自动化，烟草机械必经途径

本刊记者/宋慧欣

自动化，烟草机械必经途径

本刊记者/宋慧欣

王德吉（1975-），博士后、博士生导师、首席培训师。主要从事互联网+、网络安全、工业4.0研究，全国烟草行业劳动模范，全国烟草行业优秀教师。兼中科院、清华大学、西安交大、湖南农大研究生导师，国家工程实验室、国家标委会、中科协、IFAC、IAENG 、Siemens等专家。先后在微软、微阳研究院、中科院从事客座研究，挂职肥东县副县长从事科研应用普及，主持省部级“数字工厂”等重大专项1项和企业项目16项，参与国家重大项目“机器人”“先进制造”“制造业信息化”3项。获省部级科技奖10项，省部级教学奖50项。发表论文64篇，其中SCI、EI检索25篇。申报发明专利15项，获发明专利9项，实用新型15项，获软件著作权12项，著作7本。

我国是全世界最大的烟草生产国与消费国，生产并消费了全球三分之一的卷烟，烟草行业在我国国民经济中占有重要的地位。当前，我国正处在经济转轨、社会转型的关键时期，烟草行业也正处在改革调整的关键时期。在经济全球化的背景下，烟草行业要在激烈的竞争中站稳脚跟，必须加强质量、降低成本、提高效率。这就要求烟草企业加大创新力度，实现烟草生产过程自动化和企业管理自动化，将先进的电子信息技术运用到各个环节，促进烟草自动化进程。基于此，烟草行业对于烟草机械的自动化水平无疑将提出更高的挑战，本刊记者借此次专题之机特别采访了烟草行业知名专家王德吉博士，请他解读新时期烟草机械的未来发展趋势及对于自动化技术的新需求。

《自动化博览》：我国烟草机械行业当前整体发展情况如何？ 主要包括哪些种类？

王德吉：烟草机械是生产烟草产品的专用生产设备、工具、仪器仪表的总称，主要包括打叶复烤设备、制丝设备、梗丝膨胀设备、烟草薄片生产设备、风力送丝设备、卷接设备、烟支储存输送设备、包装设备、条烟输送设备、封箱设备、滤棒设备、滤棒风送设备、辅联设备等。

烟草机械产业本身具有两重性：一方面服务于烟草加工业，随烟草加工业的技术发展和需要而变化，另一方面烟草机械产业又是机械制造工业的分支，其产品是机电产品中的专用设备。因此，烟草机械既具有机械设备共性特点，又具有烟草行业特有特点。总体来说具有以下8大特点：以微见著(精微化是烟草机械的显著特点)，以自见径（自动化是烟草机械的必经途径），以网见托（网络化是烟草机械的互联依托），以智见核（智能化是烟草机械的技术核心），以数见基(数字化是烟草机械的基础)，以极见焦（高速极致化是烟草机械的焦点），以集见向（高度集成化是烟草机械的发展方向），以绿见擎（绿色化是烟草机械的引擎）。

《自动化博览》： 当前我国烟草机械技术发展现状，主要应用的自动化技术？

王德吉：我国烟草机械设备走的是引进国外烟草机械技术，消化吸收到自主创新的思路，以下主要介绍一下具有代表性的打叶复烤设备、制丝设备及卷接包装设备。

打叶复烤设备主要采用的有意大利C O M A S公司、MACTAVISH-GARBUIO公司、HAUNI公司的打叶复烤线和GODIOLI公司的打包机。目前单线生产能力已达12000kg/h，打叶机生产能力已达18000kg/h，复烤机生产能力达12000kg/h，具有柔打和低温复烤功能，生产出的叶片结构良好，造碎少，叶片的纯净度高。打叶复烤生产线已实现高度自动化和计算机控制，生产线上的各工段广泛采用了最新控制理论和技术进行控制和管理，复烤机亦实现了温度和水分的自动控制，预压打包实现了全自动作业。烟叶的挑选与杂物分离采用光学杂物分离技术。目前研究主要以打叶复烤生产线上的风分设备为重点。目前，国内厂家通过测绘、仿制、创新，具有了一定的技术基础，正逐渐用国产的打叶复烤线来装备各打叶复烤厂，已经具有较高的技术水平。但在风分技术、自控水平上还有一定的差距。

制丝设备主要有意大利COMAS公司、德国HAUNI公司的制丝生产线。制丝线有三大主机：回潮机、切丝机和烘丝机。回潮采用直接滚筒式回潮法，有效减少了叶片或烟丝在设备中的翻滚造碎动作，切丝机是将叶片切成工艺需求的等宽烟丝，烘丝机的作用是烟丝膨胀和干燥。为提高烟丝的纯净度，制丝的整个过程都采用新型振筛对烟丝碎片进行分离。为保留烟叶本身的香味，减少烟丝的燥碎，多处使用了流化床设备。烟丝膨胀设备也是制丝线的重要设备，行业目前使用CO2烟丝膨胀设备，主要有HAUNI公司和Dickinson-Legg公司的产品，梗丝膨胀设备使用Dickinson-Legg公司、COMAS公司和HAUNI公司的产品。国内通过引进主机技术和测绘、仿制来进行系统创新，国产的制丝生产线在各大烟厂应用越来越广，性能与国外水平的差距也越来越小。

卷包设备以德国HAUNI公司、英国MOLINS公司、意大利GD公司、德国斯慕门公司的设备为主，具体机型为PROROS （60/80/70/1-8/90/100/2/2-2/M5/M8）卷烟机、PASSIM（7000/8000/10000/12000）卷烟机、GD（X1/X2/S1000/H1000）包装机、FOCKER（350S/ FX2/700S/F8）包装机。卷烟设备的发展经历了装填式、重力下丝式、吸丝成形式三个阶段，目前主要采用吸丝成形式。刀头切割装置也从最早的单刀单切发展到双刀双切，减少了刀头振动，提高了使用寿命。接装机均采用搓接式工作原理，鼓轮的传动方式以最初的齿轮传动发展到目前超高速的单独电机传动。其生产能力从7000支/分钟到20000支/分钟。相应的包装机速度从400包/分钟到1000包/分钟。包装机主要由3个模块组成：第一模块：烟库和烟支形成、铝箔纸包装；第二模块： 3、4、5号轮进行硬盒包装；第三模块：供给商标纸和内框纸；包装机的传动方式也从间歇式传动发展到目前超高速的独立伺服电机驱动的连续运动。我国已成功推出国产的高速卷烟机ZJ116与高速包装机ZB48，在各大烟厂陆续投入使用，提升了国产烟机的制造水平。

烟草机械设备中主要应用的自动化产品和技术包括：（1） 控制技术： 以西门子PLC、倍福IPC为主，兼有松下、三菱电机、欧姆龙PLC；（2）变频技术：有丹佛斯、西门子、CT、伦茨变频器；（3）伺服技术：有西门子、AMK、博士力士乐、松下、安川伺服器和控制器；（5）现场总线技术：有PROFIBUS DP总线、PROFINET总线、DeviceNET总线、EtherCAT总线、CAN总线、工业以太网总线；（6）专用语言：GD语言；（7）阀岛技术；（8）人机界面技术：西门子触摸屏、西门子工控机、倍福的工控一体机；（9）图像处理技术：采用工业相机识别产品的外观；（10）机器人技术。

《自动化博览》：当前我国烟草机械行业与国外发达地区相比，在自动化技术应用方面还存在哪些差距？

王德吉：从烟草自动化技术看，中国烟草企业的水平与国际水平的差距很小。从20世纪80年代初期引进国外先进的生产设备开始，国内烟草企业不断将新技术应用于生产工艺，从继电逻辑控制到PLC控制，再到集中监控，发展到管控一体化控制系统。形成底层设备以PLC、IPC、机器人、伺服控制器为核心的自动化，中层以MES为核心的管理信息化，上层以ERP为核心的决策智能化三层网络结构。烟草企业已采用“一网到底”的PROFINET技术，实现了产品的设计化，加工的精细化，控制的智能化，成本的节约化。具体差距体现在：有的自动化技术是成套引进，比如高速卷烟机的微波重量控制技术，高速咀棒机的伺服控制系统软件部分需西门子公司提供，对高速设备电气方面的研究有待深入，为烟草机械的升级换代打好基础。所以与国际水平相比，国内烟草机械在速度、主控系统平台、各专项系统与主控系统融合上，还有一定的差距。

《自动化博览》：烟草机械在节能、环保、安全方面未来的发展重点？

王德吉：节能主要是从工业活动前端提升能源和资源的有效利用率，从源头减少能源的消耗；环保更多是后端处理，对工业活动日常生活产生的污染物进行处理后，然后排放到自然环境中。在烟草机械节能方面，随着电子齿轮伺服系统、能源综合管理等新技术的出现与成熟，在机械传动能量损失、加热器等大功率器件无用功率的降低上，将是烟草机械节能的首要突破发展重点。而在环保方面，大范围采用电子齿轮伺服传动技术，减少以往因齿轮咬合传动产生的噪音、减少粉尘、降低能耗。安全方面，提高设备自动化、智能化和信息化程度，尽可能地减少操作人员干预、严格执行操作规范等都是安全生产的发展方向和必要手段。

《自动化博览》： 在智能制造发展背景下，烟草机械的未来发展将呈现出怎样的特点？

王德吉：未来烟草机械发展将呈现以下特点：

（1）采用智能化技术：随着烟草设备智能化的发展，生产过程的智能化控制、智能传感器、设备故障智能诊断、在线自动质量检测等技术的应用，未来的烟草机械设备将具有人机交互的一体化、自律自检的高效控制、自我组织的柔性控制、自我维护和自我学习等特点，使得烟草机械设备沿着集成化、网络化、智能化、柔性化的方向发展。

（2）采用先进的管控技术：随着当今工业生产自动化控制应用的需求日益增长，全集成自动化提供了更灵活、更经济的解决方案，即采用统一的组态和编程、统一的数据库管理、统一的通讯为从现场级到控制级的生产和过程控制提供统一的全集成平台。大大提高系统的可靠性、快速响应能力且易于信息系统的扩大和升级。

（3）采用先进的设计思想：一个现代化的工厂，必须实现生产的自动化和管理的信息化，而实现生产的自动化和管理的信息化，不仅要建立管理信息网络系统、自动化控制网络系统，同时更要注重管理信息网络与自动化控制网络的集成，使管理信息网络与自动化控制网络融为一体，让自动化监控信息汇入管理信息网络，让管理信息在指挥、调度、控制自动化生产上直接发挥作用。从而进一步拓宽自动化监控的范围和视野，丰富企业网络系统的信息内容和应用领域，实现整个企业内计算机及各种智能设备的协同工作及信息共享。

（4）采用安全性及可靠性技术：系统运行安全可靠、控制稳定是对电控系统最基本也是最重要的要求。为保证该系统的质量可靠，一是要在总体设计上采用先进而又成熟的技术，如现场总线技术、分布式I/O技术、网络技术、多路级联保护等；二是使用国内外名牌厂家的优质产品。三是在设计、生产、安装和调试中执行严格的质量管理规范；四是集中监控管理层系统有严格的用户权限功能，保证系统的安全运行。

（5）采用网络一体化诊断解决方案：主要完成网络（总线）状态诊断、I/O通讯状态诊断、数据库连接状态诊断、PLC状态诊断、系统状态诊断、组合启动条件诊断、器件故障诊断、设备故障诊断、工艺质量分析诊断和嵌入式视频监控功能，故障出现时将视频画面自动切换到相应报警点，提示报警信息，显示对应的电路图。

《自动化博览》：当前，我国烟草机械行业发展面临着哪些挑战？行业的未来发展对于自动化技术提出了哪些新的需求？

王德吉：我国烟草机械机型及品种多，经过近几年的高速发展，有的设备已经进入老化期，特别是一些进口设备，维修成本逐渐提高，要考虑如何对陈旧设备的升级改造并提升性能；市场需求的多样化要求烟机设备能满足不同的产品规格，比如研制细支烟或19支、25支异性包装形式设备，以适应市场需要。烟草机械的进步很大程度体现在电气技术的进步，未来自动化技术要做好如下几方面的工作：

（1）一网到底：最近几年“一网到底”技术从现在个别试点推向全行业。而随着技术进一步发展，更将会走向无线网。（2）高度自动化：综合运用机械制造技术、电子技术、控制技术、计算机技术、智能技术和通讯技术，实现全面综合自动化。（3）高可靠性：采用各种现代设计方法和技术，如冗余技术、自诊断、系统仿真和模拟以提高系统可靠度，以及集中监控、故障显示来提高可维修性。（4）低能耗：采用新型的自动化技术实现低碳、低能耗生产。（5）高速度：高速度意味着高的生产能力即高的生产效率，能使制造商在同样的人力、占地面积下在更短的时间里生产出更多的产品。

《自动化博览》：对于未来烟草机械的发展趋势，您有何见解？

王德吉：我国未来烟草机械的发展趋势是建立中式卷烟制丝生产线，研制超高速卷接包设备。中式卷烟制丝生产线是烟草行业发展九个重大专项之一。重点研究制丝及打叶复烤主要工序工艺任务和质量目标；不同加工原理、加工方式对在制品及产品加工质量的影响；设备不同结构形式对在制品及产品加工质量的影响；影响工艺质量的关键设备控制参数和控制技术；工艺流程再造技术；设备改进及集成创新等。超高速卷接包机组也是烟草行业发展九个重大专项之一。重点研究超高速卷接包机组的设计技术；成套设备制造技术；智能化控制技术；在线质量检测、控制和处理技术。开发16000支/分钟卷接设备、800包/分钟包装设备。

现代烟草机械发展在国家“统一工控平台”指导思想指引下，将以PLC、IPC作为主导系统控制平台，辅以智能传感及伺服驱动技术、先进总线技术等，提高整个机组的速度、高度智能化、高质量和高可靠性。总的看来，在今后相当长时间内，世界烟草机械将向高速、高生产效率、便于操作和维修保养、高灵活性、产品质量好且稳定以及全自动化方向发展，同时，其噪音和安全性将得到改善，也将利用计算机技术对生产资料和数据进行管理与整个卷烟厂的管理系统相联，以便更有效地对全厂的生产进行科学管理。技术的发展日新月异，相信在不久的将来，更加自动化、智能化的烟草机械也将应运而生。