底層設(shè)備控制層、集中監(jiān)控層和生產(chǎn)管理層三層體系結(jié)構(gòu)構(gòu)成。工業(yè)以太網(wǎng)在制絲生產(chǎn)線監(jiān)控系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，能滿足PLC間通訊要求，TCP/IP通訊網(wǎng)構(gòu)成上層通訊鏈路，滿足集中監(jiān)控層數(shù)據(jù)通訊要求，集中監(jiān)控系統(tǒng)為ERP和MES系統(tǒng)提供生產(chǎn)、質(zhì)量等數(shù)據(jù)。MES系統(tǒng)可監(jiān)控從原材料進(jìn)廠到產(chǎn)品的入庫的全部生產(chǎn)過程，記錄生產(chǎn)過程的工藝路線，以及加工過程中所使用的材料、設(shè)備，產(chǎn)品檢驗數(shù)據(jù)以及產(chǎn)品在每個工序上生產(chǎn)的時間、人員等信息。設(shè)備控制層主要實現(xiàn)對工藝段的設(shè)備進(jìn)行控制，完成對閥門通斷、電機(jī)啟停等數(shù)字開關(guān)量和物料水分、工藝熱風(fēng)溫度、電子皮帶秤流量等工藝參數(shù)實施控制以及泵的頻率調(diào)整、薄膜閥門開度等其它控制元器件的參數(shù)化控制。生產(chǎn)管理系統(tǒng)定位于生產(chǎn)現(xiàn)場管理的業(yè)務(wù)系統(tǒng)，系統(tǒng)通過與集中監(jiān)控系統(tǒng)的配合，對MES系統(tǒng)沒有進(jìn)行管理的內(nèi)容進(jìn)行細(xì)化管理，實現(xiàn)對工單執(zhí)行過程中的跟蹤管理、操作工操作的跟蹤記錄、生產(chǎn)設(shè)備及其參數(shù)管理，以滿足制絲線現(xiàn)場管理的需求。

2.4穩(wěn)定的物料流量控制系統(tǒng)是實現(xiàn)精確控制的基礎(chǔ)

制絲線物料流量控制系統(tǒng)包括切片機(jī)流量控制、葉片松散回潮機(jī)、潤葉加料機(jī)、烘絲機(jī)、多絲摻配系統(tǒng)和混合絲加香機(jī)等流量控制系統(tǒng)。要求切片機(jī)切后煙片厚度均勻、相鄰兩片間隔時間相等。關(guān)鍵工藝設(shè)備前端的流量控制系統(tǒng)有多種形式，主要有喂料機(jī)+定量管+皮帶秤三位一體的控制型恒流量控制系統(tǒng)、喂料機(jī)/定量管+皮帶秤兩位一體的流量穩(wěn)定系統(tǒng)和喂料機(jī)流量均衡系統(tǒng)等，一般在關(guān)鍵工藝設(shè)備前端宜采用喂料機(jī)+定量管+皮帶秤三位一體的流量穩(wěn)定系統(tǒng)，其流量穩(wěn)定性好、料倉緩存能力強(qiáng)，能保證進(jìn)入關(guān)鍵工藝設(shè)備的物料流量恒定、不斷料，為實現(xiàn)工藝參數(shù)的精確控制奠定基礎(chǔ)。

3 制絲關(guān)鍵過程精準(zhǔn)控制的探索

對制絲線工藝參數(shù)控制精度起關(guān)鍵作用的是設(shè)備控制層，以下是幾個關(guān)鍵工序的典型控制要點。

3.1切片機(jī)流量控制

常用的切片機(jī)有三刀四片和四刀五片。通常片煙箱的長度有差異，102～115cm，如何均勻地分切是切片機(jī)分切的關(guān)鍵。選用具有片煙箱長度測量功能的切片機(jī)，根據(jù)煙箱的長度自動調(diào)節(jié)切刀的位置，同時優(yōu)化切片機(jī)的控制程序，保證分切后每片厚度基本一致、兩片之間時間間隔相等，并柔和卸料，均勻排列，為后道工序精確控制創(chuàng)造條件。

控制要點：準(zhǔn)確測量片煙箱長度、等間隔分切。

3.2葉片松散回潮機(jī)水分控制

葉片松散回潮機(jī)前端配置調(diào)速皮帶、控制型電子皮帶秤，出口配置紅外水分測定儀和溫度傳感器?；爻毕到y(tǒng)是多變量控制系統(tǒng)，當(dāng)被控對象具有非線性、大滯后、強(qiáng)耦合等復(fù)雜特性，傳統(tǒng)的回潮機(jī)只在入口配置雙介質(zhì)噴嘴，不能更好地滿足加工工藝要求。可建立入口、出口雙控制回潮系統(tǒng)，分別對滾筒內(nèi)的物料進(jìn)行增溫增濕，入口回潮控制系統(tǒng)建立起水分調(diào)整平臺，即“粗調(diào)”；出口回潮控制系統(tǒng)根據(jù)出口物料水分的瞬時值進(jìn)行快速反饋調(diào)整，即“精調(diào)”。增加霧化水與物料接觸面積，以提高出口煙葉水分的穩(wěn)定性，提高卷煙產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定性。

控制要點：穩(wěn)定的物料流量、可靠的檢測裝置、優(yōu)化的控制模型和靈敏可靠的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

3.3加香（料）施加精度控制

根據(jù)配方及工藝要求，設(shè)定加香、加料比例。要保證加香加料的精度和精準(zhǔn)施加，來料流量應(yīng)測量準(zhǔn)確、穩(wěn)定、連續(xù)，控制系統(tǒng)和執(zhí)行系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，噴嘴霧化良好和噴射方向正確。既要保證加香加料的比例恒定，又要保證香料均勻施加到物料上，實現(xiàn)精準(zhǔn)施加。

通常，在加香過程中，由于多絲摻配后形成的混合絲瞬時流量波動較大，導(dǎo)致加香料液流量瞬時波動較大、加香精度低。我們可以通過喂料機(jī)、定量管、皮帶秤三位一體的恒流量控制系統(tǒng)來穩(wěn)定混合絲流量，但這樣做會增加造碎，通常僅配置一臺計量型電子皮帶秤，流量的瞬時波動是難以避免的。因葉絲主秤為控制秤，梗絲、 薄片絲、膨脹絲等為配比控制秤，從而在某一時間段（如60s），混合絲的累積量是穩(wěn)定的（即單位時間內(nèi)混合絲的流量是穩(wěn)定的），因此建議采取流量移動平均值代替瞬時流量值對加香流量進(jìn)行控制，減小混合絲流量波動引起的加香料液流量波動，提高加香的穩(wěn)定性。另外，對于流量較大的加香機(jī)還可以采用進(jìn)料段和出料段兩個噴頭實現(xiàn)加香，進(jìn)一步提高加香的均勻性。

控制要點：配置高精度皮帶秤，采取物料流量移動平均值代替瞬時流量值，提取穩(wěn)定物料流量信號；配置霧化良好的噴頭，精心調(diào)整噴射方向，實現(xiàn)精準(zhǔn)施加。

3.4薄板式烘絲機(jī)水分控制

與回潮系統(tǒng)相同，烘絲系統(tǒng)也是多變量控制系統(tǒng)。在生產(chǎn)階段，烘絲系統(tǒng)根據(jù)來料流量、來料水分、出口水分設(shè)定、干燥系數(shù)、出口水分實際值計算出爐壁溫度設(shè)定值，爐壁溫度由飽和蒸汽壓力根據(jù)經(jīng)驗擬合求得，通過調(diào)節(jié)薄膜閥的開度控制蒸汽壓力，使實際爐壁溫度追蹤設(shè)定爐壁溫度，從而實現(xiàn)對烘絲水分的控制。圖1所示是烘絲水分控制系統(tǒng)圖。

圖1 蒸汽壓力控制系統(tǒng)圖

以上是薄板式烘絲機(jī)的一般控制過程，設(shè)備的自動調(diào)整功能較差，僅能滿足一般生產(chǎn)的需要。實際上影響烘絲機(jī)水分精確控制的因素有很多，如來料流量、來料水分的均勻性、系統(tǒng)控制模型的先進(jìn)性、干燥系數(shù)的經(jīng)驗值、來料蒸汽的質(zhì)量、水分儀、皮帶秤精度和穩(wěn)定性、控制參數(shù)的選定等?？蓪刂颇Ｐ汀⒖刂瞥绦蜻M(jìn)行優(yōu)化，一是在一定范圍內(nèi)自動調(diào)節(jié)排潮風(fēng)門的開度，以改變烘筒內(nèi)排潮量、改變烘筒內(nèi)溫濕度環(huán)境，以快速改變出口水分，但風(fēng)門調(diào)整范圍要控制在一定范圍內(nèi)，避免引起系統(tǒng)的過度調(diào)整；二是在一定范圍內(nèi)，調(diào)整熱風(fēng)風(fēng)量，調(diào)節(jié)系統(tǒng)的干燥能力；三是根據(jù)來料水分及系統(tǒng)的運行狀況，自動調(diào)整干燥系數(shù)，從而改變烘絲機(jī)筒壁溫度，實現(xiàn)設(shè)備的自動水分調(diào)整。

控制要點：來料水分穩(wěn)定、流量穩(wěn)定；控制模型先進(jìn)；檢測裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)靈敏可靠；調(diào)節(jié)排潮系統(tǒng)提高烘絲水分控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度。

3.5多絲摻配均勻混配

多絲摻配系統(tǒng)將模塊葉絲、梗絲、膨脹絲、薄片絲等按比例摻兌，可保證配方組分的一致性，但各種配比絲按摻兌順序依次與葉絲混合，但在形成混合絲的過程中，各絲在運輸帶上輸送相對靜止，未能很好地混合，雖經(jīng)加香滾筒混合，但配方的均勻性得不到保證。在空間允許的情況下，可配置混絲預(yù)配柜，將整組配方都進(jìn)入到混絲預(yù)配柜，然后再進(jìn)行加香；如果空間緊促，可在多絲摻配后加香前增加倉儲式喂料機(jī)或多組混絲輥來提高多絲摻兌后混合的均勻性，為實現(xiàn)精準(zhǔn)加香奠定基礎(chǔ)。

控制要點：組分溫度、流量穩(wěn)定，增加混絲輥或配置混絲預(yù)配柜，提高配方均勻性。

4 結(jié)語

打造一條精準(zhǔn)控制的制絲生產(chǎn)線，不但需要具有特色的工藝流程、一流的工藝加工設(shè)備等硬件設(shè)施，更需要智能的管控系統(tǒng)和精準(zhǔn)的關(guān)鍵工序設(shè)備控制等軟件設(shè)施。只有兩者的有機(jī)結(jié)合，才能打造出一流的產(chǎn)品，提高對卷煙產(chǎn)品質(zhì)量的控制能力，充分發(fā)揮卷煙原料的特性和使用價值，為打造具有獨特香氣風(fēng)格和口味的中式卷煙提供核心技術(shù)。

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圖3 DEH+CCS控制一次調(diào)頻試驗曲線（±3 r/min→±8 r/min）

4 結(jié)語

通過對DEH、CCS一次調(diào)頻邏輯檢查和實際的試驗，中新電廠1號機(jī)組一次調(diào)頻性能指標(biāo)如下：

機(jī)組參與一次調(diào)頻的死區(qū)為±0.033Hz（±2r/min）；一次調(diào)頻開關(guān)投/切顯示與實際對應(yīng)，滿足機(jī)組一次調(diào)頻投入的要求；由DEH與CCS聯(lián)合完成調(diào)頻任務(wù)時，DEH響應(yīng)快，CCS響應(yīng)則精確，兩者結(jié)合，既能達(dá)到較快的響應(yīng)速度，又能有較高精度的調(diào)頻量。在電網(wǎng)頻率變化超過機(jī)組一次調(diào)頻死區(qū)時，響應(yīng)時間和45秒內(nèi)負(fù)荷變化都滿足電網(wǎng)要求。因此，在CCS投運的情況下，DEH與CCS聯(lián)合調(diào)頻為機(jī)組最佳的一次調(diào)頻運行方式。

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作者簡介

徐譽(yù)瑋（1977-），男，廣東河源人，熱工工程師，畢業(yè)于廣東工業(yè)大學(xué)電氣及其自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于廣州中電荔新電力實業(yè)有限公司，多年從事電廠熱工控制、技術(shù)管理和設(shè)備可靠性管理工作。

雷增強(qiáng)（1981-），男，陜西渭南人，工學(xué)學(xué)士，熱能動力助理工程師，現(xiàn)就職于廣州粵能電力科技開發(fā)有限公司，主要從事電廠熱工控制和調(diào)試工作。

彭佩（1988-），湖北孝感人，畢業(yè)于西安理工大學(xué)電氣及其自動化專業(yè)，現(xiàn)就職于廣州中電荔新電力實業(yè)有限公司，主要從事熱控專業(yè)技術(shù)管理及設(shè)備可靠性管理工作。

Exploration on Precise Control of the Tobacco Primary Processing

This paper focuses on the main technical parameters and factors of the precise control in tobacco primary processing. The purpose of the study is to improve the ability to control the quality of cigarette products, take advantage of the characteristics of raw materials, and provide the core technology for Chinese cigarette production which has a unique aroma and taste of style.

Primary processing; Technical parameters; Precise control

B

1003-0492(2015)03-0086-03

TP273

牛序策（1974- ），男，山東文登人，工程師，研究生，現(xiàn)任山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青島卷煙廠高級工程師，從事卷煙設(shè)備、工藝及企業(yè)規(guī)劃研究工作。