基于PLC的煙草加工烘絲機自動控制系統研究

李培培

（河南中煙有限責任公司安陽卷煙廠，河南安陽，455004）

0 引言

我國作為傳統的農國，農業相關產業在我國經濟發展中占據著重要的位置。在我國農業發展期間，除了糧食農作物的生產以及加工外，經濟作物的生產預加工的地位有也是不容忽視的。我國眾多經濟作物當中，煙草的種植是最為廣泛也是最為普遍的，其發展速度較快。煙草在加工過程中，烘絲機起著非常關鍵的作用，能夠把煙草中的水分進行烘干，提高成品的整體質量，對未來煙草企業的發展有著舉足輕重的積極影響。伴隨著計算機的應用范圍不斷增長，烘絲機的自動控制水平也得到了較為明顯的提升，表現最為突出的莫過于PLC的應用了，PLC有效的提高了哄自己自動控制系統的綜合效率。

1 烘絲機控制系統與PLC技術概述

1.1 烘絲機控制系統

烘絲機自動控制系統主要由電氣系統、傳動系統、熱風系統以及管道系統組成，其中傳動系統主要是由主傳動電機按變頻器給定的頻率輸送轉速，通過鏈傳動實現傳動軸的第一次降速，再將小齒輪與烘干機上的大齒輪對合并實現二次降速。管道中的系統由空氣管路、初潮管路以及蒸汽管路三部分組成。熱風系統中主要由管道、熱風風機、散熱器等眾多部分組成熱風系統最主要的功能就是將干燥速度加快，電氣系統則是利用PLC技術進行自動化控制。

1.2 PLC技術

PLC技術也被統稱為可編程序控制器技術，此技術會對烘絲機整體進行診斷，并且該技術會使烘絲機的干擾性得到加強，可靠程度變高。而自動控制系統當中PLC技術通常情況下都采用編程的方法，主要原因為，編程方法容易讓人理解，掌握起來不復雜。除此之外，基于PLC技術的自動控制系統的靈活性較為突出，在電力系統等領域應用范圍極廣。PLC技術在煙草加工烘絲機自動控制系統當中主要的工作流程分為三個階段：采樣輸入、執行程序與系統輸出刷新。烘絲機在正常運作的過程當中，可以依靠I/O映像區的單元來儲存數據，不同的數據所儲存的單元不同。PLC技術對自動控制系統的過程為控制器參數設定，控制器通過設定的參數對執行設備下達命令，執行設備控制對象進行動作運行，在此過程當中，需要針對這一過程進行反復測量。

2 烘絲機自動控制系統構成、工作原理以及功能

2.1 系統構成

烘絲機的自動控制系統主要由四大部分組成分別為管路系統、熱風系統、電氣系統、傳動系統。其中傳動系統由主驅動干燥機M、熱風機電機M2、旋轉網絡電機M3以及水泵電機M4組成。M1和M2馬達均安裝了變頻調速器，可以設置轉速。而這其中的熱風系統是為了提高烘干效率而安裝的熱風裝置，主要有管道、風機以及散熱器等構成。管路系統則由壓縮空氣管道以及蒸汽管道所構成[1]。蒸汽管道直接會烘供熱桶上面的供熱辦并傳給散熱器，而另一頭會供給進入前室的噴吹飽和蒸汽裝置，以提高在料頭、料尾時的烘筒內的空氣濕度，減少干頭干尾的煙絲，如圖1所示。

圖1 烘絲機控制系統

2.2 工作原理

從儲放柜取出的煙葉都含有一定的水率，切絲機切割成煙絲以后在通過電子傳輸帶進行稱重，其次由回潮機對煙絲增溫或者增濕，在進入薄板式滾筒烘干機，再送至導熱板，再使煙絲充分受熱，同時熱風會朝著順流方向，使煙絲干燥的速度加快，在烘干桶中隨著溫度和熱風程度不變的情況下，隨著蒸汽逐漸加強煙絲里面的水分會逐漸蒸發掉，所蒸發出的濕熱空氣以及粉塵全部由排潮管道排出[2]。

2.3 烘絲機自動控制系統的功能

烘絲機在整體運行的過程中，煙絲會從烘絲機的進料口進入。烘干筒的在運作的過程當中，煙絲會在里面不斷翻滾，然后完成后會從烘絲機的后方出料口落出。在此過程中，蒸汽壓力會隨著管道進入到烘桶當中，對煙絲進行加熱處理。除此之外，自動控制系統還會自動識別煙絲來進行實時傳送以及檢測。將煙絲放入進料口中以后，系統會自動識別并且自動運轉，并檢測煙絲在進料口的斷料時間，自動選擇出最優工作狀態，來確保煙絲徹底烘干以后，使煙絲烘干的效率得到提升。此外，烘干機還具備以下功能。

2.3.1 檢測功能

烘絲機自動控制系統會實時檢測煙絲在入料口的全部數值，并根據煙絲的水分、溫度自動調節征求壓力以及閥門開度值，為此來得到更好的控制以及效率。

2.3.2 顯示功能

烘絲機在運作過程當中，自動控制系統可以為設備的整體運作狀態實時顯示，所檢測的各項參數有參數記錄、運行參數以及整個運作得流程等。

2.3.3 控制功能

烘絲機在運作的過程中，自動控制系統會對整體設備有效控制。整個控制過程具有明顯的多輸出、多輸入、滯后的特點，因此有必要對設備的硬件配置和軟件編程進行控制。在現實運行當中，生產工藝條件也有著很明確的標準，如蒸汽壓力以及煙絲流量時間等都著著很高的要求[3]。通過自動控制系統可以進行實時監測控制，可以清楚的看到烘絲機在運作過程中的各項參數，以此來控制煙絲烘干工作的整體進程，保證煙絲在出貨的時候始終控制在最高標準。

2.3.4 診斷功能

診斷作為自動控制系統中最核心、重要的功能，不僅可以監控設備運作狀態，還可以及時發現運作過程中出現的問題并發出警報并采取處理措施，防止影響更嚴重。

3 烘絲機自動控制系統PLC硬件配置

3.1 系統硬件配置

烘絲機自動控制系統運作過程中所使用的PCL硬件首先要以控制對象以及設計為第一考慮點。PLC硬件的應用還需考慮到烘絲機的整體結構、系統要求以及運行狀態，首先設備整體結構要采用完全封閉式，運作過程依靠濾塵網的風扇進行通風，可以有效的提高防護等級。由于整體結構是封閉式而且較為完整，可以有效的提升控制、以及信息輸出和出入的效率。PLC硬件配置需要率先考慮烘絲機的運行、結構以及具體的系統操作要求。首要，結構上要采用封閉式，在實際工作過程當中需利用濾塵網中的風扇進行通風，將防護等級提高。出于對提高信息控制、輸出以及輸入效率的焦慮，應保持烘絲機內部結構的完整性。其次，在針對PLC系統中硬件的設置中，人機交互界面的設計工作得到了高度重視。人機交互的操作與控制界面十分簡約，整個運行過程都可以實現人機對話的觸摸操作，便于工作人員對參數實時查詢。此外，PLC控制系統在運行中可以利用異步交流電機，有效控制和調節烘絲滾筒的轉速。

3.2 控制通道主回路

烘干機的整體設計結構中控制通道主回路是最為基礎的設計，其作用就是控制蒸汽壓力。通常，烘絲機在運作過程中煙絲進入烘桶的轉速以及溫度基本都處于穩定的狀態，而蒸汽壓力和入口煙絲水分會把出口的煙絲水分影響到，為此PLC的應用主要是蒸汽壓力的控制，根據實時監測出來的數據，以最為合適的方法來控制蒸汽壓力，確保最后生產出是最高標準的煙絲。

3.3 人機交互畫面設計

在PLC的應用中，人機交互屏的設計對其應用的方便性有較嚴重的影響。人機交互畫面的設計效果直接決定PLC的系統是否可以正常使用。現如今的交互以及顯示都是在Windows95 環境下，使用 ProTool軟件以填入式的方式來構建，最后把整個應用過程中需要用到的模塊編輯到界面上，進行鏈接并設置對應的參數，讓設備在運行當中可以對整體的狀態以及工作參數進行監測與現實[4]。

3.4 軟件設計

烘絲機自動控制系統中的最為核心的關鍵就是PLC技術，PLC技術作為梯形圖結構的主要核心控制程序，操作終端需要將出口處煙絲中所含的水分轉變為參數，PLC技術會把所在的參數轉變為控制變量，后通過對相關設備進行命令。主要操作步驟如下：煙絲會在烘絲機的入口進行稱重，然后進入烘絲機內部，利用終端控制蒸汽壓力、烘桶轉速以及溫度等，實現OID閉環控制。

4 烘絲機的主要控制變量以及控制方案

4.1 蒸汽壓力對水分的影響

蒸汽壓力會死者弧形以及輻射型熱交換板期間使煙絲充分受熱，煙絲的水封會隨之蒸發變得干燥。在烘干筒整體溫度不變的情況下，蒸汽壓力逐漸提升，烘絲機的出口水分會隨之降低，相反，蒸汽壓力降低那么水分也會隨之增高。

4.2 熱風溫度對水分的影響

熱風溫度產生的機器為熱風風機，其溫度是通過角行程執行器來使冷熱空氣進行改變。當轉速以及溫度達到一定時，煙絲的水分蒸發取決于風的溫度。因此，隨著空氣溫度的升高，烘干機的出口水分減少，反之亦然。

4.3 烘筒轉速對水分的影響

烘筒轉速決定煙絲在烘筒內滯留時間，時間越長，水分蒸發越多。由于在烘烤過程中，伴隨著一定的化學反應，以提高煙絲的內在品質，其過程需要一定時間，不宜過短，也不宜過長。

4.4 排潮風門對水分的影響

排潮風門的大小直接影響著熱風流速，風門越大隨著流速就會越大，煙絲水分蒸發就會越快。排潮風門如果處于關注的狀態，則煙絲無法進行烘干[5][6]。系統還會根據特定的控制方式來對物理量進行調整，來使出口處的煙絲達到規定的要求，從上述幾個可以得出，烘干筒的轉速主要有變頻器來控制，根據系統調節主要分為三個檔位，預熱狀態的轉速為6r/min，煙絲如果徹底進入烘絲機以后會朱建生省委11r/min，當煙絲的轉速到達最后的到料狀態時，轉速會提升為16r/min，來把烘絲機中的最后剩余煙絲進行導出，防止煙絲太過于干燥[7]。排潮風門的設計也是有工藝段來進行調節的，烘絲機在正常的運作過程中，排潮風門的開啟狀態會一直報紙。系統的主要控制變量和方案如圖2所示。

圖2 主要控制變量以及控制方案

5 結語

煙草企業在生產過程中運用計算技術的現象已經逐漸普遍，計算機技術使煙草生產的生產效率以及產品質量得到很大的提升，使煙草企業的發展更進一步。而在此生產過程中，烘絲機占著很重要的位置，烘絲機的整體效率直接影響著煙草的質量。烘絲機自動控制系統中PLC的應用，提高了烘絲機運行的自動化水平，還有效的提高了烘絲機的運作效率以及烘干煙絲的質量。