貯柜連續(xù)出柜供料流程設計與應用

田清遠 胡 炯 秦存金 葛 勇

（1.云南昆船電子設備有限公司，昆明 650236；2.貴州中煙工業(yè)有限責任公司 遵義卷煙廠，遵義 563000）

煙草制絲生產(chǎn)線由于加工工藝和加工工序的限制，通常需要將一條完整的生產(chǎn)線通過中間緩存設備進行連接。貯柜作為制絲線上各工序分段加工的重要緩存設備，是生產(chǎn)線上必不可少的物料中轉(zhuǎn)和存儲設備。目前，貯柜的控制技術大多只是在單個貯柜出料和進料上進行研究，例如：張琦[1]等研究了可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）在貯葉柜出料流量自動控制中的應用，解決了貯柜在非頭料和尾料出料階段的流量控制問題；陳烜[2]等研究了單個貯柜出料料頭階段恒流量控制，提升了對單個貯柜出料時的流量穩(wěn)定性；姜麗霞[3]針對貯柜尾料出料時間長、出料流量稀疏等問題進行了研究，并提高了尾料出料流量的穩(wěn)定性。

隨著煙草行業(yè)的品牌整合，多品牌小批量的供料方式在制絲線末端的風力喂絲工序越來越少，大多都以單品牌大批量的連續(xù)性供料來滿足卷包車間連續(xù)不斷的卷接需求。本文針對風力喂絲工序連續(xù)供料工藝需求，設計了一套集貯柜相位劃分、狀態(tài)標定、信息防錯、主副出料柜隊列管理以及換柜銜接等技術手段為一體的連續(xù)出柜供料流程，以提升煙絲供料工序的生產(chǎn)效率和自動化程度，同時防止物料混牌情況發(fā)生。

1 貯柜喂絲供料現(xiàn)狀

目前，在以貯柜作為緩存設備的制絲末端的煙絲供料及風力喂絲系統(tǒng)設備工藝平面示意如圖1所示，其中S1～S4為煙絲存料貯柜，T1、T2為輸送設備，D1為風力喂絲設備。煙絲供料生產(chǎn)時，通過人工選中需要出煙絲的貯柜后，才能啟動設備進行供料生產(chǎn)。換柜時，由人工在選中貯柜物料快結(jié)束時選擇一個與當前貯柜同樣牌號的貯柜進行出料，并在當前貯柜出空后取消選擇以釋放該貯柜的使用權。操作過程中，員工需時刻關注整個換柜流程以確保換柜過程中不會產(chǎn)生斷料和混牌情況，在喂絲機組和存料貯柜較多的情況下，操作人員每天需要長時間監(jiān)控并操作每個喂絲機組的換柜工作。在生產(chǎn)任務較為密集時，往往會因錯失換柜時機而導致供料不連續(xù)，甚至出現(xiàn)斷料情況。通過對貯柜供料換柜過程的深入研究，從貯柜出料過程相位狀態(tài)、換柜流程設計、物料防差錯比對等方面進行了改進設計。最終，實現(xiàn)了在生產(chǎn)過程中能夠連續(xù)出柜供料的目的。

圖1 煙絲供料喂絲系統(tǒng)工藝平面簡圖

2 連續(xù)供料控制流程設計

連續(xù)出柜供料控制流程包含主出料貯柜選擇、副出料貯柜序列選擇、設備就緒判斷、供料任務啟動、主出料柜相位狀態(tài)監(jiān)控、副出料柜隊列管理、主副出料柜出料啟動銜接、副出料柜轉(zhuǎn)換為主出料柜以及副出料柜隊列更新等過程，連續(xù)供料控制流程圖如圖2所示。

圖2 連續(xù)出柜供料流程

制定貯柜連續(xù)出柜供料任務時，要先選擇主出料柜（第一供料柜）并獲取貯柜的存料牌號信息，再選擇副出料柜序列中需要作為后續(xù)出料貯柜的銜接貯柜（可以是多個銜接柜）并獲取副出料柜的存料牌號信息，然后對比主柜和副柜的牌號，防止后續(xù)貯柜出料不一致，從而達到煙絲防差錯控制目的。在選擇的主、副柜牌號比對通過后，若設備準備就緒則可以執(zhí)行供料任務啟動操作，啟動后，PLC控制系統(tǒng)會實時監(jiān)測主出料柜的狀態(tài)。在主柜進入尾料階段，副柜選擇不為空時，選中的副出料柜開始啟動。此時，主柜和副柜同時供料，直到主柜料空時副柜完全替換主柜，主柜自動停止出料。同時，副柜變更為主柜執(zhí)行出料程序，原副柜出料序列中的副柜編號被移出且由后續(xù)副出料柜依次前移完成序列更新，直到當前的主柜出料完成且沒有后續(xù)副柜出料后，連續(xù)供料任務結(jié)束。

2.1 貯柜出料狀態(tài)劃分及控制

連續(xù)供料出柜流程中，關鍵技術在于貯柜出料的相位狀態(tài)劃分和主、副出柜序列的銜接管理設計。貯柜出料狀態(tài)決定了主出料柜和副出料柜出料的動作和物料搭接控制過程，也是主、副柜變換的關鍵條件。貯柜進料完畢后，柜內(nèi)煙絲存料截面形狀以及根據(jù)煙絲截面劃分的貯柜出料相位狀態(tài)示意如圖3所示。

圖3 貯柜存料截面及出料相位劃分

貯柜出料控制過程中，布料完成后的貯柜在出料時，推料階段將使用底帶最大速度將煙絲快速送至出口位置，并進入出料過程相位中的頭料階段。頭料出料時，底帶出料速度會隨著頭料階段的長度減少逐步從最大速度減速至正常出料階段的設定值，以提高頭料階段物料的穩(wěn)定性。頭料出料結(jié)束后，煙絲進入正常出料階段，此階段在底帶速度不變的情況下，煙絲出料流量較為穩(wěn)定。正常出料過后，煙絲出柜進入尾料階段，此時隨著煙絲呈現(xiàn)斜坡式的減少狀態(tài)，貯柜底帶速度將由正常出料階段的速度逐步上升至最大速度，直到尾料階段和清空階段結(jié)束，整個貯柜煙絲出空，貯柜變?yōu)楣窨諣顟B(tài)。

2.2 貯柜出料狀態(tài)標記

貯柜出料時，柜內(nèi)物料的剩料量計算方法目前均采用脈沖計數(shù)方式進行統(tǒng)計。針對圖3劃分的貯柜相位狀態(tài)，采用脈沖計數(shù)的方式對各相位狀態(tài)進行標記，用于確定當前出料的相位狀態(tài)。脈沖采集方式使用目前貯柜最常用的接近開關檢測齒輪的凹凸方式進行檢測，并以此獲取當前貯柜實際行走的脈沖數(shù)量。此方式相對于編碼器采集而言，硬件成本較低，并且相對于虛擬脈沖模擬方式[4]而言，避免了由于底帶打滑而導致脈沖采集不準的情況，是一種較為經(jīng)濟可靠的脈沖獲取方式。

以貯柜底帶出料總長度為300個脈沖為例，煙絲推料脈沖長度為20個脈沖，頭料持續(xù)脈沖長度為20個脈沖，正常出料持續(xù)脈沖長度為230個脈沖，尾料持續(xù)脈沖長度為20個脈沖，清空持續(xù)脈沖長度為20個脈沖，則貯柜出料的相位狀態(tài)與脈沖標記方式如圖4所示。

圖4 脈沖法標記貯柜出料相位狀態(tài)示例

2.3 連續(xù)供料主副貯柜銜接

基于以上建立的貯柜連續(xù)供料控制流程和貯柜相位狀態(tài)劃分以及標記方法，以S1柜為主出料貯柜，S2、S3柜作為副出料柜為例，在滿足信息比對并啟動連續(xù)出柜功能后，主柜S1與副柜S2實現(xiàn)連續(xù)供料銜接以及S1柜空后出料隊列S2和S3狀態(tài)更新示意圖如圖5所示。

圖5 主副出料柜銜接示意圖

在主柜S1進入尾料階段時，副柜S2啟動出料，此時主柜S1的尾料出料階段與副柜S2的推料和頭料階段同時進行，物料能夠基本互補成正常出料階段的物料形態(tài)，減小了在換柜銜接過程中煙絲出料流量的波動。

3 應用效果及對比

目前，此貯柜連續(xù)出柜供料流程已在貴州中煙遵義卷煙廠制絲車間煙絲供料控制段成功應用并得到驗證，其控制流程運行穩(wěn)定。以1號喂絲機供料為例，改進前，某天8:00至19:00人工換柜流程操作統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表1所示，使用連續(xù)出柜供料控制流程后，1號喂絲機供料從8:00至19:00的換柜操作統(tǒng)計數(shù)據(jù)如表2所示。

表1 改進前1號風力喂絲機供料換柜統(tǒng)計

表2 改進后1號風力喂絲機供料換柜統(tǒng)計

對比表1和表2可知，使用連續(xù)供料控制后，每天每個喂絲機供料人工換柜操作的頻次由原來的7次減少到了3次，且換柜操作消耗的時間由原來近一小時減少至幾乎可以忽略不計。遵義煙廠喂絲工序總共8組喂絲機，使用連續(xù)供料控制后，每天可減少32次換柜操作，節(jié)省時間近8 h，大幅提高了喂絲工序生產(chǎn)的自動化程度，且降低了人工勞動強度。

4 結(jié)語

貯柜的連續(xù)出柜供料流程為制絲線連續(xù)生產(chǎn)控制提供了一種切實可行的技術方案，提高了生產(chǎn)過程的自動化程度，降低了人工勞動強度，而且能有效防止因人工操作而引起的物料混牌失誤。此外，貯柜出料相位狀態(tài)的劃分方法可以使貯柜出料過程控制更加精確和細致。連續(xù)出柜供料流程作為貯柜出料的一種通用控制技術，可以拓展至預處理工序、切烘絲工序以及摻配加香工序，以解決因換柜斷料帶來的生產(chǎn)頭料和尾料的損耗。