提高烟草加香加料精度的方法

2012-08-06陈洪

重庆与世界(教师发展版) 2012年11期

陈洪

(重庆烟草工业有限责任公司，重庆 400060)

在烟草制丝过程中，加香加料作为重要工艺环节，历来受到烟草加工企业的普遍关注，随着烟草行业竞争的日益加剧，各烟草企业对制丝工艺研究逐渐深入，制丝过程中加香加料的均匀性、准确性愈发重要，因此对制丝过程中影响加香加料精度的各类因素进行剖析，通过发现问题，找出根源，提出措施，达到解决问题的目的。

一、烟草加香加料控制的最初方式

在20世纪90年代，全世界工业自动化加工技术刚刚起步，工业自动化加工水平低，控制理论不成熟，控制硬件软件质量差，种类少。当时，美国、德国、法国、意大利、英国在自动化控制方面领先于其他国家，德国的研发、制造和应用水平处于世界前列。中国当时没有自己的控制理论，更没有研发能力，控制器件基本依赖进口。中国自动化应用水平较高的，烟草行业属其中之一，其装备水平相对较好。烟草行业的自动化应用集中体现在烟丝的加工过程，其中核心应用是在烟丝加香精和加糖料这两个关键环节。

从控制角度来讲，控制一般有闭环控制、开环控制、手动控制三类;从应用角度来看，有应用一种方式控制的，也有几种方式组合应用的。

在90年代前期，烟草的加香加料先是有手动控制，后来发展为开环自动控制。手动控制就是生产过程中，依靠人工调节开关、阀门的开度，来控制相关工作量的大小。这种控制方式，受人的经验、精力、技能影响，加工误差大，质量不高。在90年代中期，出现了开环控制方式(一般称为继电逻辑控制)，控制系统的检测元件、控制元件、执行机构具备了一定识别能力和判断能力。系统可预先设置控制参数，控制系统按固有参数加工，但是，如果产品质量的终端参数发生变化，控制系统的加工过程没有自动纠正能力，需要依靠人工监测参数，并及时修正参数。若人工检测不到位，纠正不及时，产品质量会受到严重影响。由于开环控制系统有一定的智能控制能力，这也是历史的巨大进步。

二、PID调节器在烟草加香加料环节的应用

90年代后期，自动控制理论又有了飞跃发展，出现了闭环控制理论，控制元件制造技术有了巨大发展，特别是PLC(可编程式逻辑控制器)的问世，把自动控制技术推向一个高峰。PLC体积小，抗震强，运算快，智能化高，故障少。PLC具有这些特殊性能，很快就替代了继电逻辑控制，相应的PID调节器的控制功能模块植入PLC程序当中，系统能自动识别、自动纠正产品的过程参数与终端参数，其纠正与识别能力比以往的控制系统更强、更快、更精确，强力推动自动控制技术发生了历史巨变，使全世界的工业制造水平在制造精度、制造质量、制造效率、人工劳动强度方面发生了根本性变化。PID控制系统的原理［1］如图1所示。

图1 加香、加料控制原理

图1中，电子皮带秤称量的待加工物料重量信号G(0～ ±10 V、4 ～20 mA、0 ～20 mA 等)［2］送给控制系统，控制系统的乘法器将此信号值与设定加香加料比例(设定值)L相乘，得到一个期望值N，该值送进给定值累加器Σ中，由于电磁流量计反馈信号Y已经倒相，因而给定值累加器Σ得到值为:D=N－Y，PID控制器根据D的变化量ΔD，精确地输出X值(0～ ±10 V、4～20 mA、0～20 mA等)给变频调速器，由变频调速器驱动计量泵电机，使加香加料桶中的香精糖料均匀地喷射到待加工物料表面。从图中可以看到，L、G、Y三者之一变化，其D值必然变化，从而计量泵就会及时变化，调整流量大小，使之满足加工的设定值。在实际编程序时，编程人员还要准确地考虑物料从电子秤到达加香加料机喷嘴处的延迟时间和PID控制器的信号死区、饱和状态等因素，务必使加香加料的同步性非常好，PID控制器与变频器均工作在一个很好的线性区域。

然而，在实际生产使用中大量的信息表明，很多烟厂的加香加料即使采用了以PLC为主控制器件的PID控制器后，添加效果仍然不十分理想，加香加料计量的误差较大，是什么因素影响加香加料精度呢?

三、探究加香加料精度的影响因素

经过理论与大量实践信息的分析与探究得知影响加香加料精度的因素在四个方面。

1)料液误差。由于制丝工艺要求，一般烟厂的加料机在生产前均需把料液加热到55℃左右［3］并保持至生产结束。加料工序所配制的料液是悬浊液，物理学知识告诉我们，香精香料属悬浊液与乳浊液的混合物，里面含有的酒精与水为主要成分，其加热后体积会膨胀，这些都会直接影响料液的体积。具体表现:其一，是温度变化导致的密度变化。有的烟厂使用了体积流量计，由于加热后的料液的密度发生变化，因此室温下称量配制的料液与加热后使用的同体积的料液的质量是不同的，因而通过电磁体积流量计测试加热前后的料液数据，出现了料液前后的误差。其二，是挥发性的影响。加香工序虽是常温，由于所添加香料物质的挥发性极强，使得生产前称量配制的香精与实际通过电磁流量计的香精量之间也存在误差。

2)计量误差。很多烟厂计算加香加料精度的方法是:生产前先配制好某批次烟叶(丝)所需的香、糖液(一般是略多配制一些)，生产结束后，把加香加料桶中剩余的残料放出并称量，便可知实际添加出去的加香加料量，然后与该工艺点的电子秤累计物料重量相除，得到实际添加比例。计算加香加料误差公式［3］:

δ=(实际添加比例－设定添加比例)/设定添加比例×100%

这种方法可用性强，操作简单，易为烟厂所采用，但这种方法本身误差较大。据查证，一般量杯、量桶的计量误差为1%，再加上测试员观察上的误差，桶子的残留液、管道残留液，累计的计算误差在2%左右［4］。

3)系统误差。每套加香加料控制系统的计量采用了电子秤、电磁流量计。电子秤的误差为:计量型±0.5%、控制型1%、电磁流量计误差 ±0.5%［4］，加上PLC的模/数、数/模转换、运算的误差(误差很微小，可忽略)，加香加料控制系统的系统累计误差在±1.5%。

4)生产的均衡性。大量事实证明，制丝过程中生产的连续性、稳定性、均衡性对各项工艺指标(包括加香加料)有重要影响。若生产过程中频繁停机、断料，烟叶(丝)流量的波动大，控制器虽然及时跟踪调节，但整个系统处于振动状态，会对加香加料精度产生很大影响。

可见，由于料液误差、计算误差、系统误差三个重要因素的叠加，其结果误差往往大于±2%，这就是不少烟厂虽进行了大量测试，结果误差很大，却不能获得规律性误差数据的基本原因。

四、提高烟草加香加料精度的措施

烟草生产企业要提高加香加料精度有以下几个方面措施:

1)提高制丝线装备的自动化程度。当前工业自动化最先进的现场总线技术要应用于制丝线，通过提高制丝线物料加工的均匀性、稳定性，减少设备故障，防止断料和大的物料波动。

2)加香加料精度的计算数据。应该采用仪表检数据，不能用人工感官检测数据，即采用仪表检测的加香加料量为计算依据。并且，仪表必须采用先进的仪器，这样仪器本身精度高，测量的数据准确、可靠。比如，用质量流量计测香精香料质量，用双托辊电子秤测物料重量。据查证，云南会泽卷烟厂、红河卷烟厂、广东卷烟二厂的制丝线，采用此方法，加香加料精度在±0.3%以内。

3)加强仪表的校准。仪表虽先进，但要保证仪表的精度，就必须做好仪表校准。原则上，电子秤每周校准一次，电磁流量计每半年校准一次，这样仪表就能提供准确的信号。

4)加强设备保养和现场观察。设备保养到位是制丝线正常运行的关键，也是设备运行精度的保障，否则会导致加香加料出现误差。一方面要注意设备的保养方法，注重关键环节，要对症下药，要有针对性。例如，齿轮泵进行修理或保养后，应该泵些清水，保持泵的清洁，观察泵出的流量是否均匀，否则须作调整。另一方面，在生产过程中，现场操作员应经常观察加香加料管道压力计指针的是否稳定，不能反复振荡，并经常观察喷嘴的喷雾是否均匀，防止出现喷嘴或管道的堵塞。

5)合理设置工艺流程。为了保证加香加料工艺点的物料流动的连续性、稳定性和均匀性通过理论与实际经验证明，当前烟草企业制丝加香加料机前的工艺流程较合理的方式为，喂料机+计量管+电子秤;或者，计量管+电子秤［3］。这样可保证物料的均匀、稳定，保障后续加香加料工序的精度。