無(wú)儲(chǔ)料倉(cāng)式恒流量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

王 斌，霍開玲，王培星，張 明

（1.陜西中煙工業(yè)有限責(zé)任公司澄城卷煙廠，陜西渭南 714000；2.九江七所精密機(jī)電科技有限公司，江西九江 332000）

0 引言

流量控制是煙草制絲生產(chǎn)過(guò)程中最重要的控制參數(shù)之一?，F(xiàn)有煙草制絲線上的流量控制單元一直采用喂料機(jī)、計(jì)量管及電子皮帶秤組成。由于喂料機(jī)設(shè)備對(duì)成品煙絲的造碎很大，不適用于成品煙絲工位，長(zhǎng)期以來(lái)成品煙絲流量控制一直制約著卷煙工藝發(fā)展。為此，澄城卷煙廠與九江七所精密機(jī)電科技有限公司聯(lián)合技術(shù)攻關(guān)，針對(duì)葉絲主秤工位，采用最小的改造投資，開發(fā)了一種無(wú)儲(chǔ)料倉(cāng)的恒流量控制系統(tǒng)，以滿足《煙草工藝規(guī)范》（2016 年）對(duì)葉絲主秤工位流量控制的要求。

1 技術(shù)方案

1.1 原因分析

從現(xiàn)有制絲工藝看，烘絲前工位均采用了喂料機(jī)、計(jì)量管和電子皮帶秤組成的定量喂料系統(tǒng)，投料流量恒定。烘絲后，煙絲水份波動(dòng)也很小。因此，理論上葉絲主秤的流量也相對(duì)穩(wěn)定，但由于烘絲設(shè)備出料波動(dòng)較大，導(dǎo)致葉絲主秤流量曲線波動(dòng)較大。摻配秤根據(jù)葉絲主秤流量實(shí)時(shí)摻兌，進(jìn)而導(dǎo)致加香工位流量曲線波動(dòng)更大。

1.2 總體設(shè)計(jì)思路

首先，根據(jù)前級(jí)喂料設(shè)備流量和水分損耗折算出當(dāng)前工位電子皮帶秤的設(shè)定流量。其次，對(duì)前級(jí)皮帶機(jī)變頻調(diào)速，通過(guò)改變皮帶機(jī)帶速來(lái)改變皮帶機(jī)上料層厚度，使皮帶機(jī)具有一定的儲(chǔ)料能力。最后，采用自適應(yīng)算法調(diào)整設(shè)定流量，確保整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中不發(fā)生堵料現(xiàn)象。

1.3 皮帶機(jī)存料能力核算

為確保每批生產(chǎn)過(guò)程中，通過(guò)皮帶機(jī)變頻方式能確保物料在皮帶機(jī)上暫存，必須根據(jù)現(xiàn)有皮帶機(jī)的結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行核算：先從歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)中找一批流量波動(dòng)較大的物料曲線Q，再核算出流量均值M，最后計(jì)算前級(jí)皮帶機(jī)存料量S（S=∫（Q-M）dt）。曲線如圖1、圖2 所示。

由圖2 可以看出，前級(jí)皮帶機(jī)的存料量需大于70 kg才能實(shí)現(xiàn)流量恒定控制。

前級(jí)皮帶機(jī)通過(guò)變頻調(diào)速后，皮帶機(jī)料層厚度與皮帶機(jī)頻率成反比。當(dāng)頻率降低一倍時(shí)，料層厚度增加一倍。假設(shè)皮帶機(jī)變頻范圍20～50 Hz，料層厚度為64～160 mm。再根據(jù)皮帶機(jī)長(zhǎng)度15 m，料層寬度800 mm，煙絲密度按100 kg/m3，可以計(jì)算出皮帶機(jī)儲(chǔ)料能力可達(dá)120 kg，大于恒流控制所需的70 kg 存料量，滿足設(shè)計(jì)需要。

圖1 葉絲主秤實(shí)時(shí)流量

圖2 前級(jí)皮帶機(jī)實(shí)時(shí)存料量計(jì)算

1.4 增加計(jì)量管實(shí)現(xiàn)料層高度控制

在前級(jí)皮帶機(jī)出口增加了一個(gè)帶測(cè)量光幕的計(jì)量管。通過(guò)PID 調(diào)節(jié)前級(jí)皮帶機(jī)進(jìn)料速度，使煙絲在計(jì)量管內(nèi)高度基本一致，煙絲流出計(jì)量管后，保證在電子皮帶秤上煙絲料層厚度和密度波動(dòng)較小，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物料重量波動(dòng)小，提高電子皮帶秤流量的控制精度。

1.5 軟件算法流程（圖3）

2 實(shí)施方案

根據(jù)上述技術(shù)方案，針對(duì)現(xiàn)有葉絲主秤工位設(shè)備情況，實(shí)施方案如下：

（1）抬高進(jìn)料皮帶輸送機(jī)，皮帶輸送機(jī)角度由8.5°改為13.5°。并在皮帶機(jī)出口增加一套帶光幕計(jì)量管（含皮帶機(jī)連接斜斗），計(jì)量管截面尺寸600×250 mm。

（2）更換電子皮帶秤鏈輪鏈條，調(diào)整額定帶速，并修改控制軟件，將電子皮帶秤類型由計(jì)量型改為控制型。

（3）對(duì)葉絲主秤進(jìn)料皮帶輸送機(jī)進(jìn)行變頻改造，在葉絲主秤控制柜內(nèi)增加變頻器、模擬量模塊及相應(yīng)低壓控制器件，變頻器由該控制柜內(nèi)PLC 直接控制。

（4）修改線控控制程序及電子皮帶秤控制程序，實(shí)現(xiàn)該工位的恒流量控制。

3 結(jié)束語(yǔ)

本次改造后，葉絲主秤流量控制十分平穩(wěn)，CPK（Complex Process Capability，制程能力）值可達(dá)到2.0，變異系數(shù)達(dá)到0.15%，完全滿足卷煙工藝規(guī)范要求。因此，采用前級(jí)皮帶機(jī)變頻控制方式，在儲(chǔ)料量要求不高場(chǎng)合替代現(xiàn)有喂料機(jī)儲(chǔ)料倉(cāng)，實(shí)現(xiàn)流量控制單元完全可行，可在現(xiàn)有卷煙制絲線摻配主秤、混絲加香秤等成品煙絲工位推廣應(yīng)用。