提高膨脹梗絲加料出口水分穩(wěn)定性的探究

雷嘉敏 馮燦雄

摘要： 為了提高梗絲加料出口物料水份的穩(wěn)定性，構(gòu)建了基于PLC可編程邏輯控制器基于滾筒百分比的概念調(diào)節(jié)梗絲加料機(jī)增濕裝置。文章通過對生產(chǎn)過程中影響梗絲加料出口物料水份穩(wěn)定性的因素進(jìn)行分析，并針對這些因素提出相應(yīng)的解決方案。

關(guān)鍵詞：膨脹梗絲;梗絲加料機(jī);PLC;正交分析;Cpk值

片煙加料是制絲生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵工序之一，其工藝目的是將糖料均勻地噴灑到片煙上，并對來料含水率進(jìn)行平衡， 以利于后續(xù)工序?qū)ζ瑹熯M(jìn)行進(jìn)一步加工[1]。其中，含水率的控制效果對煙絲的內(nèi)在品質(zhì)具有重要作用。目前，制絲車間梗線生產(chǎn)存在加料工序出口水分批次內(nèi)差異大的現(xiàn)象，從而影響至膨脹梗絲的填充值。而卷煙生產(chǎn)中常用的SJ1524型等加料機(jī)沒有含水率控制系統(tǒng)，增加的含水率主要來源于熱風(fēng)控制系統(tǒng)中的補(bǔ)償蒸汽和加料系統(tǒng)中的引射蒸汽，在生產(chǎn)過程中引射蒸汽波動小[2-3]。近年來，在解決片煙加料機(jī)出口含水率方面已有較多研究報(bào)道，曹正良等[4]通過程序?qū)⒄羝尤肓吭O(shè)定為一個穩(wěn)定值，由于未考慮梗絲生產(chǎn)狀況的影響因素，該方法不能從根本上解決干擾問題。且經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，在2018年下半年，膨脹梗絲加料出口水分Cpk值達(dá)標(biāo)率僅為22.76%，未能滿足生產(chǎn)穩(wěn)定性需求。本文旨在從分析影響梗絲加料出口水分穩(wěn)定性的原因著手，探求補(bǔ)償蒸汽對物料出口水分和溫度的影響，提出改進(jìn)措施，構(gòu)建基于PLC可編程邏輯控制器基于滾筒百分比的概念調(diào)節(jié)梗絲加料機(jī)增濕裝置。

1 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

1.1增濕系統(tǒng)模型構(gòu)思

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行原理，物料通過振槽進(jìn)入旋轉(zhuǎn)著的筒體內(nèi)，筒體傾斜一定角度，保證物料均勻地流出筒體。筒體內(nèi)壁裝有耙釘，帶著物料旋轉(zhuǎn)不斷翻動前進(jìn)，由卸料出料端卸出。

構(gòu)思在加料機(jī)前室的料液霧化噴嘴旁加裝水霧化噴嘴，便于物料在不斷翻動的過程中，均勻施加水分，有穩(wěn)定加濕效果的作用

1.2確定噴嘴安裝位置

為了確定其水霧化噴嘴的具體位置，在整個加料筒前室的范圍內(nèi)做正交分析實(shí)驗(yàn)，以保證加水的最佳效果，保證加料機(jī)出口水分的穩(wěn)定性。

通過以上實(shí)驗(yàn)分析后，最終決定最佳參數(shù)組合方案為A2B2C3，即各噴嘴與筒壁的距離取15cm，噴嘴安裝角度取30°，噴嘴與機(jī)體的兩側(cè)間距取6cm。安裝后，經(jīng)測試噴嘴霧化面積>90%，噴嘴安裝位置偏差在設(shè)計(jì)范圍±1.0mm，角度偏差≤2°。

1.3建立水分控制系統(tǒng)

（1）加水控制模塊

根據(jù)入口水分設(shè)定值和出口水分目標(biāo)值偏差較大的需求，制定加水模塊，為加料筒內(nèi)梗絲增加水分。根據(jù)加料筒進(jìn)口和出口絕干煙絲相等的原理，由加料筒入口流量，以及入口設(shè)定水分、出口設(shè)定水分可計(jì)算出理論加水量。

理論加水量公式為：

J理論= L出—L入= L入×[（1—S入）/（1—S出）—1]

上述公式中：L入為入口流量，L出為出口流量，S入為入口水分，S出為出口水分，J理論為理論加水流量

（2）前饋控制模塊

在生產(chǎn)實(shí)際中，梗絲從入料到出料存在100s的時(shí)間差，加水控制模塊的加水量是根據(jù)設(shè)定值進(jìn)行計(jì)算的，而入口水分實(shí)際值和入口流量值實(shí)際值存在正常波動，此時(shí)因?yàn)榧铀K并不能及時(shí)地產(chǎn)生控制作用，若等到檢測到出口水分實(shí)際值，再根據(jù)出口水分實(shí)際值對實(shí)際加水量進(jìn)行控制，會存在很大的延遲，導(dǎo)致出口水分實(shí)際值準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性差。

因此，加入前饋控制模塊，通過在線實(shí)時(shí)采集到的入口水分和入口流量實(shí)際值，在其產(chǎn)生波動時(shí)，通過在線實(shí)時(shí)檢測到的入口水分和入口流量實(shí)際值，對加水量設(shè)定值進(jìn)行比較，實(shí)時(shí)計(jì)算，及時(shí)對加水量進(jìn)行調(diào)整，消除波動產(chǎn)生的干擾。

（3）料液和補(bǔ)償蒸汽流量動態(tài)模塊

在實(shí)際生產(chǎn)中，為了滿足出口溫度的工藝要求，會向加料筒內(nèi)直接噴射補(bǔ)償蒸汽，同時(shí)，加料工序會按比例施加料液，這兩者均會給梗絲增加含水率。如果忽略這個因素，會導(dǎo)致計(jì)算出的加水流量過大，從而導(dǎo)致出口水分實(shí)際值超調(diào)，波動大。針對此項(xiàng)需求，在控制程序中加入加料和補(bǔ)償蒸汽流量動態(tài)模塊。

料液—加水吸收系數(shù)回歸方程為：

L料液加水=0.9127×L料液+3.6036

式中 L料液—料液流量實(shí)際值，L料液加水—料液導(dǎo)致的加水流量值

補(bǔ)償蒸汽—加水吸收系數(shù)回歸方程為：

L蒸汽加水=0.2286×L蒸汽+3.5902

式中L蒸汽—補(bǔ)償蒸汽流量實(shí)際值，L蒸汽加水—補(bǔ)償蒸汽導(dǎo)致的加水流量值

（4）反饋控制模塊

在加入前饋控制模塊，加料和補(bǔ)償蒸汽流量動態(tài)模塊后，通過消除入口水分實(shí)際值、入口流量實(shí)際值、補(bǔ)償蒸汽流量實(shí)際值和加料流量實(shí)際值等干擾因素后，理論加水量能很接近加料出口水分目標(biāo)值所需的實(shí)際加水流量。但在實(shí)際生產(chǎn)中，會存在天氣溫濕度、蒸汽飽和度等不可控因素，從而導(dǎo)致出口水分實(shí)際值與目標(biāo)值出現(xiàn)偏差。

因此，加入反饋控制模塊，采集出口水分實(shí)際值，得出與目標(biāo)值的偏差進(jìn)行反饋，對加水流量設(shè)定值進(jìn)行及時(shí)微調(diào)，保證出口水分準(zhǔn)確性。

整合列出加水流量設(shè)定值公式：

J設(shè)定=[J理論-0.9127×（L料液+3.6036）-（0.2286×L蒸汽+3.5902）+J前饋+J反饋]×C存量

式中 J設(shè)定—加水流量設(shè)定值，J理論—理論加水流量，L料液—料液流量實(shí)際值，L蒸汽—補(bǔ)償蒸汽流量實(shí)際值，J前饋—前饋加水調(diào)節(jié)量，J反饋—反饋加水調(diào)節(jié)量，C存量為筒內(nèi)物料存料百分比

根據(jù)功能模塊和控制程序工作流程圖，進(jìn)行PLC控制程序的編寫。

2應(yīng)用效果

梗絲加料機(jī)增溫增濕裝置和水分控制系統(tǒng)建立以后，梗絲加料出口水分穩(wěn)定性得到了較大提高，料頭部分水分偏高和過程中水分波動較大的現(xiàn)象得到了明顯的環(huán)節(jié)。

圖4左圖為建立前，右圖為建立后水分波動情況（采樣時(shí)間12秒），從圖可以看出，梗絲出口水分穩(wěn)定，效果良好。

統(tǒng)計(jì)2019年膨脹梗絲梗加料出口水分Cpk值達(dá)標(biāo)率，已達(dá)到89.88%，大大增強(qiáng)其出口水分穩(wěn)定性。

3結(jié)語

梗絲加料工序由于沒有水分增加和控制功能，所以容易引起出口物料水分異常，而基于PLC可編程邏輯控制器基于滾筒百分比的概念調(diào)節(jié)梗絲加料機(jī)增濕裝置構(gòu)建后，彌補(bǔ)了設(shè)備的不足，有效提升了設(shè)備的性能，保障了在制品的過程質(zhì)量，也提升了半成品的工藝質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳良元.卷煙加工工藝[M].鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1996.

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[3] 孫紹波. 制絲線潤葉機(jī)熱風(fēng)溫度控制方式的改進(jìn)[J]. 煙草科技，2008（1）：19-22.

[4] 曹正良，葉紀(jì)華. 葉片加料熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)的改進(jìn)[C]//中國煙草學(xué)會工業(yè)專業(yè)委員會工藝學(xué)組 2010 年學(xué)術(shù)研討會論文集. 青島：中國煙草學(xué)會，2010： 398-399.

作者簡介：雷嘉敏 女 廣東中煙廣州卷煙廠制絲車間