一種煙葉加料機蒸汽溫控系統應用研究

唐文堯 馮煥芬 姚 睿 鄭 超 夏同行

（貴州中煙工業有限責任公司遵義卷煙廠，遵義 563000）

煙葉制絲加料作為制絲的關鍵工序之一，其工藝質量直接影響最終成品卷煙抽吸感官品質。加料出口物料溫度是該工序的核心工藝參數之一。當溫度較低時，煙葉無法充分伸展、松散，會有較多結團，不利于料液吸收，并導致煙葉含水不均；當溫度較高時，料液揮發嚴重，同樣不利于料液吸收，同時會影響葉片色澤，導致下一工序貯葉時，煙葉從更高溫度降至室溫，會使煙葉水分有更大的蒸發流失[1]。因此，在制定加料出口物料溫度相關工藝標準時，工藝人員會多次試驗來測試合適的出口物料溫度，并要求生產設備盡可能滿足標準要求。

1 生產現場設備硬件需求

筆者所在工廠生產現場為SJ1201 型加料機，蒸汽溫控系統示意圖如圖1 所示。

該溫控系統同樣采用出入口端兩側同時直噴飽和蒸汽進行溫度調節。蒸汽源壓強為200 Pa，在入口端由PID 方式控制氣動薄膜閥閥門開度。蒸汽噴射口位于入口物料振槽下方，從而實現溫控系統對出口物料溫度實現精確控制。出口端由手動減壓閥將蒸汽壓強降至100 Pa，在出口端滾筒上側處直噴補償蒸汽。在批次開始前，由可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）采集當前煙葉牌號、現場溫度以及蒸汽源壓強等數據，并與數據庫數據進行比對，自動設定適當出口端閥門開度。在整個批次生產時，保持該開度不變，擴大溫控系統控制范圍，降低不同外部因素對出口物料溫度的影響。生產現場安裝溫濕度計，與制絲集控系統PLC 進行單邊通信，實時采集現場溫濕度。在蒸汽源及出口端，手動減壓閥后安裝壓力變送器，利用PLC 實時采集生產全程蒸汽壓強，從而減小蒸汽壓強波動對出口物料溫度的影響。在出口端手動減壓閥后安裝蒸汽質量流量計，以批次為單位采集補償蒸汽累積量[2]。

2 制絲集控系統及數據庫建立需求

制絲集控系統由西門子1500 系列PLC 與現場ET200S 子站箱為核心組成。PLC 通過現場子站箱內數模輸出模塊對氣動薄膜閥開度進行精確控制，數模輸入模塊采集現場其余設備如溫濕度計、壓力變送器等反饋的各項實時數據，并以此調節輸出控制，形成完整的控制閉環系統。

數據庫主要包含煙葉工藝數據和外部影響因素數據兩方面內容[3]。一方面，煙葉工藝數據。對于各個品牌煙葉，數據庫提前錄入對應煙葉品牌牌號、煙葉配方以及該工序對應的工藝參數。加料前端工序為通過隧道式回潮機對預混后煙葉進行增溫增濕，因此加料段來料煙葉水分溫度非常穩定，僅需進行品牌牌號比對即可確定來料煙葉水分溫度。另一方面，外部影響因素數據。工藝人員通過正交試驗，以實際生產為藍本，試驗變量包括現場溫、濕度，煙葉品牌及配方、蒸汽壓強以及出口端薄膜閥閥門開度。分析入口端薄膜閥設計結構可知，當閥門開度控制范圍在50%附近時，蒸汽流量最穩定，對煙葉增溫效果最合適，因此以此作為正交試驗輸出結果最佳。通過大量正交試驗后，計算各項變量權重后可得如下結果：對于給定品牌配方煙葉，在某一環境溫濕度、蒸汽源壓強情況下，可設定一個合適的出口端補償蒸汽閥門開度，使得入口端閥門開度控制范圍在50%附近，并以此錄入數據庫。表1 為部分最優解試驗數據。

由表1 試驗數據可知，對于品牌配方為GY（KY）的煙葉，在現場溫度34 ℃、濕度為53%、生產源壓強為210 Pa 的生產環境下，批次開始時，將出口端閥門開度固定設置為30%，即可使得入口端閥門開度范圍在50%左右。因為不同品牌配方煙葉總質量不同導致蒸汽累積量不同，所以蒸汽累積量用作參考量，僅在有大幅變化時進行報警提示。

表1 試驗數據表

3 控制程序及人機交互設計思路

筆者所在生產線制絲集控系統基于西門子1500系列PLC、TIA 博圖進行組態編程，使用WINCC 進行人機交互控制，生產協同系統可自行建立數據庫，供給WINCC 或TIA 訪問[4-5]。因此，該溫控系統可在現有設備基礎上進行優化改進。

（1）將薄膜閥、溫濕度計、流量計等硬件設備通信診斷納入批次前通信診斷，當任一設備出現通信故障時，無法點擊“批次開始”按鈕并發出對應警告內容，如圖2 所示。

（2）為了減少人工干預，在操作人員點擊“批次開始”按鈕后，PLC 自動根據采集數據對比數據庫，并設定對應出口端閥門開度。在生產控制畫面增加閥門開度控制欄可顯示當前閥門開度，并根據訪問等級高低來區分是否可以更改閥門開度，如圖3 所示。

4 蒸汽溫控系統效果統計

筆者分別統計溫控系統改進前后各5 個批次加料段出口物料溫度匯總信息，具體如表2 所示。

由表2 可知，在制絲生產線現有統計規則下，雖然改進前后出口溫度合格率均能做到100%，但改進后的標準偏差和CPK 值也均有明顯改善，符合工廠高質量發展要求。

表2 效果統計表

5 結語

該煙葉加料溫控系統相比原系統，具有以下優點：①有效減少外部因素對工藝指標的影響；②減少人工干預，提升了系統自動化程度；③優化工藝指標，使得成品具有更高的質量指數。