兩段式滾筒烘絲機(jī)含水率分區(qū)控制研究

陶 芳，陳 杰，徐永虎

(安徽省中煙工業(yè)有限責(zé)任公司合肥卷煙廠(chǎng)，安徽合肥 230601)

目前，安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司黃山精品線(xiàn)葉絲干燥工序采用HAUNI公司定制的KLD3-2Z兩段式滾筒烘絲機(jī)，熱風(fēng)流向?yàn)槟媪魇剑哂?個(gè)獨(dú)立控制的干燥區(qū)域，具備多種不同加工控制模式。對(duì)于兩段式滾筒烘絲機(jī)的研究，國(guó)內(nèi)煙草行業(yè)有較多的關(guān)注和分析[1-3]，但對(duì)于KLD3-2Z型兩段式滾筒烘絲機(jī)控制模式含水率控制的研究報(bào)道較少[4-5]。因此，筆者重點(diǎn)從含水率分區(qū)控制角度出發(fā)，對(duì)出口煙絲含水率的波動(dòng)和響應(yīng)情況進(jìn)行研究，利用統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)不同分區(qū)控制情況下含水率出現(xiàn)波動(dòng)后的響應(yīng)時(shí)間和穩(wěn)定性進(jìn)行分析，并依據(jù)分析結(jié)果優(yōu)化加工過(guò)程中的設(shè)備工藝參數(shù)，從而提高烘絲工序產(chǎn)品質(zhì)量以及過(guò)程穩(wěn)定性控制水平。

1 材料與方法

1.1材料“黃山”A 牌號(hào)煙，安徽中煙工業(yè)有限責(zé)任公司生產(chǎn)。KLD3-2Z 型兩段式滾筒烘絲機(jī)， BSA223S-CW型電子天平，F(xiàn)ED115烘箱，YGD450型填充值測(cè)定儀。

1.2測(cè)試方法分別運(yùn)行兩段式烘絲機(jī)不同控制模式，在保證參數(shù)調(diào)整過(guò)程中烘絲機(jī)入口水分標(biāo)偏低于0.05%的情況下，每組參數(shù)狀態(tài)下保證穩(wěn)定過(guò)料15 min(過(guò)程中設(shè)備自動(dòng)控制，不予人工干預(yù)工藝和設(shè)備參數(shù))，自控穩(wěn)定后將出口水分設(shè)定值在設(shè)計(jì)值±0.3%以?xún)?nèi)調(diào)整，具體如下：出口水分達(dá)到設(shè)定值13.2%穩(wěn)定15 min后，調(diào)整至13.5%穩(wěn)定15 min(第1階段)，再調(diào)整至12.9%穩(wěn)定15 min(第2階段)，最后恢復(fù)原設(shè)定值13.2%(第3階段)。

出口含水率調(diào)整過(guò)程中觀(guān)察不同控制模式下水分控制情況，采集中控?cái)?shù)據(jù)，并分別記錄調(diào)整過(guò)程中出口水分達(dá)到設(shè)定值的時(shí)間、擾動(dòng)響應(yīng)時(shí)間，調(diào)整過(guò)程水分標(biāo)偏[響應(yīng)時(shí)間判定：利用KURT函數(shù)(返回一組數(shù)據(jù)峰值)對(duì)出口水分達(dá)到設(shè)定值之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；對(duì)于擾動(dòng)響應(yīng)時(shí)間的判定是通過(guò)計(jì)算出口水分達(dá)到設(shè)定值之后的數(shù)據(jù)的KURT函數(shù)的峰值得出的，當(dāng)峰值達(dá)到正值后，判定出口水分達(dá)到穩(wěn)定]以及達(dá)到穩(wěn)態(tài)后的各項(xiàng)指標(biāo)[6-7]。

2 結(jié)果與分析

2.1水分控制獨(dú)立性對(duì)工藝參數(shù)響應(yīng)的研究目前兩段式烘絲機(jī)在用的控制方式為含水率波動(dòng)后1區(qū)與2區(qū)筒壁溫度調(diào)節(jié)的幅度相同，即1區(qū)與2區(qū)的水分控制獨(dú)立性均是50%。該研究基于水分控制獨(dú)立性參數(shù)設(shè)定不同梯度，調(diào)整兩段式烘絲設(shè)備1區(qū)與2區(qū)水分控制獨(dú)立性，待設(shè)備控制和參數(shù)達(dá)到穩(wěn)定后進(jìn)行分析。

表1 3種水分控制獨(dú)立性分區(qū)控制比例控制模式參數(shù)組合

圖1為3種控制模式下將烘絲機(jī)出口水分設(shè)定值從13.2%調(diào)整到13.5%的過(guò)程中，1區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風(fēng)溫度以及出口水分隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。從圖1中可以看出，將出口水分設(shè)定值提高之后，水分控制獨(dú)立性為70∶30(試驗(yàn)2)和水分控制獨(dú)立性為30∶70(試驗(yàn)3)加工狀態(tài)下，工藝參數(shù)以及出口水分的變化趨勢(shì)較為接近，具體為熱風(fēng)溫度基本固定，1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫快速下降。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于試驗(yàn)3，試驗(yàn)2在筒溫起始溫度接近的情況下，1區(qū)筒溫下降較快，2區(qū)筒溫下降較慢。試驗(yàn)1、2和3的出口水分分別約在300、500和530 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，與此對(duì)應(yīng)1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫也達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。

圖1 試驗(yàn)出口水分13.2%～13.5%時(shí)各參數(shù)變化趨勢(shì)Fig.1 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 13.2% to 13.5%

圖2為3種控制模式下將烘絲機(jī)出口水分設(shè)定值從13.5%調(diào)整到12.9%的過(guò)程中，1區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風(fēng)溫度以及出口水分隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。從圖2中可以看出，將出口水分設(shè)定值降低之后，水分控制獨(dú)立性為70∶30(試驗(yàn)2)和水分控制獨(dú)立性為30∶70(試驗(yàn)3)加工狀態(tài)下，工藝參數(shù)以及出口水分的變化趨勢(shì)較為接近，具體為熱風(fēng)溫度基本固定，1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫快速上升。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于試驗(yàn)3，試驗(yàn)2在筒溫起始溫度接近的情況下，1區(qū)筒溫上升較快，2區(qū)筒溫上升較慢。試驗(yàn)1、2和3的出口水分分別約在570、510和650 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，與此對(duì)應(yīng)1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫也達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。

圖2 試驗(yàn)出口水分從13.5%～12.9%各參數(shù)變化趨勢(shì)Fig.2 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 13.5% to 12.9%

圖3為3種控制模式下將烘絲機(jī)出口水分設(shè)定值從12.9%調(diào)整到13.2%的過(guò)程中，1區(qū)筒溫、2區(qū)筒溫、熱風(fēng)溫度以及出口水分隨時(shí)間變化的曲線(xiàn)圖。從圖3中可以看出，將出口水分設(shè)定值降低之后，水分控制獨(dú)立性為70∶30(試驗(yàn)2)和水分控制獨(dú)立性為30∶70(試驗(yàn)3)加工狀態(tài)下，工藝參數(shù)以及出口水分的變化趨勢(shì)較為接近，具體為熱風(fēng)溫度基本固定，1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫快速下降。對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于試驗(yàn)3，試驗(yàn)2在筒溫起始溫度接近的情況下，1區(qū)筒溫下降較快，2區(qū)筒溫下降較慢。試驗(yàn)1、2和3的出口水分分別約在570、520和570 s時(shí)達(dá)到穩(wěn)定，與此對(duì)應(yīng)1區(qū)筒溫和2區(qū)筒溫也達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定。

從出口水分設(shè)定值調(diào)整過(guò)程數(shù)據(jù)中分析得知，在固定熱風(fēng)溫度控制筒溫控制模式不變的情況下，不同水分控制獨(dú)立性比例對(duì)于出口含水率的波動(dòng)，設(shè)備在自控狀態(tài)下參數(shù)調(diào)整的趨勢(shì)為一致的，均通過(guò)調(diào)整1區(qū)溫度和2區(qū)溫度跟蹤出口水分。水分控制獨(dú)立性越高，該區(qū)域筒溫響應(yīng)越快。

圖3 試驗(yàn)出口水分從12.9%～13.2%各參數(shù)變化趨勢(shì)Fig.3 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 12.9% to 13.2%

2.2水分控制獨(dú)立性對(duì)含水率穩(wěn)定性控制的研究從表2中可看出，出口水分設(shè)定值改變時(shí)，相對(duì)于水分控制獨(dú)立性為30∶70(試驗(yàn)3)，水分控制獨(dú)立性為70∶30(試驗(yàn)2)加工狀態(tài)下出口水分從調(diào)整到穩(wěn)定的總時(shí)間更短，特別是出口水分調(diào)整的擾動(dòng)響應(yīng)時(shí)間明顯更短。這反映出水分控制獨(dú)立性1區(qū)占的比例越高，含水率調(diào)整時(shí)間越短，脫水速率響應(yīng)越快。

表2 3種水分控制獨(dú)立性比例下含水率調(diào)整時(shí)間和水分標(biāo)偏

2.3兩段式烘絲工序水分控制獨(dú)立性?xún)?yōu)化根據(jù)以上對(duì)兩段式烘絲機(jī)設(shè)備的基礎(chǔ)研究，控制模式以及分區(qū)控制比例的研究結(jié)果，項(xiàng)目判定兩段式烘絲機(jī)分區(qū)水分控制獨(dú)立性對(duì)脫水速率影響顯著，項(xiàng)目對(duì)比研究了不同水分控制獨(dú)立性比例參數(shù)的加工狀態(tài)，并根據(jù)調(diào)整過(guò)程中水分標(biāo)偏，脫水速率響應(yīng)以及物理指標(biāo)等結(jié)果，優(yōu)化兩段式烘絲機(jī)加工控制策略，并對(duì)烘絲出口水分標(biāo)偏進(jìn)行了比對(duì)驗(yàn)證，見(jiàn)表3、圖4。

表3不同水分控制獨(dú)立性比例下水分調(diào)整過(guò)程中水分標(biāo)偏對(duì)比

Table3Waterstandarddeviationintheprocessofwateradjustmentunderdifferentwatercontrolindependenceratio

水分控制獨(dú)立性比例Independenceratioofwatercontrol調(diào)整過(guò)程Adjustmentprocess13．2%～13．5%13．5%～12．9%12．9%～13．2%50∶500．120．260．1470∶300．080．210．1030∶700．110．250．1260∶400．100．240．1340∶600．130．280．16

圖4 烘絲出口水分標(biāo)偏對(duì)比Fig.4 Comparison of water standard deviation of drying wire outlet

根據(jù)加工過(guò)程數(shù)據(jù)分析以及物理檢測(cè)等結(jié)果進(jìn)行綜合判定，選取水分控制獨(dú)立性為70∶30的工藝加工參數(shù)進(jìn)行加工，對(duì)比2016年，2017年同期A(yíng) 牌號(hào)煙兩段式薄板烘絲出口含水率標(biāo)偏均值從0.097%降低至0.072%，出口含水率標(biāo)偏降低20%以上，烘絲出口批內(nèi)含水率精準(zhǔn)控制穩(wěn)定性大幅提升。通過(guò)水分控制獨(dú)立性參數(shù)的優(yōu)化提高工序產(chǎn)品質(zhì)量以及過(guò)程控制穩(wěn)定性，保障并提升煙絲含水率的穩(wěn)定性水平[8]。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)兩段式烘絲機(jī)分區(qū)控制的研究，發(fā)現(xiàn)采用筒溫前高后低控制模式的兩段式烘絲機(jī)烘絲機(jī)1區(qū)水分控制獨(dú)立性越高，1區(qū)筒溫跟蹤出口水分響應(yīng)度更高，脫水速率響應(yīng)越快。通過(guò)對(duì)兩段式烘絲機(jī)分區(qū)控制參數(shù)的優(yōu)化，提升了出口水分精準(zhǔn)控制水平，保證了烘絲工序加工質(zhì)量精準(zhǔn)控制水平和產(chǎn)品質(zhì)量。

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