TBS滾筒式葉片回潮機熱風(fēng)溫度控制系統(tǒng)改進

郭福龍，鐘智敏，韓淵明

（江西中煙工業(yè)有限責(zé)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(zé)任公司的TBS滾筒式葉片回潮機，通過生產(chǎn)過程檢測及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)：各主要在制牌號熱風(fēng)溫度均在（X±5）℃（X 為生產(chǎn)牌號標準溫度）范圍內(nèi)波動，標準偏差為0.283%，過程能力指數(shù)CPK=1.08，CPK 合格率為86.92%。不符合工藝要求的熱風(fēng)溫度（X±2）℃（X 為生產(chǎn)牌號標準溫度），標準偏差＜0.15%，過程能力指數(shù)CPK≥1.33，CPK 合格率≥99.5%。

1 TBS 滾筒式葉片回潮機熱風(fēng)溫度控制

1.1 過程能力指數(shù)CPK 評級標準

過程能力指數(shù)（Complex Process Capability index，CPK）也稱工序能力指數(shù)，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(jù)《卷煙工藝規(guī)范》要求，片煙回潮熱風(fēng)溫度CPK 等級最低應(yīng)達到A 級才能穩(wěn)定控制，當達到A+、A++可被認定為過程控制能力優(yōu)秀，技術(shù)管理能力較強。

1.2 TBS 滾筒式葉片回潮機熱風(fēng)溫度控制系統(tǒng)

TBS 滾筒式葉片回潮機熱風(fēng)溫度的控制由溫度傳感器、PLC 控制器、氣動薄膜閥構(gòu)成的反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行調(diào)節(jié)控制。系統(tǒng)將實時采集的實際熱風(fēng)溫度與熱風(fēng)溫度設(shè)定值進行比對，后通過調(diào)節(jié)蒸汽管路氣動薄膜閥開度控制熱交換器對熱風(fēng)的加熱效率，從而調(diào)控?zé)犸L(fēng)溫度。

當對筒體進行預(yù)熱時，熱交換1 器開啟，室內(nèi)空氣經(jīng)熱交換器加熱后進入循環(huán)風(fēng)道，當熱風(fēng)溫度達到設(shè)定預(yù)熱溫度時，預(yù)熱完成，熱交換器1 關(guān)閉，熱交換器2 開啟，設(shè)備進入待機狀態(tài)。葉片進入滾筒內(nèi)后，循環(huán)風(fēng)道內(nèi)的熱風(fēng)溫度由氣動薄膜閥調(diào)整通過調(diào)整熱交換器2 的蒸汽量自動控制。熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)從進料端向桶內(nèi)吹入熱風(fēng)，使葉片快速升溫變?nèi)彳洝犸L(fēng)在循環(huán)風(fēng)機的作用下經(jīng)出料端再次進入熱交換器2 加熱，形成循環(huán)。

2 TBS 滾筒式葉片回潮機熱風(fēng)溫度控制系統(tǒng)的改進措施

2.1 問題分析

生產(chǎn)過程中批次曲線波動動大，過程穩(wěn)定性的SD 值在1.1以上，預(yù)熱溫度下降慢，過程穩(wěn)定性差，導(dǎo)致CPK 值過低。上批生產(chǎn)結(jié)束轉(zhuǎn)預(yù)熱狀態(tài)中，由于上批尾料時熱風(fēng)溫度下降，為達到設(shè)定標準溫度，則熱交換器蒸汽閥調(diào)節(jié)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(xiàn)象。該現(xiàn)象在生產(chǎn)上突顯的問題則是批次間換牌預(yù)熱耗時過長。

在預(yù)熱、待機、生產(chǎn)狀態(tài)下，熱風(fēng)溫度的調(diào)控主要由熱交換器來實現(xiàn)（圖1 和圖2）。熱風(fēng)溫度的調(diào)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(huán)熱風(fēng)完成升溫；通過減小或關(guān)閉蒸汽流量完成降溫。熱風(fēng)在降溫或升溫時均通過熱交換器，降溫時熱交換器雖關(guān)閉，但其內(nèi)部余熱使得循環(huán)熱風(fēng)溫度下降較慢，有一定的熱慣性，導(dǎo)致降溫效率低，熱風(fēng)溫度波動大。針對該設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，可通過改進提升熱風(fēng)溫度過程控制的穩(wěn)定性。

圖1 預(yù)熱狀態(tài)熱風(fēng)流向

圖2 待機、生產(chǎn)狀態(tài)熱風(fēng)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(yīng)的功能裝置分離，即升溫由熱交換器組成的升溫模塊實現(xiàn)，降溫由獨立的降溫模塊實現(xiàn)，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?zé)岱诌M行熱交換，從而使熱風(fēng)溫度快速降低。

2.2.2 回風(fēng)管路改進

在現(xiàn)有熱風(fēng)循環(huán)管上新增一路熱風(fēng)管道（圖3），該熱風(fēng)管道與熱交換器并行。管道上設(shè)置角執(zhí)行器（圖4）控制管道開關(guān)狀態(tài)，調(diào)節(jié)角執(zhí)行器動作進行風(fēng)量補償調(diào)節(jié)，實現(xiàn)自動、快速、準確控溫目的；在角執(zhí)行器前設(shè)置1 個溫度傳感器，實時監(jiān)測回風(fēng)管道內(nèi)的熱風(fēng)溫度，參與反饋調(diào)節(jié)。編寫PLC 控制程序，接入電控子站。程序通過事實計算熱風(fēng)溫度設(shè)定值與實際值，并比較大小。當實際值大于設(shè)定值時，計算風(fēng)門開度值，將該開度值發(fā)送至角執(zhí)行器，風(fēng)門開啟，循環(huán)熱風(fēng)經(jīng)并行風(fēng)道跳過熱交換器進入滾筒內(nèi)，溫度降低；當實際值小于等于設(shè)定值時，繼續(xù)監(jiān)測比較熱風(fēng)溫度實際值與設(shè)定值。

2.2.3 PID 參數(shù)優(yōu)化

采用控制變量法與經(jīng)驗法相結(jié)合的方式，通過多次的模擬實驗，確定PID 參數(shù)的最佳值。將KP 值由原設(shè)定值1.2 調(diào)為2.2，TN 值由原36 調(diào)為28，修正極限調(diào)節(jié)量最大值由原80 調(diào)為92，最小值由原10 調(diào)為15。達到高溫轉(zhuǎn)低溫時快速降溫；實現(xiàn)熱風(fēng)溫度及時跟蹤控制；過程控制穩(wěn)定性明顯提高，SD 值有較大幅度降低；CPK 值明顯提高。

圖3 新增熱風(fēng)管路

圖4 角執(zhí)行器

3 改進效果

TBS 滾筒式葉片回潮機熱風(fēng)溫度控制系統(tǒng)改進后正式運行。回潮熱風(fēng)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(wěn)定性顯著提高。

4 結(jié)論

改進結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)特點，采用升降溫分離的創(chuàng)新思路進行設(shè)計，能較好的實現(xiàn)對熱風(fēng)溫度的精準控制，同時也提高熱風(fēng)溫度過程控制的穩(wěn)定性，效果明顯。基于煙草行業(yè)制絲設(shè)備的相似性，該改進具備在行業(yè)內(nèi)推廣應(yīng)用的價值。