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    基于PLC 的煙草加香系統(tǒng)的改造設(shè)計

    2020-03-24 13:12:02劉智平楊遵偉姜黎明
    設(shè)備管理與維修 2020年2期
    關(guān)鍵詞:儲存罐加香香精

    汪 平,劉智平,何 禪,楊遵偉,姜黎明

    (四川中煙工業(yè)有限責任公司什邡卷煙廠,四川什邡 618400)

    0 引言

    隨著“中式卷煙香精香料核心技術(shù)研究”的成熟和推廣[1],以及2016 版《卷煙工藝規(guī)范》的執(zhí)行,工廠對加香設(shè)備的性能、技術(shù)要點和質(zhì)量要求提出更高要求,特別新增瞬時加香比例的變異系數(shù)不大于0.5%的要求[2]。當前加香系統(tǒng)存在缺陷,已不能滿足生產(chǎn)要求,嚴重影響卷煙產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的提升。因而,加香系統(tǒng)的改造設(shè)計對提高卷煙產(chǎn)品的質(zhì)量和市場競爭力具有重要意義[3]。

    1 存在的問題

    工廠的加香系統(tǒng)由2012 年投入使用,生產(chǎn)現(xiàn)場施加的香精由香料廚房根據(jù)生產(chǎn)牌號自動發(fā)送到現(xiàn)場加香點,當現(xiàn)場儲存罐的液位檢測開關(guān)檢測到香精滿罐后,自動停止送香;加香控制系統(tǒng)根據(jù)煙絲流量信號,自動跟蹤施加香精;每批次煙生產(chǎn)結(jié)束以后,香料廚房自動回收香精、清洗以及噴吹清潔管路。隨著使用的深入,暴露出加香系統(tǒng)的局限性,主要表現(xiàn)在:

    (1)加香控制單元集成在車間香料廚房控制系統(tǒng)下,同現(xiàn)場其他加香、加料以及香料廚房配制控制單元共處同一控制系統(tǒng)中,當其中一個單元出現(xiàn)故障時,影響其他單元的正常生產(chǎn)[4]。

    (2)加香現(xiàn)場使用的香精由香料廚房遠程送香到現(xiàn)場罐,因管道長,香精附著管道損耗為1.5 kg/批次。

    (3)香精施加PID 控制程序采用以設(shè)定加香比例與流量計和電子秤累計量的比值作比較的單閉環(huán)控制,造成瞬時加香比例的變異系數(shù)達到0.7%。

    (4)儲存罐只有液位檢測,不能準確反映罐中香精重量。

    綜上所述,為了解決存在的問題,對加香系統(tǒng)進行改造設(shè)計。

    2 方案設(shè)計

    2.1 設(shè)計原則

    (1)設(shè)計獨立于香料廚房的加香系統(tǒng),實現(xiàn)加香系統(tǒng)本地監(jiān)控。

    (2)采用三維軟件進行管路系統(tǒng)仿真設(shè)計,并根據(jù)香精施加的流量要求,對管路、閥門、流量計、泵等參數(shù)進行科學計算和配置,減少香精損耗,保證加香系統(tǒng)控制精度。

    (3)采用先進的控制方法,提高加香系統(tǒng)控制精度。

    (4)設(shè)計儲存罐計量功能,滿足計量精度要求。

    2.2 流程設(shè)計

    通過對加香工序進行調(diào)查,總結(jié)出加香系統(tǒng)的生產(chǎn)流程:

    (1)工作人員把香精移動罐接入現(xiàn)場加香系統(tǒng)的氣動泵接口裝置,將香精抽吸入現(xiàn)場罐。氣動泵抽香完成后,把吸香管路和氣動泵內(nèi)殘余的香精用壓縮空氣吹掃入現(xiàn)場罐內(nèi);接著氣動泵抽吸水對吸料管路和自身清洗;最后,利用壓縮空氣把氣動泵和管路中的水吹完[5]。

    (2)生產(chǎn)前對香精施加管路完成預(yù)填充,當電子秤的煙絲流量信號到達加香控制系統(tǒng),加香系統(tǒng)開始施加香精;當生產(chǎn)結(jié)束時,用壓縮空氣將加香管路中的余香回收至儲存罐內(nèi),一定時間后對管路注入自來水,接著利用壓縮空氣把管路清吹干凈。

    (3)工作人員把余香從儲香罐放料口放出,完成對儲香罐內(nèi)壁的清潔和排污。

    按照加香系統(tǒng)的工作流程順序以及設(shè)計原則,設(shè)計出工藝流程圖。

    3 方案實現(xiàn)

    3.1 管路部分

    為實現(xiàn)加香系統(tǒng)工藝任務(wù),對儲存罐、閥門、管路等進行合理配置和規(guī)范安裝,減少香精損耗,保證加香精度和罐體計量精度。

    3.1.1 儲存罐

    香精通過移動罐運送到生產(chǎn)現(xiàn)場,需要添加入儲存罐。工廠生產(chǎn)一批次卷煙需要的香精為60 kg,為適應(yīng)工藝參數(shù)變化,選擇容積為120 L 的罐體。儲存罐需具備的接口:帶蓋的罐、攪拌電機接口、清洗接口、回收接口、吸香接口、放香接口和稱重裝置接口。

    3.1.2 球閥

    加香管路中管路開閉控制通過氣動球閥來執(zhí)行。依據(jù)工藝參數(shù),選擇DN15 兩通和三通球閥來滿足管路控制需要。

    3.1.3 管路

    根據(jù)工藝參數(shù),選擇DN15 食品級不銹鋼管實施加香系統(tǒng)管路的連接。采用“彎管”工藝,避免使用彎頭,使管路一次成型,焊縫數(shù)量少,減少香精殘留;為保證罐體稱重精度,與罐體連接的管路采用軟連接和水平安裝[6]。

    3.2 控制部分

    加香控制單元由集中監(jiān)控改變?yōu)楸镜乇O(jiān)控,加香系統(tǒng)配置西門子CPU 1513-1 控制器,實現(xiàn)設(shè)備組態(tài)、網(wǎng)絡(luò)搭建和控制程序設(shè)計。運用西門子TIA Portal V14 項目管理軟件[8],完成軟件設(shè)計工作。

    3.2.1 電氣元件組態(tài)

    把加香控制系統(tǒng)中HMI、變頻器、閥島、質(zhì)量流量計和I/O子站箱等組態(tài)到控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中,系統(tǒng)采用PROFINET 和PROFIBUS-DP 兩種網(wǎng)絡(luò)形式。

    3.2.2 程序設(shè)計

    根據(jù)加香系統(tǒng)的工藝任務(wù),程序主要分為3 個部分:生產(chǎn)準備、加香控制和回收香精及清洗管路。

    (1)生產(chǎn)準備。實現(xiàn)把移動罐的香精抽吸入現(xiàn)場儲存罐內(nèi),并對抽吸管路進行沖洗和清吹;實現(xiàn)罐體稱重功能和攪拌功能。

    (2)加香控制。對管路進行充分的預(yù)填充后,當煙絲流量信號到達加香控制系統(tǒng)時,系統(tǒng)開始對煙絲施加香精。其工作流程為:系統(tǒng)根據(jù)中控發(fā)送的施加比例,在接收到電子秤煙絲流量信號并經(jīng)堆棧延時后,控制系統(tǒng)將設(shè)定加香量(設(shè)定量=加香比例×煙絲流量)與采集到的實際香精流量(質(zhì)量流量計檢測)相比較,通過PID 調(diào)節(jié)變頻電機頻率實現(xiàn)齒輪泵輸送流量的變化,實現(xiàn)香精的跟蹤施加;同時系統(tǒng)進行二次PID 調(diào)節(jié),將香精累計量與煙絲累計量的比值同加香設(shè)定比例進行比較,實現(xiàn)誤差自動調(diào)節(jié)[5](圖1)。

    (3)回收清洗。生產(chǎn)完成以后,利用壓縮空氣的推動將停留在管路中的香精回收入儲存罐中,然后用自來水對管路進行清洗,再次使用壓縮空氣將水吹凈。

    圖1 加香控制系統(tǒng)雙閉環(huán)PID 調(diào)節(jié)示意

    3.2.3 監(jiān)控畫面

    根據(jù)操作流程和監(jiān)控需求設(shè)計出監(jiān)控操作界面(圖2),滿足加香系統(tǒng)操作和維護需要。

    圖2 加香控制系統(tǒng)監(jiān)控主畫面

    4 改造效果

    通過對加香系統(tǒng)的改造,實現(xiàn)了加香工序的本地加香,提高了加香系統(tǒng)的柔性生產(chǎn)能力;香精每批次損耗由1.5 kg 降低到0.2 kg;瞬時加香比例變異系數(shù)0.7%降低到0.2%;儲存罐計量精度達到了0.4%。這些指標的實現(xiàn),為提高和保持卷煙品牌的感觀質(zhì)量提供了保障。

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