一種濾棒甘油含量在線自動調(diào)節(jié)裝置設(shè)計

陳天麗，汪 魁，桂 圓，沈 偉，李 林

（湖北中煙工業(yè)有限責(zé)任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040）

0 引言

濾棒甘油含量與濾棒固化后的硬度為正相關(guān)[1]，是綜合評價濾棒加工性能和質(zhì)量的一個重要的技術(shù)指標(biāo)。它不僅與濾棒的重量、吸阻密切相關(guān)，還會影響濾棒的外觀質(zhì)量，繼而影響卷煙與濾棒的接裝質(zhì)量及效率，影響消費者的感官體驗，因此甘油施加量的多少對濾棒的質(zhì)量有重要作用[2]。目前國內(nèi)煙草行業(yè)濾棒成型設(shè)備中沒有在線甘油含量檢測及調(diào)節(jié)裝置，檢測方式采用的是氣相色譜儀檢測[3]、近紅外漫反射光譜法進(jìn)行離線計量檢測驗證[4]，離線檢測所需時間長，實時性較差、過程慢。其中，微波檢測技術(shù)已經(jīng)在很多領(lǐng)域內(nèi)得到了應(yīng)用和研究：侯紹林研究微波技術(shù)結(jié)合機器人學(xué)習(xí)對超寬帶紡織品含水量進(jìn)行微波檢測[5]；彭峋在復(fù)合濾棒微波在線檢測剔除控制系統(tǒng)中也采用了微波技術(shù)并實現(xiàn)了對不合格濾棒制品的剔除[6]。國內(nèi)在線濾棒甘油在線檢測調(diào)節(jié)的研究主要集中在甘油的在線檢測方法以及對不合格濾棒制品的剔除方面，甘油調(diào)節(jié)方式仍采用人工手動調(diào)整，人為對機組的參數(shù)調(diào)整和調(diào)整的幅度具有很強的主觀性，而目前對甘油含量的在線自動調(diào)節(jié)還屬于空白階段。因此，設(shè)計一種濾棒含量甘油在線檢測自動調(diào)節(jié)裝置尤為重要。本文在此背景下利用流量調(diào)節(jié)閥、控制器研究出一套甘油含量自動調(diào)節(jié)裝置。

1 系統(tǒng)組成

1.1 硬件單元

在線甘油含量自動調(diào)節(jié)裝置主要由硬件單元和軟件單元組成，硬件單元主要包括絲束微波檢測頭、濾棒微波檢測頭、工控機人機界面、甘油含量控制器和甘油霧化噴涂機構(gòu)。其中甘油霧化噴涂機構(gòu)包括甘油劑箱、甘油劑泵、甘油劑泵電機、流量調(diào)節(jié)閥、流量調(diào)節(jié)閥控制器和若干甘油噴霧嘴（圖1）：甘油劑泵的入口通過甘油泵抽吸管與甘油劑相連，甘油劑泵電機與甘油劑泵相連；流量調(diào)節(jié)裝置包裝流量調(diào)節(jié)閥入口、出口和回流口3 個部分。其中，流量調(diào)節(jié)閥出口管道連接甘油噴霧嘴，流量調(diào)節(jié)閥的入口通過調(diào)節(jié)閥入口管道與甘油劑泵的出口相連，流量調(diào)節(jié)閥的回流口通過調(diào)節(jié)閥回流管與甘油劑箱相連；甘油噴霧嘴均設(shè)置在濾棒成型機的甘油噴霧室內(nèi)，噴霧嘴數(shù)量可選1～7 個，帶加熱功能；甘油噴霧室內(nèi)設(shè)置有噴霧嘴安裝箱，該箱的頂部設(shè)置有可活動的門；甘油噴霧室的底部通過噴霧室回流管與甘油劑箱相連；工控機人機界面與濾棒成型機的電控柜相連，在線自動調(diào)節(jié)甘油噴灑量裝置，用于各種濾嘴成型機組；甘油含量控制器外接濾棒成型機的剔除機構(gòu)。

圖1 甘油自動調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)

1.2 控制單元

絲束微波檢測頭檢測到絲束甘油含量并把信號發(fā)送給甘油含量控制器，濾棒微波檢測頭檢測到濾棒的甘油含量并把信號發(fā)送給甘油含量控制器，根據(jù)檢測甘油含量判斷執(zhí)行下一步動作。通過工控機人機界面設(shè)置甘油含量自動調(diào)整的門檻值，門檻值即微波檢測濾棒甘油含量系統(tǒng)設(shè)置的剔除上下限，超過設(shè)定門檻值時，甘油含量控制器將發(fā)出控制指令給流量調(diào)節(jié)閥控制器，流量調(diào)節(jié)閥控制器驅(qū)動流量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)甘油輸送到噴霧嘴的流量，進(jìn)而調(diào)整甘油的噴灑量，從而實現(xiàn)絲束甘油噴灑量在線自動調(diào)節(jié)。

控制原理如圖2 所示：在甘油泵和噴霧嘴之間加入一個帶流量調(diào)節(jié)閥控制器的流量調(diào)節(jié)閥，用來調(diào)節(jié)送到噴霧嘴的甘油流量；流量調(diào)節(jié)閥的入口A 的流量一部分從出口B 輸出到噴霧嘴，剩余部分通過回流口C 流回甘油劑箱；流量調(diào)節(jié)閥控制器接收來自甘油含量控制器的控制信號，實時調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥的出口B 的流量，即調(diào)節(jié)噴霧嘴的噴灑量；甘油噴霧室內(nèi)可活動的門開度不變時，通過改變噴霧嘴甘油的噴灑量來改變?yōu)V棒的甘油含量。其中流量調(diào)節(jié)閥由不銹鋼制成，承壓為16 bar/25 bar/40 bar（1.6 MPa/2.5 MPa/4.0 MPa），適用于介質(zhì)黏度＜600 mm2/s（cSt）、響應(yīng)時間＜0.2 s、控制精度＜0.2%的情況；如果流量調(diào)節(jié)閥控制結(jié)果不足以調(diào)整甘油的含量，則甘油含量控制器通過與成型設(shè)備剔除機構(gòu)通信控制不合格嘴棒的剔除。

圖2 甘油自動調(diào)節(jié)裝置原理

2 實驗設(shè)計

2.1 測試設(shè)計

（1）測試設(shè)備。ZL29 設(shè)備（許昌煙草機械有限責(zé)任公司）安裝甘油微波濾棒甘油含量檢測裝置，設(shè)備滿速4700 支/min 運行30 min 不停機。

（2）測試原輔料標(biāo)準(zhǔn)、醋酸纖維絲束3.9Y/31000，增塑劑為煙用三乙酸甘油脂（簡稱“甘油”）。

（3）測試工藝參數(shù)。增塑劑儀表顯示值（60±2）mg，濾棒增塑劑施加比例為8%±1%。

（4）微波檢測濾棒甘油含量系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置.設(shè)置系統(tǒng)檢測甘油含量剔除上下限分別為9%和7%。正常生產(chǎn)時，活門開度為58 mg，系統(tǒng)顯示的甘油含量為8.25%。

試驗1：設(shè)定濾棒甘油含量大于9%時，啟動甘油噴灑量的自動調(diào)整，觀察在線甘油自動調(diào)節(jié)裝置調(diào)整效果。

試驗2：設(shè)定濾棒甘油含量小于7%，啟動甘油噴灑量的自動調(diào)整，觀察在線甘油自動調(diào)節(jié)裝置調(diào)整效果。

2.2 實驗結(jié)果

調(diào)整活門開度到62 mg，系統(tǒng)顯示的甘油含量為9.05%。打開甘油噴灑量的自動調(diào)整功能，系統(tǒng)檢測到此時濾棒甘油含量超標(biāo)，自動啟動甘油噴灑量的自動調(diào)整。觀察系統(tǒng)顯示的甘油含量，當(dāng)甘油含量到達(dá)8.5%時，此次甘油噴灑量自動調(diào)整結(jié)束，甘油含量趨于穩(wěn)定。

通過流量閥泄掉部分甘油，系統(tǒng)顯示的甘油含量為6.90%。此時打開甘油噴灑量的自動調(diào)整功能，系統(tǒng)檢測到此時濾棒甘油含量超標(biāo)，自動啟動甘油噴灑量的自動調(diào)整。觀察系統(tǒng)顯示的甘油含量，當(dāng)甘油含量到達(dá)7.5%時，此次甘油噴灑量自動調(diào)整結(jié)束，甘油含量趨于穩(wěn)定。

3 結(jié)論

針對微波檢測濾棒甘油含量裝置不能在線自動調(diào)節(jié)甘油噴灑量的問題，設(shè)計了一種全新的基于微波技術(shù)的濾棒甘油含量在線調(diào)節(jié)裝置。甘油在線自動調(diào)節(jié)裝置與微波甘油含量檢測系統(tǒng)相連，通過微波對濾棒甘油含量在線檢測，反饋到甘油霧化噴涂機構(gòu)用于在線調(diào)節(jié)甘油噴灑量，進(jìn)而對甘油噴涂實現(xiàn)閉環(huán)自動控制。