梗絲增量比例變異系數(shù)控制研究與應用

郭昌耀，高復高，董 偉，許秋軒，靳林堅

（江蘇中煙工業(yè)有限責任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州 221000）

1 問題分析

在煙草制絲線中，梗絲流量的穩(wěn)定性至關重要，穩(wěn)定的梗絲流量是其他工藝的基礎，深入分析影響梗絲流量的穩(wěn)定性的因素，結合現(xiàn)有設備特點和工藝要求，運用光電管等檢測器件，改進PLC 控制程序，提高摻配精度合格率和增量比例變異系數(shù)，優(yōu)化工藝質量，為智能化生產提供良好的基礎[2]。制絲線瞬時梗絲摻兌比例變異系數(shù)合格率為80%，變異系數(shù)合格率為影響西格瑪水平的主要因素，需要對其進行研究和改善。流量控制一般采用控制型電子皮帶秤加喂料機加定量管，目前尚沒有批間換柜無縫銜接技術的報道，在摻兌梗絲時，有時因柜子內存儲的梗絲量不能滿足生產需要，需要啟動新柜子進行梗絲摻兌，在更換柜子的過程中，由于柜子內鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，使得物料流量在這期間會降低，影響摻兌流量增量變異系數(shù)[3]。目前對于批間更換摻兌儲柜的問題點沒有實際具體有效的解決辦法，一旦出現(xiàn)換柜不及時或者提前換柜，勢必導致物料斷續(xù)或者堵料現(xiàn)象，最終都將影響摻配精度[4]。

由于摻兌流量較低，在輸送皮帶上的物料高度也較低，單位時間內，輸送皮帶的輸送能力將受到影響，特別是在料頭階段，受上一批次的影響，留存在皮帶上的物料高度較低，難以保障供給量。在批次生產期間，皮帶物料高度低會造成供給不及時的現(xiàn)象，目前行業(yè)內供給側皮帶輸送機頻率固定不變，此頻率如設置較低則會造成供給量不足，如設置較高則會造成設備頻繁啟停，不利于摻兌變異系數(shù)合格率[5]。

在定量管物料高度控制方面，現(xiàn)有的方式為根據(jù)高、中、低料位，控制上游設備的啟停，上游設備的運行速率不受物料實際位置的影響，當物料高度和上升速率較低時，上游設備如仍按固定的頻率運行，則容易導致定量管供給不足，同理，當物料高度和上升速率都較高時，上游設備如仍按固定的頻率運行，則容易導致定量管供給過盈造成堵料，這些都將影響摻配精度的控制[6]。

2 系統(tǒng)設計

2.1 儲柜出料流量研究

加香在生產時，需要摻配一定比例的梗絲，在摻配梗絲時，有時因柜子內存儲的梗絲量不能滿足生產需要，需要啟動新柜子進行梗絲的摻兌，在更換柜子的過程中，由于柜子內鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，使得物料流量在這期間會降低，影響加香流量的穩(wěn)定性。

為此設計并增設批間換柜無縫銜接功能，在生產前操作工要選擇兩個摻配柜，第一摻配柜和第二摻配柜。當批次開始前，系統(tǒng)判定第一摻配柜存量不夠下一批次使用時，會彈出提示，要求操作人員選擇第二摻配柜，批次生產過程中，系統(tǒng)判定第一摻配柜存量即將耗盡時，會自動啟動第二摻配柜。

第二摻配柜啟動時，第一摻配柜和第二摻配柜底帶出料頻率會同時降低，以免摻配皮帶輸送機流量突然增大而導致的堵料現(xiàn)象，當?shù)谝粨脚涔癯鐾炅蠒r，第二摻配柜的底帶出料頻率會相應提高至正常值。總體功能的實現(xiàn)將避免因換柜不及時或者換柜過早導致的增量比例變異系數(shù)合格率降低的現(xiàn)象，從而保證摻配流量精度，預鋪設程序如圖1 所示。

圖1 預鋪設程序截圖

2.2 批次料頭流量穩(wěn)定性研究

為保證電子皮帶秤上物料流量的穩(wěn)定，在皮帶秤前裝有定量管，剛開始過料時，由于柜子內鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，導致定量管內剛開始物料較少。若此時電子皮帶秤啟動過料，流量稱上的物料偏少，從而影響穩(wěn)定性。

為此增加定量預鋪設功能，在上一批次即將結束時，程序自動降低皮帶的運行速率，從而使皮帶上的物料高度提升，保障下個批次料頭階段物料充足，由于此過程在上批次料尾階段進行，摻配需求量降低，所以降低皮帶速率不會對上個批次穩(wěn)定性造成影響[7]。

下面結合圖對本實用新型作進一步說明。儲柜物料如圖2所示。

圖2 儲柜物料示意圖

位置一：當煙堆既沒有遮擋光電管2 也沒有遮擋光電管3時，說明煙堆前端距離撥料輥有較長的空檔區(qū)。

位置二：當煙堆遮擋住光電管2，并由接近開關探測排鏈，并累計四個排鏈計數(shù)時，說明煙包前端已經運送至貼近撥料輥的位置。

位置三：當煙堆既遮擋光電管2 也遮擋光電管3 時，說明儲柜正處于出料狀態(tài)。

位置四：當煙堆遮擋光電管3，但是沒有遮擋光電管2 時，說明儲柜內物料存量不足。

系統(tǒng)在生產前設置第一出料柜和第二出料柜。①當?shù)谝怀隽瞎翊媪枯^足時，第二出料柜保持靜止，處于煙堆位置一；②當系統(tǒng)根據(jù)物料消耗量，判斷第一出料柜不夠下一生產批次使用時，第二出料柜自動運行，并運行至煙堆位置二后靜止等待；③當?shù)谝怀隽瞎裉幱跓煻盐恢盟臅r，第一第二出料柜同時運行；④當?shù)谝粌裉幱谖鍟r，停止第一出料柜，第二出料柜變?yōu)榈谝怀隽瞎瘛?/p>

經過系統(tǒng)程序邏輯判斷，實現(xiàn)儲柜的自動切換，保障換柜期間摻配物物料精度，提高摻配物增量變異系數(shù)的合格率。自動換柜程序如圖3 所示。

圖3 自動換柜程序截圖

2.3 定量管物料高度穩(wěn)定性研究

定量管內的料位高低也會影響物料流量的穩(wěn)定性，當定量管內料較少時，由于進料皮帶速度不變，物料無法很快補充到限量管內，物料從低料位進入到皮帶秤時，容易導致皮帶稱上物料減少，流量有波動；當定量管內物料較多時，物料不斷進入皮帶秤，定量管內物料從高料位下降到中料位，進料輸送帶又不斷將物料送至定量管，使得定量管很快由中料位上升到高料位，導致帶輸送機頻繁的啟停。

為此，采用物料進料輸送帶變頻控制，基于物料實際高度，根據(jù)物料實際高度和高度變化的速率這兩個因素，實時的控制上游皮帶機的運行速率，其他因素不變，當物料高度較低時，提高皮帶速率；當物料高度變化速率較低時，提高皮帶速率。當物料高度較高或者其變化速率較高時，同理。

為了解決上述技術問題，采用如下步驟：①通過光柵實時測量定量管中料位高度；②利用PLC 每隔1 s 計算定量管中料位高度差，通過高度差計算料位高度變化加速度；③將采集到的定量管高度和定量管高度變化加速度代入公式，并計算出上游設備的電機運行頻率，P=（H-h）/H×50+K1×a。其中H 為光柵總測量高度，h 為采集到的當前定量管中料位高度，K1為加速度配比系數(shù)，根據(jù)設備情況和工藝要求進行整定；④將計算出的實時電機頻率賦值給上游電機控制的PLC 程序，使電機按照計算頻率運行。

與現(xiàn)有技術相比，該發(fā)明技術方案的有益效果是：現(xiàn)有設備的基礎上，避免了增加檢測原件所帶來的資金投入，將定量管中物料高度和高度變化加速度考慮進去，實現(xiàn)二維控制的目的，有效抑制料位高度的波動，使其趨于穩(wěn)定，保證定量管物料充足且不至過分充盈，從而保障電子皮帶秤上的流量穩(wěn)定?？刂七壿嬋鐖D4 所示。

圖4 控制邏輯

3 應用效果

“梗絲增量比例變異系數(shù)控制研究與應用”項目應用于煙草行業(yè)儲柜出料系統(tǒng)，針對梗絲摻配過程中更換儲柜、批次料頭等容易出現(xiàn)流量波動的情況，集中改進控制，保障整批物料生產過程中梗絲增量比例變異系數(shù)控制穩(wěn)定，制絲線瞬時梗絲摻兌比例變異系數(shù)合格率為80%，項目實施后，瞬時梗絲摻兌比例變異系數(shù)合格率提升至95%以上。