智能系統(tǒng)在FX6型葉絲就地風(fēng)選機模塊化控制中的研究與應(yīng)用

[中圖分類號] TD67

[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

[文章編號]2095-6487 （2021） 02-0038-02

The intelligent System is Modularized in the FX6 Blade Silk On-site

Winnowing Machine Research and Application in Control

Cheng De-qiang，

Wang Shao-hua

[ Abstract]

the modular structure and working principle of the intelligent control system is a method ofin-siru winnowing that uses air as thesorting medium to sort solid waste according to density and particle size under the action of airflow. Lighter materials move up and horizontally underthe combined action of vertical airflow and inertial throwing， and fall into the conveying mechanisW while heavy materials fly diagonally downwarddue to the high levitation speed and vertical airtlow cannot support them. Secondary air selection box. Therefore， the wind sorting process is based on thesedimentation law of various solid particles in the air. Afrer the leaf silk is fed into the box by the feeding mechanism， under the combined action of xvindflotation and inertial throwing， classification and sorting are realized， and heavy objects such as metal， agglomerates， tobacco stems， stalk sticks， cokepieces， etc. pass When the miscellaneous outlet falls. light objects such as tobacco leaves and shredded tobacco are sent out of the box by the dischargingmechanism. Thereby achieving the purpose of tobacco winnowing， air delivery and flexible processing.

[ Keywords] intelligent modularization; in-situ winnowing; tobacco shred structure

1 概述

模塊化設(shè)計是指在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以符合不同產(chǎn)品的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足市場的不同需求的設(shè)計方法。通過就地風(fēng)選模塊化結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計，要實現(xiàn)以下三個方而的目標(biāo)。

（1）實現(xiàn)FX6型葉絲就地風(fēng)選機的風(fēng)速風(fēng)壓智能控制。

（2）實現(xiàn)根據(jù)我廠不同的加工生產(chǎn)牌號煙絲實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)以滿足就地風(fēng)選后葉絲水分設(shè)計值。

（3）實現(xiàn)模塊化控制，使設(shè)備性能滿足多牌號不同參數(shù)的生產(chǎn)要求。

2 就地風(fēng)選機結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及存在問題分析

當(dāng)前就地風(fēng)選存在的問題如下。FX6型風(fēng)選機通過后端的負(fù)壓除塵管道將煙絲中的煙末和細(xì)小的碎煙絲收集到除塵管道中，除塵管道的負(fù)壓吸塵及箱體的送風(fēng)系統(tǒng)在箱體內(nèi)形成一定的風(fēng)速和風(fēng)壓，實現(xiàn)煙絲與牙簽、結(jié)團物、煙梗、梗簽、焦片等的分離，以提高煙絲的純凈度。由于我J‘生產(chǎn)牌號較多，換牌號較為頻繁，不同牌號煙絲重量不同，煙絲比重不一，目前的控制模式是通過手動實時調(diào)整烘絲水分設(shè)定值，在除塵管道上裝有一個機械調(diào)節(jié)閥用于手動調(diào)節(jié)閥門開度來控制負(fù)壓除塵管道的風(fēng)量和風(fēng)壓，以滿足就地風(fēng)選后葉絲水分設(shè)計值。需通過手動調(diào)節(jié)風(fēng)選箱體上的調(diào)風(fēng)閥來實現(xiàn)。但是人工手動控制無法實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，也會存在換牌號忘記調(diào)節(jié)的風(fēng)險，達(dá)不到最佳的風(fēng)選效果，同時增加操作人員的工作量。同時，風(fēng)選后葉絲在不同季節(jié)風(fēng)選前后水分散發(fā)差異較人，最大水分散失達(dá)1個百點分以上。風(fēng)選后葉絲易出現(xiàn)外焦里嫩現(xiàn)象，烘絲加工強度穩(wěn)定性差，葉絲實物質(zhì)量波動較人，無法保障制絲過程的批內(nèi)均勻性和批間穩(wěn)定性。手動調(diào)節(jié)的不準(zhǔn)確性會對風(fēng)選的效果造成一定的影響，因此一種能實現(xiàn)智能控制風(fēng)量和風(fēng)壓的設(shè)計成為一種亟待解決的課題。

除塵器結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及存在的問題：脈沖袋式除塵器由于清灰技術(shù)先進(jìn)，氣布比人幅度提高，故具有處理風(fēng)量人、占地面積小、凈化效率高、工作可靠、結(jié)構(gòu)簡單、維修量小等特點。除塵效率可以達(dá)到99%以上。是一種成熟的比較完善的高效除塵設(shè)備。理論上計算布袋除塵器除塵效率達(dá)99%，但實測中達(dá)不到，主要是漏風(fēng)和阻力的影響，漏風(fēng)率越低，除塵效果越好。阻力對除塵效果有一定影響，經(jīng)常清空濾袋，減少阻力，可提高除塵效果。

（1）就地風(fēng)選機原理及系統(tǒng)風(fēng)量與除塵系統(tǒng)的關(guān)系。通過研究就地風(fēng)選機工作原理、就地風(fēng)選機結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀及存在問題分析、就地風(fēng)選系統(tǒng)風(fēng)量與除塵系統(tǒng)的關(guān)系及原理等研究就地風(fēng)選除塵負(fù)壓參數(shù)等因素對風(fēng)選后葉絲綜合質(zhì)量及過程消耗的影響。

（2）就地風(fēng)選系統(tǒng)風(fēng)量與風(fēng)選效果的相關(guān)性研究。通過對各牌號就地風(fēng)選機負(fù)壓參數(shù)實驗對比，研究就地風(fēng)選機負(fù)壓對葉絲水分、填充值、整絲率的影響，從而優(yōu)化就地風(fēng)選機參數(shù)，實現(xiàn)各牌號就地風(fēng)選參數(shù)優(yōu)化，提升批間質(zhì)量穩(wěn)定性。

（3）就地風(fēng)選模塊化結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用。就地風(fēng)選模塊化結(jié)構(gòu)及控制系統(tǒng)設(shè)計思路是擬通過研究就地風(fēng)選參數(shù)對風(fēng)選后葉絲綜合質(zhì)量的影響，對智能模塊化控制系統(tǒng)研究、就地風(fēng)選機關(guān)鍵參數(shù)與風(fēng)選效果相關(guān)性分析，根據(jù)不同規(guī)格牌號葉絲確立最佳參數(shù)值，同時對就地風(fēng)選設(shè)備性能進(jìn)行完善，通過中控下達(dá)輸出模塊模擬量值，實現(xiàn)模塊化控制和安全精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，解決多牌號小批量生產(chǎn)與設(shè)備性能單一矛盾的難題。

3 改進(jìn)方案確定和實施

3.1 模塊化設(shè)計方案

模塊化設(shè)計是指在對一定范圍內(nèi)的不同功能或相同功能不同性能、不同規(guī)格的產(chǎn)品進(jìn)行功能分析的基礎(chǔ)上，劃分并設(shè)計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以符合不同產(chǎn)品的參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以滿足市場的不同需求的設(shè)計方法。通過就地風(fēng)選模塊化結(jié)構(gòu)控制系統(tǒng)設(shè)計，實現(xiàn)以下三個方面的目標(biāo)。

（1）實現(xiàn)FX6型葉絲就地風(fēng)選機的風(fēng)速風(fēng)壓智能控制。

（2）實現(xiàn)根據(jù)我廠不同的加工生產(chǎn)牌號煙絲實現(xiàn)精準(zhǔn)調(diào)節(jié)以滿足就地風(fēng)選后葉絲水分設(shè)計值。

（3）實現(xiàn)模塊化控制，使設(shè)備性能滿足多牌號不同參數(shù)的生產(chǎn)要求。

3.2 FX6就地風(fēng)選機智能控制的設(shè)計計算及選型

物料在垂直氣流中，風(fēng)速達(dá)到物料懸浮速度時，物料在氣流中處于震蕩平衡態(tài)。風(fēng)選除雜是利用煙絲和煙梗的懸浮速度不同的原理，來實現(xiàn)煙梗和煙絲的分離。煙絲經(jīng)高速帶以一定的角度和速度拋入風(fēng)選口，在風(fēng)選過程中使風(fēng)速小于煙梗的懸浮速度，人于煙絲的懸浮速度，從而使煙梗落入剔除口，正常煙絲在慣性拋料和風(fēng)力的共同作用下順利通過剔除口，到達(dá)出料機構(gòu)上達(dá)到分離凈化的目的。

3.3 懸浮式風(fēng)力去雜裝置懸浮風(fēng)速的計算與除塵管道負(fù)壓值實驗對比分析

根據(jù)《卷煙制絲設(shè)備》煙草物料懸浮速度，煙梗的懸浮速度為5.8 m/s，煙絲的懸浮速度為4.0 m/s。因而懸浮風(fēng)分器風(fēng)選分離而風(fēng)速取4.8～5.3 m/s。根據(jù)不同的品牌和煙絲的特性分別做實測數(shù)據(jù)進(jìn)行模塊化控制。

通過實驗測試FX6型柔性就地風(fēng)選機的各牌號生產(chǎn)過程就地風(fēng)選各參數(shù)和風(fēng)選牙簽重量參數(shù)，如表1所示。

3.4 脈沖除塵器的工作原理及主要性能參數(shù)分析

采用低壓脈沖噴吹技術(shù)，清灰效率高，能耗低。使用直通式低壓脈沖閥。噴吹壓力只有0.2 - 0.4 MPa，具有阻力低、啟閉快、清灰能力強的優(yōu)點。由于清灰效果好、劇期長，降低了反吹氣體的能耗。脈沖閥使用壽命長、可靠性好。由于噴吹壓力低（ 0.2 - 0.4 MPa），脈沖閥膜片承受的壓力和啟閉時的沖擊力較低。同時由于清灰劇期較長，脈沖閥開啟次數(shù)相應(yīng)減少，從而延長了脈沖閥的使用壽命，提高了脈沖閥的使用可靠性。除塵器采用分室脈沖反吹離線清灰方式，避免了粉塵被反復(fù)吸附的現(xiàn)象，提高了脈沖噴吹清灰的效果，降低了布袋阻力。

采用先進(jìn)的PLC可編程序控制器控制除塵器的運行全過程。使用壓差或定時兩種控制方式，可靠性高，使用壽命長，便于用戶操作和使用。氣流在1 -3 m/s氣流速度下，除塵效果最佳，一般風(fēng)速控制在2 -4 m/s。

3.5 系統(tǒng)關(guān)鍵部件選型

3.5.1 系統(tǒng)選型

①西門子300PLC CPU315-2DP;②西門子SM334 AI4/A02模擬量模塊;③FKE010T可調(diào)節(jié)控制電動蝶閥;④工控電腦。

3.5.2 系統(tǒng)選型分析

（1）選用FKE系列電動執(zhí)行器，其具有高智能、高防護性能、體積小、集成度高、使用壽命長、性能穩(wěn)定等特點?？涩F(xiàn)場操作，也可遠(yuǎn)距離控制，適應(yīng)于90°旋轉(zhuǎn)的球閥、蝶閥、風(fēng)門檔板等其他適合于90。旋轉(zhuǎn)的設(shè)備?？蓾M足工業(yè)自動化控制管路的各種要求。廣泛應(yīng)用于多種工業(yè)領(lǐng)域，包括冶金、石油、化工、電J‘、印染、水處理、造船、煙草等。

（2）選用循環(huán)劇期短、處理速度高、指令集功能強人、可用于復(fù)雜功能產(chǎn)品、設(shè)計緊湊、可用于空間有限的場所、模塊化結(jié)構(gòu)的西門子300PLC控制系統(tǒng)。

（3）選用西門子WINCC，控制系統(tǒng)，西門子WINCC，具有包括所有SCADA在內(nèi)的客戶機/服務(wù)器系統(tǒng)。即使最基本的WinCC系統(tǒng)仍能夠提供生成復(fù)雜可視化任務(wù)的組件和函數(shù)，并且生成畫面、腳本、報警、趨勢和報表的編輯器也是最基本的WinCC系統(tǒng)組件。與基于PC的控制器SIMATIC WinAC緊密接口，軟/插槽式PLC和操作、監(jiān)控系統(tǒng)在一臺PC機上相結(jié)合。

3.6 整體設(shè)計方案

此次系統(tǒng)控制選用WINCC+300PLC+電動蝶閥，這樣在中控室只需輕點鼠標(biāo)即可遠(yuǎn)程控制電動閥門的開啟角度，無需控制人員到現(xiàn)場操作，同時得益于其配備的實時開啟角度的反饋值可以看出其設(shè)定值與實際值是否相同，若不相同可及時發(fā)現(xiàn)，以免影響相關(guān)設(shè)備運行，也可以通過與其它設(shè)備連接實現(xiàn)與相關(guān)設(shè)備聯(lián)動運行，使得相關(guān)設(shè)備運行控制更加高效

4 研究總述

（1）自主設(shè)計了智能控制模塊裝置系統(tǒng)。實現(xiàn)就地風(fēng)選中控批次參數(shù)下發(fā)和安全精準(zhǔn)的調(diào)節(jié)，提高了設(shè)備自動化程度，解決了我廠多牌號小批量生產(chǎn)與設(shè)備性能單一矛盾的難題。

（2）建立了不同規(guī)格牌號葉絲最佳參數(shù)模型。通過對智能模塊化控制系統(tǒng)研究、就地風(fēng)選機關(guān)鍵參數(shù)與風(fēng)選效果相關(guān)性分析的研究，提高了葉絲實物感官質(zhì)量。實現(xiàn)了該工序各項參數(shù)優(yōu)化，保障制絲過程批內(nèi)均勻性和批間穩(wěn)定性。

5 結(jié)束語

該項目自2019年8月就地風(fēng)選機模塊化控制系統(tǒng)方案制定，9月底設(shè)計方案完成，11月初實施現(xiàn)場機械和電器安裝，并實施PLC程序設(shè)計、測試，12月開始帶料試運行，試運行過程中進(jìn)行了參數(shù)優(yōu)化。歷經(jīng)6個月運行，性能穩(wěn)定可靠無故障，同時設(shè)備正常運行，積累了豐富的工藝參數(shù)運行數(shù)據(jù)。

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