摻配工序摻配精準(zhǔn)性提升研究與應(yīng)用

周有偉，鞏緒雄

（安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司蕪湖卷煙廠，安徽蕪湖 241000）

0 引言

在宏觀經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入新常態(tài)的背景下，面對行業(yè)發(fā)展面臨的“四大難題”，進(jìn)一步挖潛降耗，向企業(yè)內(nèi)部要效益，促進(jìn)提質(zhì)增效，是轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、提高發(fā)展質(zhì)量的內(nèi)在要求，也是企業(yè)科技活動的目標(biāo)。為提高過程優(yōu)質(zhì)品率，助力高質(zhì)量發(fā)展，摻配工藝指標(biāo)控制開始由結(jié)果控制向過程控制轉(zhuǎn)變。在此背景下，通過對摻配過程控制實(shí)際情況調(diào)查研究看出，盡管反映摻配控制水平的各項(xiàng)工藝數(shù)據(jù)結(jié)果合格，但過程實(shí)物摻配存在不精確現(xiàn)象，存在精細(xì)化技術(shù)管控手段不足等問題。通過對摻配工序各系統(tǒng)進(jìn)行綜合性研究，找出制約摻配精細(xì)化控制水平的因素，并通過一系列的優(yōu)化改造措施，力求提升摻配工序各系統(tǒng)的精細(xì)化控制水平，為產(chǎn)品質(zhì)量的提升提供技術(shù)保障。

1 存在的問題

（1）摻配工序輔料秤現(xiàn)有的預(yù)鋪功能存在缺陷。只有計(jì)量管預(yù)填充功能，沒有秤體預(yù)鋪功能，生產(chǎn)前預(yù)鋪料完成后秤體上沒有存料，導(dǎo)致生產(chǎn)起始階段輔料電子秤雖然已經(jīng)開始計(jì)量，但實(shí)際上物料并沒有到達(dá)電子秤出口并匯入主料中，存在出料延時問題，造成摻配精度不真實(shí)。另外，輔料摻配實(shí)物重量與電子秤計(jì)量重量也存在誤差，制約了摻配精細(xì)化控制水平。

（2）由于主、輔料秤與相應(yīng)物料交匯點(diǎn)的距離不同，且主秤、輔秤在生產(chǎn)起始階段的啟動時間也不同，導(dǎo)致?lián)脚涔ば蛏a(chǎn)起始階段主、輔料在交匯點(diǎn)處的交匯易出現(xiàn)不同步，存在時間差。摻配主秤物料到達(dá)交匯點(diǎn)普遍比輔料到達(dá)的時間要早，這就造成生產(chǎn)起始階段料頭一部分物料未摻配輔料，主輔料未能實(shí)時匹配，輔料未能及時摻配到主料中，導(dǎo)致?lián)脚渚仁д?，制約了摻配精細(xì)化控制水平。摻配工序的12 個主、輔秤物料交匯點(diǎn)交匯時間差統(tǒng)計(jì)見表1，其中數(shù)據(jù)為主料到達(dá)交匯點(diǎn)時間—輔料到達(dá)交匯點(diǎn)時間。

表1 摻配主輔料交匯時間差統(tǒng)計(jì) s

（3）摻配工序電子秤在運(yùn)行過程中，PLC 偶發(fā)SF 故障，造成參數(shù)下發(fā)不成功和啟動命令異常，此時如果操作人員未及時發(fā)現(xiàn)就會對產(chǎn)品質(zhì)量造成影響。通過對摻配電子秤進(jìn)行在線程序監(jiān)控和故障診斷，經(jīng)分析主要有以下3 個原因：①聯(lián)鎖報警功能不完善，線控PLC 與電子秤雖然有通信驗(yàn)證信號，但信號即沒做啟動聯(lián)鎖，也沒有在畫面上顯示，造成故障不易提前發(fā)現(xiàn)；②網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不合理，查詢工藝段網(wǎng)絡(luò)組態(tài)參數(shù)后發(fā)現(xiàn)，電子秤網(wǎng)絡(luò)更新時間設(shè)置偏小，易造成掉網(wǎng)故障；③組態(tài)軟件和gsd 文件版本不兼容，由于摻配電子秤的組態(tài)gsd 文件為老版本的組態(tài)軟件編輯生成，而摻配現(xiàn)使用的是新版本組態(tài)軟件，新舊版本之間不兼容易導(dǎo)致電子秤網(wǎng)絡(luò)通信故障。

2 改進(jìn)措施

2.1 輔料預(yù)鋪控制程序編寫

為解決輔料秤生產(chǎn)前的預(yù)鋪問題，對預(yù)鋪的軟件控制程序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，設(shè)計(jì)秤體預(yù)鋪料功能（圖1）。通過秤體狀態(tài)判斷，置位預(yù)鋪料標(biāo)志位，設(shè)置“預(yù)鋪料模式”。首先根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，合理設(shè)置預(yù)鋪料設(shè)定流量，啟動秤體進(jìn)行預(yù)鋪。

圖1 增加稱體預(yù)鋪料功能

為確定電子秤預(yù)鋪結(jié)束位置，共選取了3 種預(yù)鋪方法進(jìn)行綜合比較分析，分別是設(shè)定荷載碼值法預(yù)鋪、秤出口光電檢測法預(yù)鋪、時間延時法預(yù)鋪。

（1）設(shè)定荷載碼值法預(yù)鋪。通過實(shí)驗(yàn)，記錄秤體鋪滿物料時的荷載碼值，將此碼值作為設(shè)定碼值。生產(chǎn)前預(yù)鋪階段電子秤運(yùn)行時載荷達(dá)到設(shè)定碼值即停止預(yù)鋪（荷載碼值=秤體零位碼值+秤體物料重量所對應(yīng)的碼值）。根據(jù)圖2 中的荷載碼值計(jì)算方式，此種預(yù)鋪方法易受秤體零位值波動的影響，電子秤長期運(yùn)行其皮帶的張緊度會發(fā)生改變，進(jìn)而造成零位值發(fā)生變化，如果還按照原先設(shè)定的荷載碼值進(jìn)行預(yù)鋪就會造成物料預(yù)鋪位置發(fā)生偏差。

圖2 設(shè)定荷載法預(yù)鋪

（2）秤體出口光電檢測法預(yù)鋪。在輔料電子秤出口加裝物料檢測光電，預(yù)鋪階段當(dāng)光電檢測到物料時，電子秤停止運(yùn)行，預(yù)鋪結(jié)束。此種預(yù)鋪方式同樣存在弊端，即檢測光電預(yù)鋪階段被外界灰塵擋住時，會造成光電誤觸發(fā)，導(dǎo)致預(yù)鋪位置發(fā)生偏差（圖3）。

圖3 秤出口光電檢測法預(yù)鋪

（3）時間延時法預(yù)鋪。如圖4所示，給定一個預(yù)鋪的設(shè)定流量和預(yù)鋪延時時間，預(yù)鋪階段電子秤運(yùn)行達(dá)到設(shè)定時間即停止預(yù)鋪。此種方式不易受外界環(huán)境及秤體自身影響，預(yù)鋪定位也相對準(zhǔn)確。因此最終采用了時間延時方式作為輔料秤生產(chǎn)前的預(yù)鋪方式，并合理設(shè)定預(yù)鋪流量和延時時間。

圖4 延時法預(yù)鋪

通過對MES 層的調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)電子秤生產(chǎn)流量數(shù)采閾值為200 kg/h，即當(dāng)輔料秤流量達(dá)到200 kg/h 以上，經(jīng)過一定延時后MES 數(shù)采開始正式判定本批次物料開始投入生產(chǎn)。因此，為避免系統(tǒng)誤判，選取200 kg/h、180 kg/h、160/h 三種預(yù)鋪流量分別做測試，根據(jù)測試結(jié)果合理設(shè)置預(yù)鋪延時時間。

表2 輔料秤預(yù)鋪3 種流量實(shí)驗(yàn)分析

由實(shí)驗(yàn)分析可知，180 kg/h 流量下，預(yù)鋪時間短且不會發(fā)生系統(tǒng)誤判，因此最終確定將180 kg/h 作為輔料秤預(yù)鋪流量。

改進(jìn)后，為調(diào)查每臺輔料秤的預(yù)鋪料狀態(tài)，項(xiàng)目組對梗絲上層、梗絲下層、膨絲南、膨絲北的電子秤生產(chǎn)前預(yù)鋪情況做了統(tǒng)計(jì)分析（表3）。

表3 摻配輔料電子秤預(yù)鋪統(tǒng)計(jì)

通過以上統(tǒng)計(jì)分析可知，預(yù)鋪延時時間設(shè)定為40～50 s 時，預(yù)鋪完成后秤體上基本上能布滿物料，可以保證輔料摻配精度的準(zhǔn)確性和真實(shí)性。

預(yù)鋪結(jié)束后，為避免預(yù)鋪階段電子秤產(chǎn)生的累計(jì)量參與到生產(chǎn)階段摻配精度值的計(jì)算中，對輔料秤預(yù)鋪累計(jì)量做了清零處理，并置位“輔料秤準(zhǔn)備好”信號。

2.2 優(yōu)化主輔料配比實(shí)時性

結(jié)合摻配現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際測定的物料交匯時間差，合理設(shè)置輔料秤啟動延時時間，保證主料和輔料在交匯點(diǎn)處同步交匯；并合理設(shè)置主秤流量堆棧延時時間，使其與輔料秤啟動延時時間一致，確保主輔料摻配實(shí)時、精準(zhǔn)。

2.3 軟件優(yōu)化改進(jìn)。

（1）在摻配段PLC 控制程序中增加電子秤通信報警，當(dāng)電子秤與主站通信中斷時，發(fā)出聲光報警提示，操作工、維修工可及時檢查干預(yù)，避免產(chǎn)生質(zhì)量風(fēng)險。為了更直觀地展現(xiàn)故障，在聲光報警的基礎(chǔ)上，還在現(xiàn)場操作站界面增加“通信報警”顯示，由于摻配段電子秤較為集中，首先在該段增加“報警”顯示，當(dāng)稱通信正常、綠色常亮；如果通信故障，紅色閃爍。

（2）經(jīng)統(tǒng)計(jì)，每次“通信故障”都是出現(xiàn)在斷電之后，因此電子秤與主站的通信方式需要優(yōu)化。通過對PLC 的通信模式的研究，對電子秤與主站間的PROFINET 連接屬性進(jìn)行優(yōu)化，并對PLC 相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整實(shí)驗(yàn)，從源頭上解決“通信故障”。同時，為防止新舊版本之間不兼容導(dǎo)致電子秤出現(xiàn)通信問題，將組態(tài)軟件系統(tǒng)的版本降低，并重新生成組態(tài)gsd 文件，將其載入輔料電子秤PLC 中測試，未發(fā)現(xiàn)異常。

優(yōu)化改進(jìn)后，經(jīng)現(xiàn)場測試，電子秤通信報警功能正常，同時，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性顯著提升。

3 總結(jié)

通過以上的改進(jìn)措施，為摻配系統(tǒng)提供了一種精細(xì)化的控制技術(shù)，有效解決了卷煙煙絲生產(chǎn)過程中摻配工序存在的實(shí)物摻配精準(zhǔn)度不足、摻配過程控制能力較差等問題，提高了摻配精細(xì)化控制水平。同時也將為車間其他工序的生產(chǎn)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)優(yōu)勢和有效的保障手段，為制絲線工藝水平提升提供啟發(fā)和指導(dǎo)作用。