制絲線分段啟停節(jié)能模式的設(shè)計與實現(xiàn)

尹鑫，崔巖，楊建新，牛啟帆，楊光露，張亞凱

（1.河南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司南陽卷煙廠，河南南陽，473007；2.北京航天拓?fù)涓呖萍加邢挢?zé)任公司，北京，100176）

關(guān)鍵字：卷煙加工；制絲線；分段啟停；節(jié)能降耗

0 引言

近些年，制造業(yè)的快速發(fā)展，在推動經(jīng)濟發(fā)展的同時，也在一定程度上消耗了大量的能源，加劇了國家的能源供應(yīng)壓力。在這種形式下，國家提出降本增效和碳達(dá)峰，在這種形勢下，煙草行業(yè)也開展一系列的節(jié)能降耗研究。由于生產(chǎn)工藝的復(fù)雜性，傳統(tǒng)煙草制絲生產(chǎn)模式采用粗放型模式。生產(chǎn)工序眾多，生產(chǎn)過程中，設(shè)備控制模式以工藝段作為劃分條件采用倒序啟動，造成物料下游工序設(shè)備空轉(zhuǎn)運行，帶來能源浪費的同時，也加重了設(shè)備自身損耗，增加維修費用和工時。因此，本文創(chuàng)新研究和設(shè)計新型制絲線生產(chǎn)控制模式，在滿足工藝生產(chǎn)要求下，實現(xiàn)設(shè)備之間的分段無縫銜接啟動，大大縮短設(shè)備空轉(zhuǎn)待料時間，從而實現(xiàn)減少能源浪費和資料消耗，達(dá)到降本增效的目的。

1 傳統(tǒng)組織生產(chǎn)模式

卷煙制絲生產(chǎn)線是流水輸送線，設(shè)備分主機設(shè)備和輔聯(lián)設(shè)備，主機設(shè)備主要承擔(dān)物料加工、工藝指標(biāo)的控制與調(diào)整，輔聯(lián)設(shè)備主要完成物料的輸送、搬運、移動等功能。

為保證物料的連續(xù)運行，工藝段、單元內(nèi)設(shè)備啟動的順序總是逆著物料的運動方向順序啟動，如圖1所示。設(shè)備全部啟動后，等待物料輸入。由于物料在輔聯(lián)設(shè)備上的部分工藝段需要20分鐘以上時間物料才用從工藝段的入口輸送到工藝段出口。該過程完全處于設(shè)備空運行狀態(tài)，且空運行的輔聯(lián)設(shè)備數(shù)量和工藝段的長度、設(shè)備劃分單元的大小有直接關(guān)系，單元越大、工藝段越長，空運行的輔聯(lián)設(shè)備越多，空運行能源浪費越大。

圖1 制絲線物流傳遞圖

輔聯(lián)設(shè)備功率占制絲設(shè)備總功率的77%，根據(jù)各生產(chǎn)線每天排產(chǎn)任務(wù)情況，每天輔聯(lián)設(shè)備空運行時間平均在60-120分鐘之間，每批次輔聯(lián)設(shè)備平均空運行時間20分鐘左右。

在制絲生產(chǎn)線中，近幾年一些卷煙廠將工藝段細(xì)化為單元進(jìn)行控制，取得了一定的節(jié)能效果。但是由于單元結(jié)構(gòu)劃分受設(shè)備布局及工藝路線的限制，單元內(nèi)仍會存在多臺設(shè)備。單臺設(shè)備的啟停只是受單元的控制，尤其是輔聯(lián)設(shè)備，其主要實現(xiàn)物料輸送和，這一類設(shè)備并沒有和其服務(wù)的對象--物料建立直接的聯(lián)系，仍然無法實現(xiàn)輔聯(lián)設(shè)備隨物料位置的精準(zhǔn)啟停

2 分段精準(zhǔn)啟停模式研究路線

制絲線精準(zhǔn)分段啟停模式最主要是“精準(zhǔn)”，啟停的精準(zhǔn)判定是物料的精準(zhǔn)，因而制絲線精準(zhǔn)分段啟停模式研究路線如圖2所示。

圖2 研究路線示意圖

路線中首要要對生產(chǎn)線劃分，將生產(chǎn)線按照工藝段進(jìn)行劃分成一段段，然后分別對每一段的主機設(shè)備預(yù)熱、每一個輔聯(lián)設(shè)備的物料運輸時間進(jìn)行統(tǒng)計，然后對所有段的數(shù)據(jù)疊加生產(chǎn)工藝要求進(jìn)行整理得出每個設(shè)備的啟動先后邏輯及啟動時間，在此基礎(chǔ)上建立物料檢測模型判斷物料是否到達(dá)和物料傳遞模型來決定如何傳遞物料信息。

3 分段精準(zhǔn)啟停模式研究內(nèi)容

3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)統(tǒng)計

我們以葉絲段為例，通過研究設(shè)備運行和物料輸送時間，葉絲段存在物料緩沖工序兩個；切葉絲物料緩沖工序、烘絲物料緩沖工序；把切葉絲機、烘絲機、葉絲風(fēng)選確定為主機工序。依據(jù)主機工序和物料緩沖工序把葉絲工藝段劃分為五個工序段：切葉絲物料緩沖工序段、切葉絲工序段、烘絲物料緩沖工序段、烘絲工序段、葉絲風(fēng)選工序段五個工序段。

圖3 制絲線分段啟停葉絲段劃分圖

工藝段劃分界定完畢后，我們需要采用現(xiàn)場測量等方法，對每個工藝段的生產(chǎn)用時、設(shè)備物料輸送時間和設(shè)備主要控制參數(shù)等方面進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和資料收集。

以葉絲段為例，在葉絲段生產(chǎn)過程中，部分主機設(shè)備在生產(chǎn)前需要設(shè)備預(yù)熱、物料緩沖和預(yù)填充，以保證生產(chǎn)運行的連續(xù)性和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，針對葉絲段相關(guān)工藝設(shè)備生產(chǎn)準(zhǔn)備用時進(jìn)行現(xiàn)場測量，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示。

表1 葉絲段相關(guān)工藝設(shè)備生產(chǎn)準(zhǔn)備用時

3.2 物料位置信息檢測模型研究

以葉絲段為例，葉絲工藝段劃分五個工序段之后，需要對每個工序段的物料輸送情況進(jìn)行實時檢測，分析研究現(xiàn)有的物料檢測裝置，通過增加新的物料檢測裝置完善五個工序段物料檢測，實時監(jiān)控物料輸送情況。

對于物料位置的檢測，在每個設(shè)備，利用形式不同，可以感知物料變化便可以作為檢測物料位置傳感器，如對射光電管、水分儀、電子秤等，如圖4所示。

圖4 制絲線可利用物料位置檢測設(shè)備

3.3 工序段啟動控制規(guī)劃

依據(jù)物料輸送時間和物料探測裝置對葉絲段進(jìn)行分工序段啟停控制規(guī)劃，如圖5所示，目的是物料運行所到位置的設(shè)備啟動，物料未到設(shè)備處于待機狀態(tài)，減少設(shè)備空轉(zhuǎn)時間。

圖5 葉絲段分工序段啟?？刂埔?guī)劃圖

以切葉絲工序號為例，切葉絲工序段的工藝路徑為切葉絲機前喂料機到切葉絲機。該工序段涉及到喂料機提升機、輔聯(lián)設(shè)備、切絲機喂料裝置、切葉絲設(shè)備。當(dāng)切葉絲機前喂料機高料位物料檢測裝置檢測到物料時，即喂料機儲存物料滿足開機條件，延時30秒啟動喂料提升機、輔聯(lián)設(shè)備和切葉絲機喂料裝置；當(dāng)切葉絲機喂料裝置高料位物料檢測裝置檢測到物料時，即切葉絲機預(yù)填充完成，啟動切葉絲啟動運行，正常切絲生產(chǎn)；當(dāng)切葉絲機喂料裝置低料位物料檢測裝置檢測喂料機底帶物料檢測檢測到無料時，切葉絲工序停機。依照上述條件修改切葉絲工序的PLC控制程序，建立切葉絲工序段的自動啟?？刂?。

3.4 分段精準(zhǔn)控制模型效果

制絲線精準(zhǔn)控制模型的使用，重新劃分和定義了制絲線生產(chǎn)控制模型大大減少了設(shè)備的等待控制時間。對此，以葉絲段為例，我們對比新老控制模型節(jié)能效果，如表2所示，分段精準(zhǔn)控制模型在降低設(shè)備空轉(zhuǎn)和節(jié)能減耗上展現(xiàn)巨大優(yōu)勢。

表2 新老控制模型節(jié)能降耗統(tǒng)計對比表

4 結(jié)束語

本文主要闡述了制絲線生產(chǎn)控制模式的研究和改進(jìn)，在對制絲線重新工藝劃分控制單元和統(tǒng)及物料輸送精準(zhǔn)時間等數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上設(shè)計制絲線分段精準(zhǔn)控制模型，有效減少設(shè)備的空轉(zhuǎn)，提高了設(shè)備效率。