關(guān)于對風(fēng)力送絲系統(tǒng)的智能化改造

傅雍興

摘 要：隨著煙草企業(yè)卷煙設(shè)備自動化水平的不斷提高，卷煙設(shè)備對相應(yīng)風(fēng)力送絲系統(tǒng)的智能化要求也越來越高。因近10年以來，在卷煙設(shè)備實(shí)現(xiàn)技術(shù)更新的同時相應(yīng)的風(fēng)力送絲系統(tǒng)并沒有實(shí)現(xiàn)其功能優(yōu)化，造成了在生產(chǎn)運(yùn)行中的諸多問題。目前，為了實(shí)現(xiàn)煙絲地供應(yīng)在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的穩(wěn)定性，決定對風(fēng)力送絲系統(tǒng)的供絲方式、煙絲均勻化及降低造碎率、煙絲流量的實(shí)時調(diào)節(jié)、設(shè)備報警系統(tǒng)、風(fēng)力送絲系統(tǒng)監(jiān)控界面等各個方面進(jìn)行智能化改造。在風(fēng)力送絲系統(tǒng)順利改造完成后，已經(jīng)能夠完全保證卷煙設(shè)備對煙絲的穩(wěn)定性需求，再次說明了煙草企業(yè)的穩(wěn)定、高效、智能及節(jié)能發(fā)展需要科學(xué)技術(shù)的大膽創(chuàng)新和所有從業(yè)技術(shù)人員的不斷總結(jié)與實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：煙草發(fā)展；智能化；科技創(chuàng)新；節(jié)能降耗；實(shí)時性

引言

在目前煙草企業(yè)的生產(chǎn)過程中，為了生產(chǎn)出高產(chǎn)量、高質(zhì)量的成品卷煙，相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性已經(jīng)排在了首要的位置。針對這一情況，發(fā)現(xiàn)在煙絲供應(yīng)給卷煙設(shè)備這一環(huán)節(jié)中已經(jīng)無法達(dá)到上述要求，我們相關(guān)技術(shù)人員決定對整個風(fēng)力送絲系統(tǒng)進(jìn)行全方位的智能化改造，已期望實(shí)現(xiàn)在卷煙生產(chǎn)過程中的高效與穩(wěn)定。以下，將具體闡述風(fēng)力送絲系統(tǒng)四大方面存在的問題及如何對問題做出地改造及最終達(dá)到的效果。

1 供絲方式的改變

首先，簡要介紹一下改造前的供絲方式。在改造前，風(fēng)力送絲系統(tǒng)的供絲流程是煙絲通過儲絲倉下落到正在運(yùn)行的進(jìn)料皮帶電機(jī)皮帶上，然后經(jīng)過進(jìn)料皮帶電機(jī)將煙絲傳送到喂料皮帶小車的皮帶上，最后根據(jù)卷煙設(shè)備的需求喂料皮帶小車在軌道上作水平左右定速移動，通過喂料小車上的皮帶將煙絲分別送入煙絲旋鼓，再通過負(fù)壓管道將煙絲旋鼓中的煙絲送到卷煙設(shè)備上。

結(jié)合平時的使用情況及客觀分析，我們發(fā)現(xiàn)了兩大問題：

（1）過程繁瑣，增加了設(shè)備運(yùn)行的故障率，降低了運(yùn)行穩(wěn)定性。

據(jù)計算，從煙絲進(jìn)入儲絲倉到煙絲最后送達(dá)卷煙設(shè)備，一共是5個步驟。在這5個步驟中，有兩個突出問題：

a.由于在煙絲的輸送過程中整個環(huán)境煙塵很大，喂料皮帶小車的運(yùn)行軌道上長期積壓煙塵粉末，導(dǎo)致小車在水平運(yùn)行中時常出現(xiàn)顛簸甚至停車的情況，需要人工及時清理軌道上的煙塵粉末。

b.由于喂料皮帶小車在軌道上頻繁作水平左右運(yùn)動，小車皮帶電機(jī)的電源線也會被頻繁折疊，導(dǎo)致電源線的短路情況時常發(fā)生。

（2）電機(jī)及電子檢測數(shù)量很多，增加了能源的消耗，增加了維修成本。

據(jù)統(tǒng)計，以1臺供絲機(jī)組為單位（總計5臺），所使用的各類電機(jī)（進(jìn)料皮帶電機(jī)0.75kW、喂料小車電機(jī)1.1kW、喂料小車皮帶電機(jī)0.75kW、旋鼓電機(jī)0.37kW）在同時工作下的總功率P=4.08kW，整個風(fēng)力送絲系統(tǒng)5臺機(jī)組，系統(tǒng)總功率P=20.4kW。

據(jù)統(tǒng)計，以1臺供絲機(jī)組為單位（總計5臺），所使用的各類傳感器數(shù)量總計為22個（旋鼓通道安全開關(guān)4個、旋鼓負(fù)壓開關(guān)4個、高低料位檢測10個、喂料皮帶有料檢測1個、喂料小車定位檢測3個），整個風(fēng)力送絲系統(tǒng)5臺機(jī)組，系統(tǒng)所用傳感器總計為110個。

針對上述兩大問題，我們著手對供絲方式做出了大的改變，將原來的供絲流程大大簡化，由5個步驟改為3個步驟，即通過儲絲倉后下落到進(jìn)料皮帶電機(jī)，再通過進(jìn)料皮帶電機(jī)將煙絲送到一個帶有旋盤的圓形料倉內(nèi)，最后由負(fù)壓管道將煙絲送到卷煙設(shè)備上。詳細(xì)的過程如下：

（1）簡化流程，省去了喂料皮帶小車。

如上所述，對供絲方式做出改變后就可以發(fā)現(xiàn)已經(jīng)沒有了喂料皮帶小車送料這一環(huán)節(jié)，這樣就避免了小車在水平運(yùn)行中時常出現(xiàn)顛簸甚至停車的情況，也同時避免了因小車的運(yùn)動導(dǎo)致的電源線短路情況發(fā)生。使煙絲在供應(yīng)的過程中更平穩(wěn)流程。

（2）大量減少電機(jī)及電子檢測數(shù)量。

在供絲流程簡化之后，據(jù)統(tǒng)計，以1臺供絲機(jī)組為單位（總計5臺），所使用的各類電機(jī)（平帶電機(jī)0.55kW、上錐盤電機(jī)0.55kW、下旋盤電機(jī)1.5kW）在同時工作下的總功率P=2.6kW，整個風(fēng)力送絲系統(tǒng)5臺機(jī)組，系統(tǒng)總功率P=13kW。

據(jù)統(tǒng)計，以1臺供絲機(jī)組為單位（總計5臺），所使用的各類傳感器數(shù)量總計為7個（旋鼓負(fù)壓開關(guān)4個、高低料位檢測2個、圓形料倉有料檢測1個），整個風(fēng)力送絲系統(tǒng)5臺機(jī)組，系統(tǒng)所用傳感器總計為35個。

通過對供絲方式的改變，在煙絲的供應(yīng)流程中我們總結(jié)了兩個顯著效果：

（1）供絲流程的簡化（由5步減到3步），保障了煙絲在輸送過程中的流暢性，保障了供絲設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。

（2）電機(jī)及電子檢測數(shù)量的減少（系統(tǒng)總功率由P=20.4kW減到P=13kW、系統(tǒng)所用傳感器由110個減到35個）大幅降低了能源消耗，同時降低了維修成本。

2 煙絲均勻化的改進(jìn)及造碎率的降低

供應(yīng)的煙絲質(zhì)量直接決定著成品煙支的質(zhì)量，所以，在工藝要求中，提供的煙絲是否均勻、是否成型是非常重要的兩項指標(biāo)。在改造前，由于是通過喂料小車配合旋鼓的方式供應(yīng)煙絲，在長期的生產(chǎn)運(yùn)行中，我們發(fā)現(xiàn)了兩大問題，如下：

（1）煙絲的送料方式是直接由喂料皮帶小車的皮帶倒入各個有煙絲需求的旋鼓，再通過旋鼓上方的垂直負(fù)壓管道進(jìn)入到卷煙設(shè)備，在這個過程中有可能有還未來得及均勻松散的煙絲被直接吸入到負(fù)壓管道，將有可能直接造成負(fù)壓管道的堵塞，更進(jìn)一步影響到卷煙設(shè)備對煙絲的卷接及煙支成品的質(zhì)量。

（2）由于旋鼓是以逆時針的方式旋轉(zhuǎn)工作，進(jìn)入到鼓內(nèi)的煙絲在旋鼓電機(jī)（16個儲絲格）的帶動下有可能被長時間的摩擦而沒有進(jìn)入到負(fù)壓管道內(nèi)，這樣，旋鼓內(nèi)的煙絲的造碎率將大幅提高。會對煙支成品的質(zhì)量造成極大影響。

針對上述兩大問題，我們做出了如下改造：

煙絲通過儲絲料倉下落到平料皮帶電機(jī)（相當(dāng)于原進(jìn)料皮帶電機(jī)）皮帶上，然后由平料皮帶電機(jī)將煙絲送入到一個圓形料倉內(nèi)，在料倉的內(nèi)部，有一個可調(diào)速雙聯(lián)盤（上旋盤為均分盤、下旋盤為分配盤），兩盤旋轉(zhuǎn)方向相反，這樣就能使進(jìn)入圓形料倉的煙絲被均勻的分散，而且也同時降低了煙絲被造碎的概率。

還有，在圓形料倉的倉門上裝有一個料位檢測，專門用于監(jiān)測料倉內(nèi)的料位高度，一旦料位高度達(dá)到光電檢測的范圍并持續(xù)10秒鐘，整個設(shè)備將停止工作，防止了供絲設(shè)備的損壞。

通過將原來旋鼓式的供絲方式改為目前圓形料倉可調(diào)速雙聯(lián)盤式的供絲方式后，我們發(fā)現(xiàn)進(jìn)入到料倉內(nèi)的煙絲被均勻地分散開來，在滿足了卷煙設(shè)備的要料信號后，料倉內(nèi)的可調(diào)速雙聯(lián)盤才開始工作，煙絲被吸入負(fù)壓管道內(nèi)，在沒有任何要料信號時可調(diào)速雙聯(lián)盤就停止工作。大幅降低了煙絲造碎率。

3 實(shí)現(xiàn)供絲流量實(shí)時調(diào)節(jié)

根據(jù)卷接設(shè)備的實(shí)時要料信號（負(fù)壓檢測信號ON/OFF）多少進(jìn)行煙絲流量的控制，以實(shí)現(xiàn)煙絲流量能夠滿足1臺卷煙機(jī)到4臺卷煙機(jī)同時工作的情況，是本次風(fēng)力送絲系統(tǒng)智能化改造的亮點(diǎn)與突破。在改造前，是沒有這一功能的，具體的實(shí)施情況闡述如下：

（1）為了能夠?qū)崿F(xiàn)對平料皮帶電機(jī)（P=0.55kW）速度的實(shí)時調(diào)節(jié)，在電機(jī)前端加裝一臺丹佛斯FC300變頻器，變頻器通過PROFINET協(xié)議網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)與西門子300PLC實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。PLC對現(xiàn)場各項傳感器等檢測元件反饋的信號進(jìn)行綜合分析后就會通過PROFINET網(wǎng)絡(luò)給變頻器發(fā)出一個工作信號，變頻器根據(jù)PLC的命令輸出相應(yīng)的工作頻率（單位HZ），以實(shí)現(xiàn)對平料皮帶電機(jī)的調(diào)速功能。

（2）在平料皮帶電機(jī)的運(yùn)行過程中，具體是怎樣來實(shí)現(xiàn)不同速度的輸出及取決于什么信號呢？

其實(shí)，結(jié)合現(xiàn)場設(shè)備分析后發(fā)現(xiàn)，1臺風(fēng)力送絲設(shè)備（總計共5臺）要為4臺卷接機(jī)組提供煙絲，在每臺風(fēng)力送絲設(shè)備上就安裝有4個負(fù)壓管道，每個負(fù)壓管道上裝有一個負(fù)壓檢測，當(dāng)負(fù)壓管道內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓后，負(fù)壓開關(guān)的常開觸點(diǎn)（NO）將自動閉合，PLC的ET200S子站將在第一時間收到負(fù)壓開關(guān)的數(shù)字信號。PLC計算后得出，負(fù)壓開關(guān)的信號個數(shù)一共有1、2、3和4這四種情況。根據(jù)這四種情況，我們相應(yīng)地設(shè)計出料皮帶電機(jī)與之對應(yīng)的四個運(yùn)行速度。在有1個負(fù)壓開關(guān)信號時變頻器輸出15HZ，在有2個負(fù)壓開關(guān)信號時變頻器輸出25HZ，在有3個負(fù)壓開關(guān)信號時變頻器輸出35HZ，在有4個負(fù)壓開關(guān)信號時變頻器輸出45HZ（頻率越高速度越快，不超過50HZ）。這樣PLC就會根據(jù)卷接機(jī)組的負(fù)壓開關(guān)信號數(shù)量（1、2、3、4）給現(xiàn)場的丹佛斯FC300變頻器發(fā)出輸出不同頻率（15HZ、25HZ、35HZ、45HZ）的命令。

通過采取現(xiàn)場負(fù)壓開關(guān)信號（ON/OFF）對平料皮帶電機(jī)實(shí)現(xiàn)速度控制，近而實(shí)現(xiàn)了煙絲供應(yīng)的實(shí)時調(diào)節(jié)，既能保證煙絲供應(yīng)的不間斷，又不會造成煙絲供應(yīng)的過量及浪費(fèi)。使煙絲的供應(yīng)環(huán)節(jié)向精細(xì)化邁出了重要的一步，也同時使整個風(fēng)力送絲系統(tǒng)更加的智能化和自動化。

4 設(shè)備報警系統(tǒng)的改善

風(fēng)力送絲的報警系統(tǒng)是否完善直接關(guān)系到風(fēng)力送絲系統(tǒng)運(yùn)行中的人身安全及設(shè)備安全。在設(shè)備出現(xiàn)故障后及時的通知值班人員前來查看，在有必要的情況下通知維修人員前來檢修，才能有效地保障生產(chǎn)工作的正常開展及避免設(shè)備造成不必要的損壞。在改造前，風(fēng)力送絲系統(tǒng)的報警功能不完善，主要問題如下：

（1）現(xiàn)場的風(fēng)力送絲機(jī)（共5臺）電控箱門上沒有380V三相（A、B、C）交流電指示燈與24V直流電電源報警指示燈。

380V三相電源指示燈是電控柜門上必須要安裝的，它能夠起到直觀地提示三相電源的供電是否缺相，方便排查故障。24V直流電源指示燈也很有必要，因為接入現(xiàn)場電控柜內(nèi)的各類傳感器（光電檢測、負(fù)壓檢測、料位檢測）及帶PROFINET網(wǎng)絡(luò)接口的PLCET200S子站需要穩(wěn)定的24V直流電源，24V電源指示燈能夠很好地輔助電工排查故障。

（2）現(xiàn)場的總電控柜（編號FS-PD00）上沒有安裝聲光報警系統(tǒng)。

聲光配合的報警系統(tǒng)能夠有效地提示操作人員發(fā)現(xiàn)問題，這一點(diǎn)是以前忽略了的問題。因為在此改造之前，在計算機(jī)上，操作人員需要打開監(jiān)控界（IFIX系統(tǒng)）面才可以查看風(fēng)力送絲系統(tǒng)各項（網(wǎng)絡(luò)、電機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等）報警信息，有一定的滯后性，不利于生產(chǎn)的連續(xù)運(yùn)行。

（3）現(xiàn)場的風(fēng)力送絲監(jiān)控界面上沒有報警信息歷史記錄。

報警信息的歷史記錄的缺失對于系統(tǒng)排查風(fēng)力送絲系統(tǒng)的設(shè)備問題非常不利，這樣不便于維修人員綜合分析風(fēng)力送絲系統(tǒng)存在過的問題，進(jìn)而更有效的解決問題，保障生產(chǎn)的順利開展。

針對設(shè)備報價系統(tǒng)的上述三大問題，我們做出了以下對應(yīng)的三項完善措施：

（1）在現(xiàn)場的風(fēng)力送絲機(jī)（共5臺）電控箱門上分別安裝380V三相（A、B、C）電源指示燈與24V直流電源指示燈。在正常情況下，380V三相指示燈處于常亮的狀態(tài)（黃、綠、紅），非正常情況下，至少有一相指示燈熄滅。24V直流電源指示燈在正常情況下指示燈常亮（白色），非正常情況下，熄滅。

（2）在現(xiàn)場的總電控柜（編號FS-PD00）上安裝一個蜂鳴器與報警燈合一的組合燈座，一旦在設(shè)備出現(xiàn)故障后，PLC向蜂鳴器與報警燈發(fā)出信號，蜂鳴器鳴叫，報警燈閃爍。提示現(xiàn)場的操作人員設(shè)備出現(xiàn)異常，需要及時處理。

（3）在現(xiàn)場的風(fēng)力送絲監(jiān)控界（IFIX系統(tǒng)）面上增加一項名為“報警歷史”的菜單，這樣，我們的維修人員可以在需要的時候查看報警信息，也為設(shè)備的后期維護(hù)保養(yǎng)工作提供堅實(shí)有利的保障。

通過對風(fēng)力送絲系統(tǒng)的報警系統(tǒng)進(jìn)一步完善，首先，使風(fēng)力送絲系統(tǒng)的故障信息及時地反饋給操作人員，避免了信息的滯后問題，不至于對生產(chǎn)的過程產(chǎn)生更嚴(yán)重的影響。其次，為維修人員排查系統(tǒng)故障提供了有力的幫助與提示，對于系統(tǒng)問題的確定指明了方向。最后，對“報警歷史”模塊的補(bǔ)充更好地完善了問題收集工作，使我們在風(fēng)力送絲的過程中能夠更準(zhǔn)確、更豐富、更全面地把握風(fēng)力送絲系統(tǒng)的所有問題，為風(fēng)力送絲系統(tǒng)的良性運(yùn)行打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

5 結(jié)束語

隨著對卷煙制造工業(yè)的生產(chǎn)卷煙質(zhì)量及產(chǎn)量的要求不斷提高，引進(jìn)最新的科學(xué)技術(shù)來保障生產(chǎn)的良好運(yùn)行已經(jīng)成為新常態(tài)。在這樣的形勢下，對工作在車間一線技術(shù)人員的職業(yè)水平提出了更高的要求。不斷地學(xué)習(xí)最新的理論知識并在生產(chǎn)實(shí)踐中積極地思考、總結(jié)和創(chuàng)新，才能確保技術(shù)人員的職業(yè)能力永遠(yuǎn)保持在一個較高的水準(zhǔn)。中國煙草制造業(yè)向人工智能化發(fā)展已成為必然趨勢，將我們的努力實(shí)踐與科技創(chuàng)新更好地結(jié)合起來，必然能夠使中國煙草邁向更高的臺階，使中國制造業(yè)擁有更燦爛的明天。

參考文獻(xiàn)

[1]西門子人機(jī)界面（觸摸屏）組態(tài)與應(yīng)用技術(shù)（第2版）[M].

[2]現(xiàn)場總線技術(shù)及應(yīng)用教程（第2版）[M].

[3]VLT Automation FC 301/302手冊[Z].

[4]VLT變頻器-Safe Torque Off手冊[Z].

[5]電氣工程安裝及調(diào)試技術(shù)手冊（第3版）[M].

[6]SF146型風(fēng)力送絲機(jī)電氣圖冊[Z].

[7]SF131B型柔性配絲機(jī)電氣圖冊[Z].