制絲線滾筒出口排料板控制優化及改進

魯云強 ，楊 剛

（紅塔煙草（集團）有限責任公司玉溪卷煙廠，云南 玉溪 653100）

0 引言

目前，卷煙產品市場競爭越來越激烈，消費者對卷煙產品的感官品質和內在品質要求越來越高，質量已成為企業追求利潤的主題。卷煙生產工業企業的制絲生產線中的超回松散和潤葉加料工序都屬于制絲生產的關鍵過程。其中，超回松散工序的任務是適當提高片煙的含水率和溫度，提高片煙的耐加工性，同時減輕片煙的雜氣及刺激性；而潤葉加料工序則是將特制的香糖料均勻地施加到片煙上，以改善其感官特性和物理性能[1]。在實際生產過程中，按照《卷煙工藝規范》以及玉溪卷煙廠相關工藝質量管理要求，在超回松散和潤葉加料工序，當更換牌號生產或者同牌號連續生產6 批之后需要清洗滾筒[1]，由清洗所產生的廢料、污物等則是從滾筒出口振槽位置的排料口（即振槽活門）排出，然而該排料口目前是由手動裝置來控制它的開閉狀況，這就存在著清洗結束后忘記關閉排料口接著繼續生產而導致物料放空及堵料的風險，從而影響加水量的PID 控制和出口水分控制，產生質量風險。而通過本研究所論述的控制方式優化可以完美實現滾筒出口位置排料口的自動控制，且便于操作員監控查看，在保證生產質量的同時，還能夠減輕工作人員的工作壓力。

1 存在問題分析

以玉溪卷煙廠為例，該廠1 t 線制絲車間生產線依據工藝質量管理要求，針對超回松散以及潤葉加料兩個工序，當更換牌號生產或者同牌號連續生產6 批之后需要清洗滾筒，而由清洗所產生的廢料、污物等是從滾筒出口振槽位置的排料口（即振槽活門）排出。目前是通過手動控制氣動開關來打開排料板，進而排出廢料或清洗滾筒污物的，在此期間如果更換牌號較為頻繁可能忘關閉排料板就開始生產，如此一來會使片煙物料直接從排料板落下排出，而位于排料板后方的水分檢測儀無法與片煙物料接觸，導致水分檢測儀數據持續為0，由此又將此錯誤的水分信息反饋至PID 加水量中，造成加水量的持續異常增高，由此導致片煙物料的實際含水率偏高甚至超出工藝標準的范圍，從而造成質量問題。

當前超回松散和潤葉加料兩工序滾筒出口排料板的實物狀況如圖1 所示。

隨后研究小組總結歸納了滾筒出口排料板目前所存在的問題：

1）排料板活門控制為手動控制，開啟和關閉都需由手動控制，正式生產時容易出現忘關的情況，不具備防差錯功能。

2）上位機界面中沒有相應排料板活門狀態的信息顯示，只能觀察實物才能知曉具體信息。

3）滾筒出口水分檢測儀位于排料板活門后方，當忘記關閉排料板活門時，造成片煙物料從活門位置直接排出而未經過水分檢測儀，從而對出口水分的控制產生嚴重影響，進而影響產品質量及過程控制能力。

圖1 當前滾筒出口排料板的實物狀況

2 排料板控制優化方案的設計及實施

2.1 排料板控制優化方案的設計構思

以文章第一部分“存在問題分析”中所歸納總結的3 個問題為基礎進行構思，特設計了全新的控制思路[2]，即從以前的“通過手動控制氣動開關的手動模式”優化改進為“自動控制”，而相關優化方案設計的重點思路如下。

1）采用新的電氣控制方法，摒棄原有的手動控制閥裝置，以壓縮空氣管路作為動力源，而用支架、二位五通電磁閥等部件作為替代，以此實現自動控制。

2）在實現電氣自動控制的基礎上，利用博圖軟件開發PLC 控制程序，將生產信號寫入相關程序之中，以此實現批次開始時排料板活門能夠自動關閉。

3）在相關程序開發編寫完成后，依托WINCC 軟件優化上位機界面，使得上位機界面中能夠直觀地顯示排料板活門的開閉狀態，優化改造完成后的裝置如圖2所示。

2.2 控制程序及上位機界面的開發

研究小組通過查閱相關資料[3]并結合制絲設備的實際情況[4]，對控制程序做出如下定義的開發。

1）定義排料板活門關閉狀態為狀態1、而開啟狀態則為狀態2。之后當工序點做好生產準備，生產批次已確認開始后，將給出信號值，而當設定的程序接收后，將自動檢測排料板活門是否位于狀態1，若反饋結果為是，則程序運行結束；而若反饋結果為否，則將通過氣動裝置關閉排料板活門，使其從狀態2 轉變為狀態1，之后程序結束[5]。

2）依托WINCC 軟件，將所定義的排料板活門狀態與上位機界面進行串聯，當檢測到狀態2 時，在上位機界面中即刻顯示為“活門打開”，以此作為防差錯措施更直觀有效。

圖2 優化改進后的裝置圖（上）和優化后的上位機界面顯示圖（下）

3 實際應用效果

3.1 優化改進后的實際效果

按照上述方案進行優化改進，并在2021 年6—12月為期6 個月的效果追蹤期內，對超回松散以及潤葉加料兩個工序點的滾筒出口排料板的情況進行了收集并整理，將這6 個月內所出現的包括上位機界面狀態顯示異常、排料板活門開閉狀態異常、片煙物料放空等在內的異常情況進行了統計歸納，發現在優化改進后，就從未出現過因排料板活門開啟而導致的片煙物料放空等異常情況，且整個裝置運行穩定，達到了最初的設想，取得了較好的改進效果。

3.2 產生的經濟效益

本次改造的效益為隱性效益，目的是消除在生產過程中出現忘記關閉滾筒出口排料板，導致出口水分儀無法檢測到水分值，進而造成出口水分PID 控制及加水PID 控制算法不準確，加水量預測及控制波動大，非穩態占比高[6]，導致批次鑒定為嚴重質量風險和質量事故的情況。改進思路：將手動控制排料板活門的開關改進優化為自動控制，實現雙重防差錯的作用，保證工序段生產物料質量工藝特性的穩定[7]，避免生產過程中由于排料板的異常問題而造成批次鑒定不合格的情況，降低操作工人的勞動強度和現場管理的難度，保證了產品質量[8]。

4 結語

本設計通過對滾筒出口排料板活門控制方式的優化改進，解決了在生產過程中發現的問題，體現了“小實活新”的特點，消除了在工序生產過程所產生的質量隱患，保證了產品質量，實現了防差錯的雙重保障，提高了工作效率，加強了操作人員和修理人員利用精益思想發現問題、分析問題并解決問題的能力，同時降低了操作工人的勞動強度[9]。實際應用結果表明，該裝置運行穩定可靠，不僅提升了自動化應用程度，還保證了產品質量，增強了現場的視覺形象[10]，在煙草行業制絲復烤生產線上和類似運用活門控制的裝置上具有較大的推廣價值。