提高煙草加香加料精度的方法

陳 洪

(重慶煙草工業(yè)有限責任公司，重慶 400060)

在煙草制絲過程中，加香加料作為重要工藝環(huán)節(jié)，歷來受到煙草加工企業(yè)的普遍關注，隨著煙草行業(yè)競爭的日益加劇，各煙草企業(yè)對制絲工藝研究逐漸深入，制絲過程中加香加料的均勻性、準確性愈發(fā)重要，因此對制絲過程中影響加香加料精度的各類因素進行剖析，通過發(fā)現(xiàn)問題，找出根源，提出措施，達到解決問題的目的。

一、煙草加香加料控制的最初方式

在20世紀90年代，全世界工業(yè)自動化加工技術(shù)剛剛起步，工業(yè)自動化加工水平低，控制理論不成熟，控制硬件軟件質(zhì)量差，種類少。當時，美國、德國、法國、意大利、英國在自動化控制方面領先于其他國家，德國的研發(fā)、制造和應用水平處于世界前列。中國當時沒有自己的控制理論，更沒有研發(fā)能力，控制器件基本依賴進口。中國自動化應用水平較高的，煙草行業(yè)屬其中之一，其裝備水平相對較好。煙草行業(yè)的自動化應用集中體現(xiàn)在煙絲的加工過程，其中核心應用是在煙絲加香精和加糖料這兩個關鍵環(huán)節(jié)。

從控制角度來講，控制一般有閉環(huán)控制、開環(huán)控制、手動控制三類;從應用角度來看，有應用一種方式控制的，也有幾種方式組合應用的。

在90年代前期，煙草的加香加料先是有手動控制，后來發(fā)展為開環(huán)自動控制。手動控制就是生產(chǎn)過程中，依靠人工調(diào)節(jié)開關、閥門的開度，來控制相關工作量的大小。這種控制方式，受人的經(jīng)驗、精力、技能影響，加工誤差大，質(zhì)量不高。在90年代中期，出現(xiàn)了開環(huán)控制方式(一般稱為繼電邏輯控制)，控制系統(tǒng)的檢測元件、控制元件、執(zhí)行機構(gòu)具備了一定識別能力和判斷能力。系統(tǒng)可預先設置控制參數(shù)，控制系統(tǒng)按固有參數(shù)加工，但是，如果產(chǎn)品質(zhì)量的終端參數(shù)發(fā)生變化，控制系統(tǒng)的加工過程沒有自動糾正能力，需要依靠人工監(jiān)測參數(shù)，并及時修正參數(shù)。若人工檢測不到位，糾正不及時，產(chǎn)品質(zhì)量會受到嚴重影響。由于開環(huán)控制系統(tǒng)有一定的智能控制能力，這也是歷史的巨大進步。

二、PID調(diào)節(jié)器在煙草加香加料環(huán)節(jié)的應用

90年代后期，自動控制理論又有了飛躍發(fā)展，出現(xiàn)了閉環(huán)控制理論，控制元件制造技術(shù)有了巨大發(fā)展，特別是PLC(可編程式邏輯控制器)的問世，把自動控制技術(shù)推向一個高峰。PLC體積小，抗震強，運算快，智能化高，故障少。PLC具有這些特殊性能，很快就替代了繼電邏輯控制，相應的PID調(diào)節(jié)器的控制功能模塊植入PLC程序當中，系統(tǒng)能自動識別、自動糾正產(chǎn)品的過程參數(shù)與終端參數(shù)，其糾正與識別能力比以往的控制系統(tǒng)更強、更快、更精確，強力推動自動控制技術(shù)發(fā)生了歷史巨變，使全世界的工業(yè)制造水平在制造精度、制造質(zhì)量、制造效率、人工勞動強度方面發(fā)生了根本性變化。PID控制系統(tǒng)的原理［1］如圖1所示。

圖1 加香、加料控制原理

圖1中，電子皮帶秤稱量的待加工物料重量信號G(0～ ±10 V、4 ～20 mA、0 ～20 mA 等)［2］送給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的乘法器將此信號值與設定加香加料比例(設定值)L相乘，得到一個期望值N，該值送進給定值累加器Σ中，由于電磁流量計反饋信號Y已經(jīng)倒相，因而給定值累加器Σ得到值為:D=N－Y，PID控制器根據(jù)D的變化量ΔD，精確地輸出X值(0～ ±10 V、4～20 mA、0～20 mA等)給變頻調(diào)速器，由變頻調(diào)速器驅(qū)動計量泵電機，使加香加料桶中的香精糖料均勻地噴射到待加工物料表面。從圖中可以看到，L、G、Y三者之一變化，其D值必然變化，從而計量泵就會及時變化，調(diào)整流量大小，使之滿足加工的設定值。在實際編程序時，編程人員還要準確地考慮物料從電子秤到達加香加料機噴嘴處的延遲時間和PID控制器的信號死區(qū)、飽和狀態(tài)等因素，務必使加香加料的同步性非常好，PID控制器與變頻器均工作在一個很好的線性區(qū)域。

然而，在實際生產(chǎn)使用中大量的信息表明，很多煙廠的加香加料即使采用了以PLC為主控制器件的PID控制器后，添加效果仍然不十分理想，加香加料計量的誤差較大，是什么因素影響加香加料精度呢?

三、探究加香加料精度的影響因素

經(jīng)過理論與大量實踐信息的分析與探究得知影響加香加料精度的因素在四個方面。

1)料液誤差。由于制絲工藝要求，一般煙廠的加料機在生產(chǎn)前均需把料液加熱到55℃左右［3］并保持至生產(chǎn)結(jié)束。加料工序所配制的料液是懸濁液，物理學知識告訴我們，香精香料屬懸濁液與乳濁液的混合物，里面含有的酒精與水為主要成分，其加熱后體積會膨脹，這些都會直接影響料液的體積。具體表現(xiàn):其一，是溫度變化導致的密度變化。有的煙廠使用了體積流量計，由于加熱后的料液的密度發(fā)生變化，因此室溫下稱量配制的料液與加熱后使用的同體積的料液的質(zhì)量是不同的，因而通過電磁體積流量計測試加熱前后的料液數(shù)據(jù)，出現(xiàn)了料液前后的誤差。其二，是揮發(fā)性的影響。加香工序雖是常溫，由于所添加香料物質(zhì)的揮發(fā)性極強，使得生產(chǎn)前稱量配制的香精與實際通過電磁流量計的香精量之間也存在誤差。

2)計量誤差。很多煙廠計算加香加料精度的方法是:生產(chǎn)前先配制好某批次煙葉(絲)所需的香、糖液(一般是略多配制一些)，生產(chǎn)結(jié)束后，把加香加料桶中剩余的殘料放出并稱量，便可知實際添加出去的加香加料量，然后與該工藝點的電子秤累計物料重量相除，得到實際添加比例。計算加香加料誤差公式［3］:

δ=(實際添加比例－設定添加比例)/設定添加比例×100%

這種方法可用性強，操作簡單，易為煙廠所采用，但這種方法本身誤差較大。據(jù)查證，一般量杯、量桶的計量誤差為1%，再加上測試員觀察上的誤差，桶子的殘留液、管道殘留液，累計的計算誤差在2%左右［4］。

3)系統(tǒng)誤差。每套加香加料控制系統(tǒng)的計量采用了電子秤、電磁流量計。電子秤的誤差為:計量型±0.5%、控制型1%、電磁流量計誤差 ±0.5%［4］，加上PLC的模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換、運算的誤差(誤差很微小，可忽略)，加香加料控制系統(tǒng)的系統(tǒng)累計誤差在±1.5%。

4)生產(chǎn)的均衡性。大量事實證明，制絲過程中生產(chǎn)的連續(xù)性、穩(wěn)定性、均衡性對各項工藝指標(包括加香加料)有重要影響。若生產(chǎn)過程中頻繁停機、斷料，煙葉(絲)流量的波動大，控制器雖然及時跟蹤調(diào)節(jié)，但整個系統(tǒng)處于振動狀態(tài)，會對加香加料精度產(chǎn)生很大影響。

可見，由于料液誤差、計算誤差、系統(tǒng)誤差三個重要因素的疊加，其結(jié)果誤差往往大于±2%，這就是不少煙廠雖進行了大量測試，結(jié)果誤差很大，卻不能獲得規(guī)律性誤差數(shù)據(jù)的基本原因。

四、提高煙草加香加料精度的措施

煙草生產(chǎn)企業(yè)要提高加香加料精度有以下幾個方面措施:

1)提高制絲線裝備的自動化程度。當前工業(yè)自動化最先進的現(xiàn)場總線技術(shù)要應用于制絲線，通過提高制絲線物料加工的均勻性、穩(wěn)定性，減少設備故障，防止斷料和大的物料波動。

2)加香加料精度的計算數(shù)據(jù)。應該采用儀表檢數(shù)據(jù)，不能用人工感官檢測數(shù)據(jù)，即采用儀表檢測的加香加料量為計算依據(jù)。并且，儀表必須采用先進的儀器，這樣儀器本身精度高，測量的數(shù)據(jù)準確、可靠。比如，用質(zhì)量流量計測香精香料質(zhì)量，用雙托輥電子秤測物料重量。據(jù)查證，云南會澤卷煙廠、紅河卷煙廠、廣東卷煙二廠的制絲線，采用此方法，加香加料精度在±0.3%以內(nèi)。

3)加強儀表的校準。儀表雖先進，但要保證儀表的精度，就必須做好儀表校準。原則上，電子秤每周校準一次，電磁流量計每半年校準一次，這樣儀表就能提供準確的信號。

4)加強設備保養(yǎng)和現(xiàn)場觀察。設備保養(yǎng)到位是制絲線正常運行的關鍵，也是設備運行精度的保障，否則會導致加香加料出現(xiàn)誤差。一方面要注意設備的保養(yǎng)方法，注重關鍵環(huán)節(jié)，要對癥下藥，要有針對性。例如，齒輪泵進行修理或保養(yǎng)后，應該泵些清水，保持泵的清潔，觀察泵出的流量是否均勻，否則須作調(diào)整。另一方面，在生產(chǎn)過程中，現(xiàn)場操作員應經(jīng)常觀察加香加料管道壓力計指針的是否穩(wěn)定，不能反復振蕩，并經(jīng)常觀察噴嘴的噴霧是否均勻，防止出現(xiàn)噴嘴或管道的堵塞。

5)合理設置工藝流程。為了保證加香加料工藝點的物料流動的連續(xù)性、穩(wěn)定性和均勻性通過理論與實際經(jīng)驗證明，當前煙草企業(yè)制絲加香加料機前的工藝流程較合理的方式為，喂料機+計量管+電子秤;或者，計量管+電子秤［3］。這樣可保證物料的均勻、穩(wěn)定，保障后續(xù)加香加料工序的精度。

五、結(jié)束語

上述方法在一定時期有助于提高煙草制絲加香加料精度，但是隨著時間的推移、科學技術(shù)的進步、新儀器的出現(xiàn)，加之廣大科技工作者的努力探索，相信不久煙草企業(yè)制絲加香加料的精度一定會有進一步的提高。

［1］王麗華，康曉明.電力電子技術(shù)［M］.北京:國防工業(yè)出版社，2010.

［2］ThoMpson.實用模擬電路設計［M］.北京:人民郵電出版社，2010.

［3］國家煙草專賣局.卷煙工藝規(guī)范［M］.北京:中央文獻出版社，2003.

［4］路文玲，嚴君年，梁斌.電子測量儀器使用和維護［M］.北京:化學工業(yè)出版社，2009.