薄板烘絲出口水分穩定性研究

山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠 山東 青島 266101

前言

隨著卷煙工藝技術的不斷進步，精細化、柔性化加工控制已經成為制絲生產的發展方向，烘絲工序作為制絲生產線的重要環節，其對煙絲感官質量的影響尤為突出。HAUNI公司的KLD-2兩段式薄板烘絲機生產過程以筒壁干燥為主，烘絲筒壁溫度的控制對出口煙絲的實際水分有著關鍵的影響。正常工作時，烘絲筒壁溫度的控制由前饋數學模型和實際水分反饋共同決定。然而隨著煙草行業精益化發展的要求不斷提高，KLD-2現有的控制方法已無法滿足精益化發展的需求，其出口水分的穩定性較差，生產過程中存在以下問題：

①生產前無法預知待生產物料的狀況，導致初始生產參數設置不合理；②頭料和尾料的控制方法單一，無法根據物料的特性實時調節，導致頭料和尾料出口水分波動較大；③生產過程中人為干預的次數較多，生產結果因人而異，并且極大增加了員工的勞動強度；④生產過程中對物料變化的響應速度較慢，參數調節存在較大的滯后性[1]。

1 烘絲機控制流程分析

受設備控制原理和控制流程的影響，生產過程中操作工需要根據來料的水分實時調整設備的相關參數，調節參數主要包括：熱風速度、一區爐壁溫度、二區爐壁溫度、脫水量、烘前流量等。通過統計五千烘絲20個批次的生產過程，統計結果顯示人為干預的次數約為20次，人為干預次數較多，且出口水分的批件穩定性較差。

2 烘絲機各參數對烘絲出口水分的影響研究

根據生產過程中采集的五千烘絲工藝參數、生產過程歷史數據，用散點圖、回歸分析法、相關性分析法等對數據進行初步分析，研究五千烘絲設備工藝參數(滾筒轉速、卸料罩壓力、烘絲入口葉絲流量、烘絲來料水分、熱風溫度、熱風速度、HT蒸汽流量、HT出口葉絲水分、滾筒爐壁溫度一區、滾筒爐壁溫度二區、烘絲出口水分等)與出口水分之間的關系，結合相應的特征工程，找到影響出口水分穩定性的關鍵因素[2]。

3 建立水分控制模型

考慮到五千烘絲生產過程中存在不同的階段，包括頭料階段，生產階段，尾料階段。不同階段的加工方式不同，每一段需要采用不同的處理方法，也就需要采用不同的控制模型，從而保證物料的加工強度和出口水分的穩定性。

階段一：頭料階段，煙絲未到達滾筒出口，此時沒有出口水分的反饋信息，需要從批次整體方向來考慮，根據回潮工序物料加工過程、加料工序物料加工過程、物料醇化時間、環境溫濕度等參數，預測待生產物料的相關特性，得出初始化加工參數，并根據物料的變化實時調節，從而提升頭料階段出口水分穩定性。

階段二：生產階段，入口水分和烘前物料流量達到相對穩定的狀態，且出口可檢測到物料水分，采用機器學習過程控制模型，當來料特性發生變化時，模型可迅速做出響應和決策，輸出相應的控制參數，并將結果寫入設備控制點位，實現設備的反向控制，保證生產過程出口水分的穩定性。

階段三：尾料階段，物料流量逐漸減少，滾筒內的物料比較稀薄，加工強度不易過大，模型可根據物料狀況輸出相應的加工參數，保證出口水分的穩定性[3]。

4 效果驗證

為了確保模型可應用于實際生產，在模型投入生產前需要對其準確性進行分析驗證。在五千烘絲操作終端增加虛擬點位，并將控制結果寫入虛擬點位，分析輸出結果否符合生產要求，如不符合要求則對模型進行優化。當模型輸出結果符合生產要求時，即可將其部署到生產環境，實現五千烘絲出口水分的自動控制。

5 結束語

本論文通過分析烘絲機工作原理，明確烘絲機設備控制流程，找到調節煙絲水分的關鍵參數及控制過程中的短板。利用生產過程中的歷史數據，分析各關鍵參數與烘絲出口水分的相互關系，結合機器學習自適應、自優化的特點，建立數據驅動型的烘絲控制模型。模型可在生產前通過預測物料狀態，輸出合適的初始加工參數；在生產過程中可根據來料的變化，自動調節相關參數，消除人為干預，提高烘絲機控制水平，實現出口水分自動控制，提高產品質量穩定性，同時還可降低了操作工的勞動強度。