TBS滾筒式葉片回潮機熱風溫度控制系統改進

郭福龍，鐘智敏，韓淵明

（江西中煙工業有限責任公司贛州卷煙廠，江西贛州 341000）

0 引言

某卷煙廠2012 年引進了德國HAUNI 有限責任公司的TBS滾筒式葉片回潮機，通過生產過程檢測及數據分析發現：各主要在制牌號熱風溫度均在（X±5）℃（X 為生產牌號標準溫度）范圍內波動，標準偏差為0.283%，過程能力指數CPK=1.08，CPK 合格率為86.92%。不符合工藝要求的熱風溫度（X±2）℃（X 為生產牌號標準溫度），標準偏差＜0.15%，過程能力指數CPK≥1.33，CPK 合格率≥99.5%。

1 TBS 滾筒式葉片回潮機熱風溫度控制

1.1 過程能力指數CPK 評級標準

過程能力指數（Complex Process Capability index，CPK）也稱工序能力指數，CPK=（T-2ε）/6S，其中，T 為公差限，ε 為偏移量，S為標準偏差，是一種反映過程水平的方法，評級標準見表1。

表1 CPK 評級標準

根據《卷煙工藝規范》要求，片煙回潮熱風溫度CPK 等級最低應達到A 級才能穩定控制，當達到A+、A++可被認定為過程控制能力優秀，技術管理能力較強。

1.2 TBS 滾筒式葉片回潮機熱風溫度控制系統

TBS 滾筒式葉片回潮機熱風溫度的控制由溫度傳感器、PLC 控制器、氣動薄膜閥構成的反饋調節系統進行調節控制。系統將實時采集的實際熱風溫度與熱風溫度設定值進行比對，后通過調節蒸汽管路氣動薄膜閥開度控制熱交換器對熱風的加熱效率，從而調控熱風溫度。

當對筒體進行預熱時，熱交換1 器開啟，室內空氣經熱交換器加熱后進入循環風道，當熱風溫度達到設定預熱溫度時，預熱完成，熱交換器1 關閉，熱交換器2 開啟，設備進入待機狀態。葉片進入滾筒內后，循環風道內的熱風溫度由氣動薄膜閥調整通過調整熱交換器2 的蒸汽量自動控制。熱風循環系統從進料端向桶內吹入熱風，使葉片快速升溫變柔軟。熱風在循環風機的作用下經出料端再次進入熱交換器2 加熱，形成循環。

2 TBS 滾筒式葉片回潮機熱風溫度控制系統的改進措施

2.1 問題分析

生產過程中批次曲線波動動大，過程穩定性的SD 值在1.1以上，預熱溫度下降慢，過程穩定性差，導致CPK 值過低。上批生產結束轉預熱狀態中，由于上批尾料時熱風溫度下降，為達到設定標準溫度，則熱交換器蒸汽閥調節變量不斷增大，因熱慣性作用，造成溫度上升快且回落慢的現象。該現象在生產上突顯的問題則是批次間換牌預熱耗時過長。

在預熱、待機、生產狀態下，熱風溫度的調控主要由熱交換器來實現（圖1 和圖2）。熱風溫度的調控分為升溫與降溫兩個部分。熱交換器通過氣動薄膜閥加大蒸汽流量熱循環熱風完成升溫；通過減小或關閉蒸汽流量完成降溫。熱風在降溫或升溫時均通過熱交換器，降溫時熱交換器雖關閉，但其內部余熱使得循環熱風溫度下降較慢，有一定的熱慣性，導致降溫效率低，熱風溫度波動大。針對該設備結構特點，可通過改進提升熱風溫度過程控制的穩定性。

圖1 預熱狀態熱風流向

圖2 待機、生產狀態熱風流向

2.2 改進措施

2.2.1 原理

功能上細化分工，將升降溫對應的功能裝置分離，即升溫由熱交換器組成的升溫模塊實現，降溫由獨立的降溫模塊實現，提高控溫效率；降溫效率上引入溫度相對較低的低溫氣體，與高溫熱分進行熱交換，從而使熱風溫度快速降低。

2.2.2 回風管路改進

在現有熱風循環管上新增一路熱風管道（圖3），該熱風管道與熱交換器并行。管道上設置角執行器（圖4）控制管道開關狀態，調節角執行器動作進行風量補償調節，實現自動、快速、準確控溫目的；在角執行器前設置1 個溫度傳感器，實時監測回風管道內的熱風溫度，參與反饋調節。編寫PLC 控制程序，接入電控子站。程序通過事實計算熱風溫度設定值與實際值，并比較大小。當實際值大于設定值時，計算風門開度值，將該開度值發送至角執行器，風門開啟，循環熱風經并行風道跳過熱交換器進入滾筒內，溫度降低；當實際值小于等于設定值時，繼續監測比較熱風溫度實際值與設定值。

2.2.3 PID 參數優化

采用控制變量法與經驗法相結合的方式，通過多次的模擬實驗，確定PID 參數的最佳值。將KP 值由原設定值1.2 調為2.2，TN 值由原36 調為28，修正極限調節量最大值由原80 調為92，最小值由原10 調為15。達到高溫轉低溫時快速降溫；實現熱風溫度及時跟蹤控制；過程控制穩定性明顯提高，SD 值有較大幅度降低；CPK 值明顯提高。

3 改進效果

TBS 滾筒式葉片回潮機熱風溫度控制系統改進后正式運行?；爻睙犸L溫度CPK 達標率由改進前的86.92%提升到改進后的99.7%，上升了12.78%，達到考核目標。CPK 平均值由改進前的1.08 提高到改進后的2.68，提升了1.6，達到A++標準，過程穩定性顯著提高。

圖3 新增熱風管路

4 結論

改進結合現有設備結構特點，采用升降溫分離的創新思路進行設計，能較好的實現對熱風溫度的精準控制，同時也提高熱風溫度過程控制的穩定性，效果明顯。基于煙草行業制絲設備的相似性，該改進具備在行業內推廣應用的價值。

圖4 角執行器