基于雙模態(tài)控制信號檢測的煙絲牌號站監(jiān)控系統(tǒng)的研究

張振峰，張帥帥，李祥斌，王芯蕊，周立峰，蔣盼盼，林 瓊

（1.南華大學(xué)，湖南 衡陽 421001；2.山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司青州卷煙廠，山東 青州 262500；3.江蘇華正環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 徐州 221131）

在我國煙草行業(yè)堅定實施 “大品牌、 大市場、大企業(yè)” 發(fā)展戰(zhàn)略，不斷打造中式卷煙品牌的背景之下，研究者們不斷對卷煙設(shè)備及生產(chǎn)過程進行優(yōu)化改進。 文獻[1] 為解決卷煙供絲過程中存在的煙絲造碎大、 出料不均勻、 產(chǎn)生揚塵影響生產(chǎn)環(huán)境等問題，對供絲系統(tǒng)進行了優(yōu)化改進。 儲絲柜出料方式采用柔性出料裝置代替撥絲輥，將打擊式出料改為柔性出料； 配絲裝置采用篩分式分配圓盤替代離心式勻絲圓盤，可以有效分離出碎絲和煙末。 文獻[2] 和文獻[3] 為解決風(fēng)力送絲和配絲過程中產(chǎn)生的煙絲分層及造碎率較高等問題，提高煙絲輸送過程的控制能力，改造了風(fēng)力配絲裝置，取得了較好效果。 文獻[4] 為解決卷接機組開機臺數(shù)較少情況下集中風(fēng)力系統(tǒng)過度冗余而造成的能源浪費等問題，利用模塊化、 柔性化設(shè)計理念和管道切換技術(shù)，對卷接機組布局以及除塵系統(tǒng)的運行數(shù)量等進行了研究與改進，較好地解決了能源浪費嚴重等問題。 文獻[5] 針對卷煙廠支管定量補風(fēng)煙絲輸送系統(tǒng)和梗簽收集系統(tǒng)各自的特點，為了彌補支管定量補風(fēng)煙絲輸送系統(tǒng)運行能耗較高的不足，將梗簽收集和煙絲輸送復(fù)合成一個系統(tǒng)，利用煙絲輸送系統(tǒng)的補風(fēng)量作為梗簽收集風(fēng)量的一部分，以達到穩(wěn)定送絲風(fēng)速、 降低系統(tǒng)負荷的效果。

本文根據(jù)卷煙廠的生產(chǎn)需求，針對不同牌號卷煙產(chǎn)品的風(fēng)力送絲系統(tǒng)進行研究。 采用風(fēng)力送絲系統(tǒng)將喂絲機內(nèi)的煙絲輸送到卷煙機內(nèi)，再進入卷煙工序，傳統(tǒng)方式下，喂絲機與卷煙機之間的管道都是采用硬管進行連接的，更改起來費時費力，生產(chǎn)調(diào)度也非常繁瑣，有時甚至需要停產(chǎn)進行調(diào)整。 面對市場變化的卷煙產(chǎn)品需求，煙絲牌號站的作用越來越明顯，煙絲牌號站的需求也越來越多。

1 煙絲牌號站的基本結(jié)構(gòu)及功能

煙絲牌號站可實現(xiàn)每臺卷煙機與每臺喂絲機的自由連接，能最大限度地減少卷煙機更換生產(chǎn)牌號時的工作量，甚至單人在短時間內(nèi)就能完成。

煙絲牌號站安裝在喂絲機與卷煙機之間的送絲管區(qū)域，主要由喂絲機端接口站、 卷煙機端接口站、 內(nèi)部直管、 S 彎管、 高位管道懸吊結(jié)構(gòu)、 低位管道支撐結(jié)構(gòu)、 管道存放架、 管道密封蓋等組成。

煙絲牌號站基本上都是基于獨特的網(wǎng)格線設(shè)計，即確定輸入口與輸出口后，連接方式唯一。 各條送絲管路的連接均遵循這一獨特的網(wǎng)格線設(shè)計原理。 進管和出管分別位于兩個高度不同的平面內(nèi)，且進管與出管間的交角為90°。 一路進管與其對應(yīng)的出管之間的連接通過一套S 彎管實現(xiàn)。 一套S 彎管由兩個90°彎管構(gòu)成。 借助系統(tǒng)性的設(shè)計方案，各管道部件為預(yù)生產(chǎn)的管道，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸標準，可實現(xiàn)各路送絲管道的任意切換。

2 煙絲牌號站監(jiān)控系統(tǒng)的研究

2.1 研究意義

在安裝有煙絲牌號站的場合，牌號站內(nèi)管道可自由連接，能夠便捷切換。 煙絲牌號站采用信號檢測、 自動控制和圖形監(jiān)控等技術(shù)，在煙絲輸送過程中確保煙絲不錯牌、 不混排，避免造成生產(chǎn)事故。

2.2 煙絲牌號站更換管道遵循原理

若煙絲牌號站入口端接口（從喂絲機的各管道接入） 數(shù)量為n，出口端接口 （接出至各卷煙機）數(shù)量為m，且n≥m≥1，根據(jù)排列組合的原理，理論上可實現(xiàn)的管道連接的數(shù)量為N=Pnm（n≥m≥1）?？芍?，隨著n，m 的增加，N 的數(shù)值也將非常大。

2.3 監(jiān)控系統(tǒng)

建立一套基于PLC 的自動監(jiān)控系統(tǒng)，將信號采集至負責(zé)檢測管道連接狀態(tài)的PLC 內(nèi)，通過PLC的運算及判斷，使監(jiān)控系統(tǒng)能自動判定管道的連接狀態(tài)，將信號轉(zhuǎn)化為易于識別的圖形或文字符號。這些符號顯示在人機互動界面 （Human Machine Interface，HMI） 上，操作人員可根據(jù)生產(chǎn)需要調(diào)整各喂絲機和卷煙機間的連接，并將實時需求及實際連接狀態(tài)顯示在屏幕上，如出現(xiàn)連接故障時，及時進行報警提示，指導(dǎo)操作人員進行修正。 為實現(xiàn)上述功能，監(jiān)控系統(tǒng)的實施方案如下。

a） 物料入口端與料管、 料管與料管及料管與物料出口端等部件之間通過法蘭連接。

b） 每根管道上均附著一根金屬副管，副管內(nèi)含一根信號導(dǎo)線。

c） 操作人員根據(jù)控制系統(tǒng)的提示，在煙絲牌號站內(nèi)進行管道切換，一旦某根管道連接完成，該管道的入口端與出口端之間將形成電氣導(dǎo)通狀態(tài)。

d） 某根管道形成電氣導(dǎo)通狀態(tài)時，同時觸發(fā)兩個繼電器狀態(tài)發(fā)生改變。

e） 控制系統(tǒng)采用雙模態(tài)控制信號檢測方式，實時捕捉各個繼電器觸點的狀態(tài)，一旦捕捉到變化的狀態(tài)，會立即計算出接通的入口端和出口端的對應(yīng)關(guān)系。

f） 實時向操作人員展示喂絲機與卷煙機的連接狀態(tài)，并與預(yù)設(shè)的信息進行比對，及時判斷管道連接是否正確，一旦出現(xiàn)問題，立即發(fā)出聲光報警，并進行圖文提示。

g） 排除故障后，提示操作人員進行人工確認，恢復(fù)正常。

2.4 雙模態(tài)控制信號檢測

2.4.1 檢測說明

模態(tài)一： 當(dāng)牌號站內(nèi)某根管道連接好之后，絲管上附著的副管內(nèi)導(dǎo)線會同時導(dǎo)通，并同時接通且只能接通兩個繼電器KAx 和KBy （同時出現(xiàn)兩個上升沿）。

模態(tài)二： 當(dāng)牌號站內(nèi)某根管道斷開之后，絲管上附著的副管內(nèi)導(dǎo)線會同時斷開，并同時斷開且只能斷開兩個繼電器KAx 和KBy （同時出現(xiàn)兩個下降沿）。

模態(tài)一和模態(tài)二中均有兩個繼電器信號同時發(fā)生變化，繼電器KAx 和KBy 分別對應(yīng)該管道入口端和出口端，通過繼電器的編號可判斷該管道所對應(yīng)的入口端和出口端編號，并與預(yù)設(shè)的編號進行比對并顯示結(jié)果，并采用不同的聲光及圖文進行提示。 雙模態(tài)控制信號檢測原理見圖1。

圖1 雙模態(tài)控制信號檢測原理圖

2.4.2 控制流程圖

雙模態(tài)控制信號檢測流程見圖2。

圖2 雙模態(tài)控制信號檢測流程圖

2.5 人機互動界面設(shè)計

人機互動界面上可顯示更換煙絲牌號過程中用的全部數(shù)據(jù)，并留有需要輸入設(shè)置參數(shù)的接口，便于操作人員隨時進行查詢、 比對及判斷故障原因。煙絲牌號站監(jiān)控部分界面見圖3。

圖3 煙絲牌號站出口端HMI 設(shè)置界面

3 使用效果

本文對有無煙絲牌號站及監(jiān)控系統(tǒng)等幾種情況的使用效果進行對比分析，結(jié)果見表1。

從表1 可知，在安裝牌號站并加入監(jiān)控系統(tǒng)的情況下，更換煙絲牌號更加便捷、 準確，一旦出現(xiàn)問題，操作人員及檢修人員能及時得知并進行相應(yīng)處理，避免發(fā)生嚴重的生產(chǎn)事故。

表1 使用效果對比

4 結(jié)論

1） 本文介紹了煙絲牌號站的基本結(jié)構(gòu)及功能等，分析了調(diào)整煙絲牌號時煙絲牌號站監(jiān)控系統(tǒng)的重要性及其信號判斷的復(fù)雜性。

2） 提出了一種基于雙模態(tài)控制信號檢測的煙絲牌號站監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可準確判斷管道連接狀態(tài)，并進行信息監(jiān)控及故障診斷，縮短了判斷及處理時間。

3） 實踐結(jié)果證明，該系統(tǒng)高效、 準確，具有很好的實用價值和指導(dǎo)意義。