关于对风力送丝系统的智能化改造

傅雍兴

摘 要：随着烟草企业卷烟设备自动化水平的不断提高，卷烟设备对相应风力送丝系统的智能化要求也越来越高。因近10年以来，在卷烟设备实现技术更新的同时相应的风力送丝系统并没有实现其功能优化，造成了在生产运行中的诸多问题。目前，为了实现烟丝地供应在生产环节中的稳定性，决定对风力送丝系统的供丝方式、烟丝均匀化及降低造碎率、烟丝流量的实时调节、设备报警系统、风力送丝系统监控界面等各个方面进行智能化改造。在风力送丝系统顺利改造完成后，已经能够完全保证卷烟设备对烟丝的稳定性需求，再次说明了烟草企业的稳定、高效、智能及节能发展需要科学技术的大胆创新和所有从业技术人员的不断总结与实践。

关键词：烟草发展；智能化；科技创新；节能降耗；实时性

引言

在目前烟草企业的生产过程中，为了生产出高产量、高质量的成品卷烟，相关设备运行的稳定性已经排在了首要的位置。针对这一情况，发现在烟丝供应给卷烟设备这一环节中已经无法达到上述要求，我们相关技术人员决定对整个风力送丝系统进行全方位的智能化改造，已期望实现在卷烟生产过程中的高效与稳定。以下，将具体阐述风力送丝系统四大方面存在的问题及如何对问题做出地改造及最终达到的效果。

1 供丝方式的改变

首先，简要介绍一下改造前的供丝方式。在改造前，风力送丝系统的供丝流程是烟丝通过储丝仓下落到正在运行的进料皮带电机皮带上，然后经过进料皮带电机将烟丝传送到喂料皮带小车的皮带上，最后根据卷烟设备的需求喂料皮带小车在轨道上作水平左右定速移动，通过喂料小车上的皮带将烟丝分别送入烟丝旋鼓，再通过负压管道将烟丝旋鼓中的烟丝送到卷烟设备上。

结合平时的使用情况及客观分析，我们发现了两大问题：

（1）过程繁琐，增加了设备运行的故障率，降低了运行稳定性。

据计算，从烟丝进入储丝仓到烟丝最后送达卷烟设备，一共是5个步骤。在这5个步骤中，有两个突出问题：

a.由于在烟丝的输送过程中整个环境烟尘很大，喂料皮带小车的运行轨道上长期积压烟尘粉末，导致小车在水平运行中时常出现颠簸甚至停车的情况，需要人工及时清理轨道上的烟尘粉末。

b.由于喂料皮带小车在轨道上频繁作水平左右运动，小车皮带电机的电源线也会被频繁折叠，导致电源线的短路情况时常发生。

（2）电机及电子检测数量很多，增加了能源的消耗，增加了维修成本。

据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类电机（进料皮带电机0.75kW、喂料小车电机1.1kW、喂料小车皮带电机0.75kW、旋鼓电机0.37kW）在同时工作下的总功率P=4.08kW，整个风力送丝系统5台机组，系统总功率P=20.4kW。

据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类传感器数量总计为22个（旋鼓通道安全开关4个、旋鼓负压开关4个、高低料位检测10个、喂料皮带有料检测1个、喂料小车定位检测3个），整个风力送丝系统5台机组，系统所用传感器总计为110个。

针对上述两大问题，我们着手对供丝方式做出了大的改变，将原来的供丝流程大大简化，由5个步骤改为3个步骤，即通过储丝仓后下落到进料皮带电机，再通过进料皮带电机将烟丝送到一个带有旋盘的圆形料仓内，最后由负压管道将烟丝送到卷烟设备上。详细的过程如下：

（1）简化流程，省去了喂料皮带小车。

如上所述，对供丝方式做出改变后就可以发现已经没有了喂料皮带小车送料这一环节，这样就避免了小车在水平运行中时常出现颠簸甚至停车的情况，也同时避免了因小车的运动导致的电源线短路情况发生。使烟丝在供应的过程中更平稳流程。

（2）大量减少电机及电子检测数量。

在供丝流程简化之后，据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类电机（平带电机0.55kW、上锥盘电机0.55kW、下旋盘电机1.5kW）在同时工作下的总功率P=2.6kW，整个风力送丝系统5台机组，系统总功率P=13kW。

据统计，以1台供丝机组为单位（总计5台），所使用的各类传感器数量总计为7个（旋鼓负压开关4个、高低料位检测2个、圆形料仓有料检测1个），整个风力送丝系统5台机组，系统所用传感器总计为35个。

通过对供丝方式的改变，在烟丝的供应流程中我们总结了两个显著效果：

（1）供丝流程的简化（由5步减到3步），保障了烟丝在输送过程中的流畅性，保障了供丝设备运行的稳定性。

（2）电机及电子检测数量的减少（系统总功率由P=20.4kW减到P=13kW、系统所用传感器由110个减到35个）大幅降低了能源消耗，同时降低了维修成本。

2 烟丝均匀化的改进及造碎率的降低

供应的烟丝质量直接决定着成品烟支的质量，所以，在工艺要求中，提供的烟丝是否均匀、是否成型是非常重要的两项指标。在改造前，由于是通过喂料小车配合旋鼓的方式供应烟丝，在长期的生产运行中，我们发现了两大问题，如下：

（1）烟丝的送料方式是直接由喂料皮带小车的皮带倒入各个有烟丝需求的旋鼓，再通过旋鼓上方的垂直负压管道进入到卷烟设备，在这个过程中有可能有还未来得及均匀松散的烟丝被直接吸入到负压管道，将有可能直接造成负压管道的堵塞，更进一步影响到卷烟设备对烟丝的卷接及烟支成品的质量。

（2）由于旋鼓是以逆时针的方式旋转工作，进入到鼓内的烟丝在旋鼓电机（16个储丝格）的带动下有可能被长时间的摩擦而没有进入到负压管道内，这样，旋鼓内的烟丝的造碎率将大幅提高。会对烟支成品的质量造成极大影响。

针对上述两大问题，我们做出了如下改造：

烟丝通过储丝料仓下落到平料皮带电机（相当于原进料皮带电机）皮带上，然后由平料皮带电机将烟丝送入到一个圆形料仓内，在料仓的内部，有一个可调速双联盘（上旋盘为均分盘、下旋盘为分配盘），两盘旋转方向相反，这样就能使进入圆形料仓的烟丝被均匀的分散，而且也同时降低了烟丝被造碎的概率。

还有，在圆形料仓的仓门上装有一个料位检测，专门用于监测料仓内的料位高度，一旦料位高度达到光电检测的范围并持续10秒钟，整个设备将停止工作，防止了供丝设备的损坏。

通过将原来旋鼓式的供丝方式改为目前圆形料仓可调速双联盘式的供丝方式后，我们发现进入到料仓内的烟丝被均匀地分散开来，在满足了卷烟设备的要料信号后，料仓内的可调速双联盘才开始工作，烟丝被吸入负压管道内，在没有任何要料信号时可调速双联盘就停止工作。大幅降低了烟丝造碎率。

3 实现供丝流量实时调节

根据卷接设备的实时要料信号（负压检测信号ON/OFF）多少进行烟丝流量的控制，以实现烟丝流量能够满足1台卷烟机到4台卷烟机同时工作的情况，是本次风力送丝系统智能化改造的亮点与突破。在改造前，是没有这一功能的，具体的实施情况阐述如下：

（1）为了能够实现对平料皮带电机（P=0.55kW）速度的实时调节，在电机前端加装一台丹佛斯FC300变频器，变频器通过PROFINET协议网络交换机与西门子300PLC实现网络通信。PLC对现场各项传感器等检测元件反馈的信号进行综合分析后就会通过PROFINET网络给变频器发出一个工作信号，变频器根据PLC的命令输出相应的工作频率（单位HZ），以实现对平料皮带电机的调速功能。

（2）在平料皮带电机的运行过程中，具体是怎样来实现不同速度的输出及取决于什么信号呢？

其实，结合现场设备分析后发现，1台风力送丝设备（总计共5台）要为4台卷接机组提供烟丝，在每台风力送丝设备上就安装有4个负压管道，每个负压管道上装有一个负压检测，当负压管道内产生负压后，负压开关的常开触点（NO）将自动闭合，PLC的ET200S子站将在第一时间收到负压开关的数字信号。PLC计算后得出，负压开关的信号个数一共有1、2、3和4这四种情况。根据这四种情况，我们相应地设计出料皮带电机与之对应的四个运行速度。在有1个负压开关信号时变频器输出15HZ，在有2个负压开关信号时变频器输出25HZ，在有3个负压开关信号时变频器输出35HZ，在有4个负压开关信号时变频器输出45HZ（频率越高速度越快，不超过50HZ）。这样PLC就会根据卷接机组的负压开关信号数量（1、2、3、4）给现场的丹佛斯FC300变频器发出输出不同频率（15HZ、25HZ、35HZ、45HZ）的命令。

通过采取现场负压开关信号（ON/OFF）对平料皮带电机实现速度控制，近而实现了烟丝供应的实时调节，既能保证烟丝供应的不间断，又不会造成烟丝供应的过量及浪费。使烟丝的供应环节向精细化迈出了重要的一步，也同时使整个风力送丝系统更加的智能化和自动化。

4 设备报警系统的改善

风力送丝的报警系统是否完善直接关系到风力送丝系统运行中的人身安全及设备安全。在设备出现故障后及时的通知值班人员前来查看，在有必要的情况下通知维修人员前来检修，才能有效地保障生产工作的正常开展及避免设备造成不必要的损坏。在改造前，风力送丝系统的报警功能不完善，主要问题如下：

（1）现场的风力送丝机（共5台）电控箱门上没有380V三相（A、B、C）交流电指示灯与24V直流电电源报警指示灯。

380V三相电源指示灯是电控柜门上必须要安装的，它能够起到直观地提示三相电源的供电是否缺相，方便排查故障。24V直流电源指示灯也很有必要，因为接入现场电控柜内的各类传感器（光电检测、负压检测、料位检测）及带PROFINET网络接口的PLCET200S子站需要稳定的24V直流电源，24V电源指示灯能够很好地辅助电工排查故障。

（2）现场的总电控柜（编号FS-PD00）上没有安装声光报警系统。

声光配合的报警系统能够有效地提示操作人员发现问题，这一点是以前忽略了的问题。因为在此改造之前，在计算机上，操作人员需要打开监控界（IFIX系统）面才可以查看风力送丝系统各项（网络、电机运行状态等）报警信息，有一定的滞后性，不利于生产的连续运行。

（3）现场的风力送丝监控界面上没有报警信息历史记录。

报警信息的历史记录的缺失对于系统排查风力送丝系统的设备问题非常不利，这样不便于维修人员综合分析风力送丝系统存在过的问题，进而更有效的解决问题，保障生产的顺利开展。

针对设备报价系统的上述三大问题，我们做出了以下对应的三项完善措施：

（1）在现场的风力送丝机（共5台）电控箱门上分别安装380V三相（A、B、C）电源指示灯与24V直流电源指示灯。在正常情况下，380V三相指示灯处于常亮的状态（黄、绿、红），非正常情况下，至少有一相指示灯熄灭。24V直流电源指示灯在正常情况下指示灯常亮（白色），非正常情况下，熄灭。

（2）在现场的总电控柜（编号FS-PD00）上安装一个蜂鸣器与报警灯合一的组合灯座，一旦在设备出现故障后，PLC向蜂鸣器与报警灯发出信号，蜂鸣器鸣叫，报警灯闪烁。提示现场的操作人员设备出现异常，需要及时处理。

（3）在现场的风力送丝监控界（IFIX系统）面上增加一项名为“报警历史”的菜单，这样，我们的维修人员可以在需要的时候查看报警信息，也为设备的后期维护保养工作提供坚实有利的保障。

通过对风力送丝系统的报警系统进一步完善，首先，使风力送丝系统的故障信息及时地反馈给操作人员，避免了信息的滞后问题，不至于对生产的过程产生更严重的影响。其次，为维修人员排查系统故障提供了有力的帮助与提示，对于系统问题的确定指明了方向。最后，对“报警历史”模块的补充更好地完善了问题收集工作，使我们在风力送丝的过程中能够更准确、更丰富、更全面地把握风力送丝系统的所有问题，为风力送丝系统的良性运行打下坚实的基础。

5 结束语

随着对卷烟制造工业的生产卷烟质量及产量的要求不断提高，引进最新的科学技术来保障生产的良好运行已经成为新常态。在这样的形势下，对工作在车间一线技术人员的职业水平提出了更高的要求。不断地学习最新的理论知识并在生产实践中积极地思考、总结和创新，才能确保技术人员的职业能力永远保持在一个较高的水准。中国烟草制造业向人工智能化发展已成为必然趋势，将我们的努力实践与科技创新更好地结合起来，必然能够使中国烟草迈向更高的台阶，使中国制造业拥有更灿烂的明天。

参考文献

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