兩段式滾筒烘絲機含水率分區(qū)控制研究

陶 芳，陳 杰，徐永虎

(安徽省中煙工業(yè)有限責任公司合肥卷煙廠，安徽合肥 230601)

目前，安徽中煙工業(yè)有限責任公司黃山精品線葉絲干燥工序采用HAUNI公司定制的KLD3-2Z兩段式滾筒烘絲機，熱風流向為逆流式，具有2個獨立控制的干燥區(qū)域，具備多種不同加工控制模式。對于兩段式滾筒烘絲機的研究，國內(nèi)煙草行業(yè)有較多的關(guān)注和分析[1-3]，但對于KLD3-2Z型兩段式滾筒烘絲機控制模式含水率控制的研究報道較少[4-5]。因此，筆者重點從含水率分區(qū)控制角度出發(fā)，對出口煙絲含水率的波動和響應(yīng)情況進行研究，利用統(tǒng)計分析方法對不同分區(qū)控制情況下含水率出現(xiàn)波動后的響應(yīng)時間和穩(wěn)定性進行分析，并依據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化加工過程中的設(shè)備工藝參數(shù)，從而提高烘絲工序產(chǎn)品質(zhì)量以及過程穩(wěn)定性控制水平。

1 材料與方法

1.1材料“黃山”A 牌號煙，安徽中煙工業(yè)有限責任公司生產(chǎn)。KLD3-2Z 型兩段式滾筒烘絲機， BSA223S-CW型電子天平，F(xiàn)ED115烘箱，YGD450型填充值測定儀。

1.2測試方法分別運行兩段式烘絲機不同控制模式，在保證參數(shù)調(diào)整過程中烘絲機入口水分標偏低于0.05%的情況下，每組參數(shù)狀態(tài)下保證穩(wěn)定過料15 min(過程中設(shè)備自動控制，不予人工干預工藝和設(shè)備參數(shù))，自控穩(wěn)定后將出口水分設(shè)定值在設(shè)計值±0.3%以內(nèi)調(diào)整，具體如下：出口水分達到設(shè)定值13.2%穩(wěn)定15 min后，調(diào)整至13.5%穩(wěn)定15 min(第1階段)，再調(diào)整至12.9%穩(wěn)定15 min(第2階段)，最后恢復原設(shè)定值13.2%(第3階段)。

出口含水率調(diào)整過程中觀察不同控制模式下水分控制情況，采集中控數(shù)據(jù)，并分別記錄調(diào)整過程中出口水分達到設(shè)定值的時間、擾動響應(yīng)時間，調(diào)整過程水分標偏[響應(yīng)時間判定：利用KURT函數(shù)(返回一組數(shù)據(jù)峰值)對出口水分達到設(shè)定值之后的數(shù)據(jù)進行分析；對于擾動響應(yīng)時間的判定是通過計算出口水分達到設(shè)定值之后的數(shù)據(jù)的KURT函數(shù)的峰值得出的，當峰值達到正值后，判定出口水分達到穩(wěn)定]以及達到穩(wěn)態(tài)后的各項指標[6-7]。

2 結(jié)果與分析

2.1水分控制獨立性對工藝參數(shù)響應(yīng)的研究目前兩段式烘絲機在用的控制方式為含水率波動后1區(qū)與2區(qū)筒壁溫度調(diào)節(jié)的幅度相同，即1區(qū)與2區(qū)的水分控制獨立性均是50%。該研究基于水分控制獨立性參數(shù)設(shè)定不同梯度，調(diào)整兩段式烘絲設(shè)備1區(qū)與2區(qū)水分控制獨立性，待設(shè)備控制和參數(shù)達到穩(wěn)定后進行分析。

表1 3種水分控制獨立性分區(qū)控制比例控制模式參數(shù)組合

圖1為3種控制模式下將烘絲機出口水分設(shè)定值從13.2%調(diào)整到13.5%的過程中，1區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風溫度以及出口水分隨時間變化的曲線圖。從圖1中可以看出，將出口水分設(shè)定值提高之后，水分控制獨立性為70∶30(試驗2)和水分控制獨立性為30∶70(試驗3)加工狀態(tài)下，工藝參數(shù)以及出口水分的變化趨勢較為接近，具體為熱風溫度基本固定，1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫快速下降。對比可以發(fā)現(xiàn)，相對于試驗3，試驗2在筒溫起始溫度接近的情況下，1區(qū)筒溫下降較快，2區(qū)筒溫下降較慢。試驗1、2和3的出口水分分別約在300、500和530 s時達到穩(wěn)定，與此對應(yīng)1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫也達到相對穩(wěn)定。

圖1 試驗出口水分13.2%～13.5%時各參數(shù)變化趨勢Fig.1 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 13.2% to 13.5%

圖2為3種控制模式下將烘絲機出口水分設(shè)定值從13.5%調(diào)整到12.9%的過程中，1區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風溫度以及出口水分隨時間變化的曲線圖。從圖2中可以看出，將出口水分設(shè)定值降低之后，水分控制獨立性為70∶30(試驗2)和水分控制獨立性為30∶70(試驗3)加工狀態(tài)下，工藝參數(shù)以及出口水分的變化趨勢較為接近，具體為熱風溫度基本固定，1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫快速上升。對比可以發(fā)現(xiàn)，相對于試驗3，試驗2在筒溫起始溫度接近的情況下，1區(qū)筒溫上升較快，2區(qū)筒溫上升較慢。試驗1、2和3的出口水分分別約在570、510和650 s時達到穩(wěn)定，與此對應(yīng)1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫也達到相對穩(wěn)定。

圖2 試驗出口水分從13.5%～12.9%各參數(shù)變化趨勢Fig.2 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 13.5% to 12.9%

圖3為3種控制模式下將烘絲機出口水分設(shè)定值從12.9%調(diào)整到13.2%的過程中，1區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風溫度以及出口水分隨時間變化的曲線圖。從圖3中可以看出，將出口水分設(shè)定值降低之后，水分控制獨立性為70∶30(試驗2)和水分控制獨立性為30∶70(試驗3)加工狀態(tài)下，工藝參數(shù)以及出口水分的變化趨勢較為接近，具體為熱風溫度基本固定，1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫快速下降。對比可以發(fā)現(xiàn)，相對于試驗3，試驗2在筒溫起始溫度接近的情況下，1區(qū)筒溫下降較快，2區(qū)筒溫下降較慢。試驗1、2和3的出口水分分別約在570、520和570 s時達到穩(wěn)定，與此對應(yīng)1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫也達到相對穩(wěn)定。

從出口水分設(shè)定值調(diào)整過程數(shù)據(jù)中分析得知，在固定熱風溫度控制筒溫控制模式不變的情況下，不同水分控制獨立性比例對于出口含水率的波動，設(shè)備在自控狀態(tài)下參數(shù)調(diào)整的趨勢為一致的，均通過調(diào)整1區(qū)溫度和2區(qū)溫度跟蹤出口水分。水分控制獨立性越高，該區(qū)域筒溫響應(yīng)越快。

圖3 試驗出口水分從12.9%～13.2%各參數(shù)變化趨勢Fig.3 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 12.9% to 13.2%

2.2水分控制獨立性對含水率穩(wěn)定性控制的研究從表2中可看出，出口水分設(shè)定值改變時，相對于水分控制獨立性為30∶70(試驗3)，水分控制獨立性為70∶30(試驗2)加工狀態(tài)下出口水分從調(diào)整到穩(wěn)定的總時間更短，特別是出口水分調(diào)整的擾動響應(yīng)時間明顯更短。這反映出水分控制獨立性1區(qū)占的比例越高，含水率調(diào)整時間越短，脫水速率響應(yīng)越快。

表2 3種水分控制獨立性比例下含水率調(diào)整時間和水分標偏

2.3兩段式烘絲工序水分控制獨立性優(yōu)化根據(jù)以上對兩段式烘絲機設(shè)備的基礎(chǔ)研究，控制模式以及分區(qū)控制比例的研究結(jié)果，項目判定兩段式烘絲機分區(qū)水分控制獨立性對脫水速率影響顯著，項目對比研究了不同水分控制獨立性比例參數(shù)的加工狀態(tài)，并根據(jù)調(diào)整過程中水分標偏，脫水速率響應(yīng)以及物理指標等結(jié)果，優(yōu)化兩段式烘絲機加工控制策略，并對烘絲出口水分標偏進行了比對驗證，見表3、圖4。

表3不同水分控制獨立性比例下水分調(diào)整過程中水分標偏對比

Table3Waterstandarddeviationintheprocessofwateradjustmentunderdifferentwatercontrolindependenceratio

水分控制獨立性比例Independenceratioofwatercontrol調(diào)整過程Adjustmentprocess13．2%～13．5%13．5%～12．9%12．9%～13．2%50∶500．120．260．1470∶300．080．210．1030∶700．110．250．1260∶400．100．240．1340∶600．130．280．16

圖4 烘絲出口水分標偏對比Fig.4 Comparison of water standard deviation of drying wire outlet

根據(jù)加工過程數(shù)據(jù)分析以及物理檢測等結(jié)果進行綜合判定，選取水分控制獨立性為70∶30的工藝加工參數(shù)進行加工，對比2016年，2017年同期A 牌號煙兩段式薄板烘絲出口含水率標偏均值從0.097%降低至0.072%，出口含水率標偏降低20%以上，烘絲出口批內(nèi)含水率精準控制穩(wěn)定性大幅提升。通過水分控制獨立性參數(shù)的優(yōu)化提高工序產(chǎn)品質(zhì)量以及過程控制穩(wěn)定性，保障并提升煙絲含水率的穩(wěn)定性水平[8]。

3 結(jié)論

通過對兩段式烘絲機分區(qū)控制的研究，發(fā)現(xiàn)采用筒溫前高后低控制模式的兩段式烘絲機烘絲機1區(qū)水分控制獨立性越高，1區(qū)筒溫跟蹤出口水分響應(yīng)度更高，脫水速率響應(yīng)越快。通過對兩段式烘絲機分區(qū)控制參數(shù)的優(yōu)化，提升了出口水分精準控制水平，保證了烘絲工序加工質(zhì)量精準控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

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