STS負壓控制方法的研究與實現

許旭，李虹

（河北白沙煙草有限責任公司保定卷煙廠，河北 保定 071000）

目前行業內部分廠家采用STS（梗絲增溫增濕機）對梗絲進行膨脹處理，蒸汽與物料分離后，多余蒸汽被排潮風機排出室外。由于排潮風門為手動調整，精確性差，造成STS出口蒸汽外溢或冷氣倒吸，出口振槽易凝結蒸汽，產生冷凝水，導致輸送過程中出現物料粘附現象，嚴重影響下道工序的產品質量（如圖1）。

圖1 設備結構圖

1 設備原理及存在問題

1.1 設備原理

STS安裝有負壓系統，主要由風機、排潮管道、手動風門和排潮罩等組成。生產過程中的作用是排除物料蒸發產生的水蒸汽及多余的蒸汽、潮氣、灰塵和雜氣等，并在設備出口處形成微負壓，保證物料加工過程中通道內溫濕度的穩定。其控制方式以人眼觀察、手動調整風門為主，當生產過程的控制參數發生變化后，不能及時跟進，或沒有調整余量，將導致負壓發生變化（如圖2）。

圖2 原負壓系統結構示意圖

1.2 存在問題

現階段的負壓系統調整主要是通過人眼觀察排潮罩的周圍是否有潮氣排除，不同季節觀察到的潮氣排出量不同，經常出現調整不到位的現象，一是負壓過小，二是負壓過大。

（1）負壓過小產生的問題。

①造成筒類設備出口蒸汽外溢，導致生產環境溫度升高，外溢的蒸汽冷凝在排潮罩內部形成潮濕層，造成物料在這些部位粘附。粘附的物料不能隨著槽體的振動而脫離設備，并且還會越粘越厚。達到一定的厚度后，這些粘附的物料會成塊的脫落，形成潮團或濕團，嚴重影響煙絲的品質。

②負壓過小時，排潮罩下方的振槽表面也粘附物料，在設備保養或換牌時才能被清潔下來。這部分物料的水分高達40～50%，形成水澤煙，不能再繼續使用，造成生產過程消耗增大。

（2）負壓過大產生的問題。

①外界低溫空氣被吸入筒內，造成物料出口溫度達不到工藝要求，影響產品質量。

②負壓越大，排潮罩內的風速越大，當風速超過小塊物料的懸浮速度時，這部分小塊物料被吸入排潮管道中。

2 改進方法

行業內部分廠家采用自動敲擊振槽的方式解決物料粘附問題，即在振槽運行時，敲擊體借助振槽的振動力及彈簧的彈力有節奏的敲擊槽體的底部，通過敲擊將粘附在槽體表面的物料振動下來，從而減少槽體表面粘料量。這一裝置安裝簡單，但存在不能減少烘絲后濕團，不能解決蒸汽外溢對環境溫濕度的影響；增加生產現場噪音污染；改變振槽配重，縮短振槽使用壽命等諸多局限性。因此，需研制一種專門用于STS負壓調控的裝置，根據負壓自動調節來實現全自動精準控制，在相應措施下減少物料粘附，從而提高設備保養效率，營造一個溫濕度穩定的局部環境（如圖3）。

圖3 新型負壓自動控制系統結構示意圖

（1）排潮罩頂端連通排潮管道，排潮管道的另一端安裝風機。風機工作將排潮罩內的排除物料蒸發出的水蒸汽、多余的蒸汽、潮氣、灰塵及雜氣排出到室外。在排潮罩上的負壓傳感器用于檢測排潮罩內的壓力值。負壓傳感器安裝在排潮罩的下端，靠近制絲生產設備的工作端，檢測的壓力值更為接近工作值。負壓傳感器通過線路連接PC控制器，將測得的壓力值傳輸到PLC控制器中進行分析。PLC控制器通過線路連接變頻器來控制風機的轉速，從而改變排潮罩中的壓力值（如圖4）。

圖4 負壓控制流程圖

（2）排潮罩內部靠近排潮管道位置架設有篩網，可以焊接到該位置。篩網的網孔直徑為3m，用于防止較大雜物進入風機，造成風機損壞。

（3）排潮罩上靠近排潮管道位置安裝有風速傳感器，用于檢測排潮罩中氣流進入排潮管道的風速。風速傳感器通過線路與PLC控制器連接，將測得的風速參數傳輸到PC控制器中進行分析。

（4）負壓傳感器的型號：伊萊克ELM110；風速傳感器的型號：華裕WS-100B；風機的型號：京豐SR900；PLC控制器的型號：西門子S7-3006ES7350-1AH020AE0；變頻器的型號：倫茨E82EV22-4C。根據生產過程實際數據測試，負壓傳感器輸出的4～20mA電信號對應壓力0～15mBr，風速傳感器輸出的4～20mA電信號對應風速0～25m/s，在風速超過25m/s時，直徑小于3m的物料會被吸附到篩網上。由于篩網的網孔直徑為3mm，導致篩網堵塞。在本次改進過程中，經過測算，當風機的電機頻率達到44Hz時，風速達到25ms，因此，風機的上限頻率設定為44Hz。在生產開始或試車階段，當變頻器輸出頻率達到44Hz時，風速傳感器測得的風速達不到25m/s±1，則證明篩網堵塞或排潮管道堵塞，PLC控制器輸出報警信號，I/0箱上的報警燈閃爍。

（5）根據生產實際情況及工藝要求，設定負壓值為-6±1mBr，風速值為20±2m/s。負壓傳感器、風速傳感器采集的電流信號輸入PLC，經過PID運算后，控制信號輸出到變頻器，變頻器控制風機轉速，負壓傳感器時刻監測負壓值，經過劃算后與設定值對比。當檢測值與設定值的差值在土5%范圍內，風機停止調整，以當前設定頻率運轉（如圖5）。

圖5 控制邏輯流程圖

（6）在排潮罩頂端安裝有清潔管路，清潔管路的風力出口朝向篩網，用于向篩網噴出高壓氣體，清潔篩網。電磁閥用于控制清潔管路的啟閉，通過電線與PLC控制器連接。生產結束后，PLC輸出控制信號，停止風機，接通清洗管路的電磁閥，壓縮空氣進入排潮罩，清潔篩網，吹落粘附在篩網上的雜物，保證篩網網孔的暢通性（圖6）。

圖6 噴吹系統原理圖

（7）通過負壓傳感器來獲取排潮罩內的壓力值，傳輸給PLC控制器進行分析，發出控制信號改變變頻器的輸出頻率，最終控制風機的轉速，來達到控制排潮罩內負壓值的目的，實現自動控制；消除筒類設備出口蒸汽外溢現象或倒吸冷風問題，保證生產環境的穩定，實現產品質量的穩定。

3 改進效果

保養物料重量降低到2．62kg/天，烘后梗絲濕團問題已基本杜絕。STS堵料次數由4．4次/月，降低到0．3次/月。實現排潮系統負壓的自動控制。消除筒類設備出口蒸汽外溢現象或倒吸冷風問題，保證了生產環境的穩定。