基于自动控制系统的烟草制丝香料添加装置

吴镌峰

（陕西中烟工业有限公司汉中卷烟厂，汉中 723102）

基于自动控制系统的烟草制丝香料添加装置

吴镌峰

（陕西中烟工业有限公司汉中卷烟厂，汉中 723102）

为解决卷烟制丝生产线叶片加料工序不同料液引射雾化介质切换过程存在误操作的问题，运用PLC可编程控制程序，对管道控制阀门的动作通过阀岛进行重新定义，并结合生产牌号的工艺要求，将各牌号所要求的引射雾化介质与生产工单信息进行了绑定，实现了不同牌号所需不同料液雾化介质的自动切换。结果表明：杜绝了操作人员出差错的概率，加料雾化介质切换同步性提高到100%，压缩空气雾化阀和加料阀打开的间隔时间为0；压缩空气的消耗也从1.2m3/次降低到单次为0，节约了能源消耗，达到了精益生产改善的目的。

卷烟；加料工序；雾化；PLC；自动控制

0 引言

加料和加香是烟草行业制丝生产过程的重要生产环节[1,2]。由于不同的料液引射介质对于叶片和烟丝的温度和含水率不尽相同[3]，所以在工艺改进方面某些不同的品牌尝试使用不同于蒸汽的压缩空气作为料液引射介质，已达到不同的工艺革新要求。陕西中烟工业有限责任公司汉中卷烟厂制丝线使用的SJ1524型加料机设计之初只考虑传统的蒸汽雾化料液模式，未考虑压缩空气作为雾化料液的引射介质。由于制丝生产线同时生产几个不同牌号的产品，根据各牌号的工艺特色以及对加料后叶片温度的不同要求，需要使用不同的料液引射雾化介质，在换牌时加料雾化介质需要在压缩空气和蒸汽之间频繁切换。目前在加料加香方面研究如何优化控制性能，实现快速调节和提高料液添加精度方面研究的较多[4]，不同料液雾化引射介质方面的研究还没有可以借鉴的先例。为此车间技术人员对加料雾化管路进行改造，参考不同料液的多元加料系统研究思路[5]，在原自动控制蒸汽雾化系统上增设压缩空气手动控制雾化功能，以满足不同料液引射介质的需要。并通过对切换过程进行自动控制，开发出加料雾化介质自动切换装置，实现不同料液雾化引射介质的自动切换，解决手动切换系统存在的不足，同时符合近年来烟草行业以消除各种浪费、优化资源配置、提升效率和效益的精益改善思想理念[6]。

1 问题分析

1.1 料液雾化介质切换流程

当烟叶被输送到加料滚筒内，到达加料喷嘴雾化喷洒料液的覆盖范围时，加料滚筒前后端的加料控制阀和雾化控制阀同时打开[7]，料液雾化介质蒸汽或压缩空气在控制系统的作用下，到达双元雾化喷嘴前腔体；同时，叶片所需添加的料液经动力泵，经过流量计检测流量，由比例调节阀进行流量调节控制，达到所需流量后到达双元雾化喷嘴后腔体[8,9]，在喷嘴前端与前腔体引射介质混合，并在引射介质的作用下，将料液引射雾化，均匀喷洒在叶片表面，达到均匀加料的目的[10]。生产过程的料液引射雾化介质根据牌号的工艺要求进行相互切换，图1显示了不同介质的切换过程。

图1 加料雾化介质手动切换流程图

1.2 存在问题

手动控制雾化介质切换系统管道示意图如图2所示。

图2 加料雾化介质手动切换系统管道示意图

在切换料液雾化引射介质的工作流程中，根据工艺要求，料液在雾化介质的作用下准确均匀地喷洒在烟叶烟片上[10]当需要压缩空气作为料液引射雾化介质时，需要人工关闭蒸汽手动阀阀并打开压缩空气手动阀；同样当需要蒸汽作为料液引射雾化介质时，需要人工关闭压缩空气手动阀并打开蒸汽手动阀。整个过程存在以下问题：1）需要手动操作阀门。当不同的牌号生产过程需要不同的料液引射雾化价值时，操作工必须将相应管路上的手动法进行关闭或开启，完全靠操作工人为手动操作，存在可能出现的误操作风险。 2）各阀门的手动开关过程同步性不强。人为的手动操作动作很难和料液的喷出动作保持完全一致，当人为手动操作动作落后于料液喷出动作时，就会产生部分料液没有引射雾化介质而出现流淌出来，造成水渍烟叶，所以一般要求操作工过早地对各阀门的手动开关进行操作，这样就造成了不必要的能源浪费。3）不能和生产的牌号工单进行绑定，容易出现误操作。当牌号更换并需要切换料液内设雾化介质时，存在人为忘记操作手动阀门或个别阀门操作不到位的情况，导致料液引射雾化介质使用错误的情况。

2 设计方法

在料液的添加过程中，对料液的喷洒雾化使用的介质可以是压缩空气和蒸汽，两种介质在雾化过程中的控制原理完全相同。如果能够将手动控制阀设计成自动控制阀，在需要压缩空气作为料液雾化介质时控制压缩空气接通的阀门自动打开且控制蒸汽接通的阀门自动关闭；相同道理，在需要蒸汽作为料液雾化介质时控制蒸汽接通的阀门自动打开且控制压缩空气接通的阀门自动关闭。为实现此功能，将原系统蒸汽雾化介质管道上的膜片阀通断的压缩空气进行分流控制：如图三所示，将阀岛上原来打开蒸汽雾化介质膜片阀的压缩空气管接入到一个DN15手动三通球阀上，通过程序控制，在需要压缩空气作为雾化介质时将通过三通球阀的压缩空气气源导流到压缩空气雾化介质的阀门上，压缩空气雾化介质接通，蒸汽雾化介质关闭；在需要蒸汽作为雾化介质时将通过三通球阀的压缩空气气源导流到蒸汽雾化介质的阀门上，蒸汽雾化介质接通，压缩空气雾化介质关闭。

如此就能够实现料液添加过程料液引射介质根据生产工艺要求的自动切换，避免手动切换料液引射介质带来的一系列问题。

2.1 系统组成

系统管路器件示意图如图3所示，和未改进前的管路图比较可以看到，改进后的管路系统中，蒸汽管路上去掉了两个蒸汽手动阀，压缩空气管路上由压缩空气控制阀取代了压缩空气手动阀；控制气路上增加了两个气动执行器。

图3 加料雾化介质自动切换系统管道示意图

系统结构组成原理如图4所示。按照工艺要求，生产过程要求使用蒸汽介质对料液进行引射雾化时，当烟叶被输送到加料滚筒内，到达加料喷嘴雾化喷洒料液的覆盖范围时，通过PLC控制程序输出信号，控制三通球阀动作的压缩空气从阀岛4发出，三通球阀3动作，流经三通球阀3的压缩空气被导流到蒸汽雾化介质控制膜片阀8上，蒸汽雾化介质接通到达双元喷嘴6，同时料液控制阀5打开，料液被蒸汽引射雾化，通过双元喷嘴均匀的喷洒在物料上；相同原理，当生产过程要求使用压缩空气介质对料液进行引射雾化时，通过PLC控制程序输出信号，控制三通球阀动作的压缩空气从阀岛4发出，三通球阀3动作，流经三通球阀3的压缩空气被导流到压缩空气雾化介质控制膜片阀1上，压缩空气雾化介质接通到达双元喷嘴6，同时料液控制阀5打开，料液被蒸汽引射雾化。以上只介绍加料筒前端加料控制过程，双壁两点喷射法[7]加料过程时三通球阀3有两个，动作完全一样，同时控制压缩空气雾化介质控制膜片阀1和蒸汽雾化介质控制膜片阀8，实现前后端两点喷射加料过程。

图4 加料雾化介质自动切换原理图

2.2 硬件组成

根据雾化介质的特性和阀体的性能参数，阀体与压缩空气和蒸汽接触，应同时适应两种介质，且适用温度≥143.5℃[11]；气体密封试验压力：0.6MPa±0.1MPa，驱动气源压力≥0.4MPa[12]。

所以，选用PF61G-1NC气动角阀，此阀适应压缩空气和蒸汽，温度和气源压力符合要求，进行替换原手动截止阀。

用两套L型单作用气动三通球阀组合成换向装置。选取两台公称直径为DN15、流向为L型、气动执行器为单作用、型号为Q615F-16F的气动三通球阀。当三通球阀静止时，进气口P和出气口1接通，气源流向蒸汽雾化阀上，当三通球阀动作时，进气口P和出气口2接通，气源分流到压缩空气雾化阀上。实物和原理示意图如图5所示。

图5 L型单作用气动三通球阀

2.3 控制程序的设计

驱动气源信号与工单绑定。制丝生产线控制系统采用集中控制、分布采集和执行的结构，主控可编程控制器（Programmable Logic Controller，plc）与现场操作站进行控制通讯[13]，生产牌号工单下达后，程序识别加料雾化介质代码，当YT602段SJ148加料机YSKQYSLY. F_CV=1时，阀岛新接气源接通，气源驱动换向装置换向，程序执行压缩空气雾化料液；当YT602段SJ148加料机YSKQYSLY.F_CV=0时，阀岛新接气源断开，换向装置流向不变，程序执行蒸汽雾化料液[14]。雾化介质选择程序代码如图6所示。

图6 雾化介质选择程序代码截图

在阀岛接口上接气源信号，将气源的通断信号与工单信息绑定，当该牌号工单信息需要压缩空气雾化时，阀岛气源接通，气源驱动换向装置换向分流，进行压缩空气雾化料液；当该牌号工单信息需要蒸汽雾化时，阀岛气源断开，换向装置流向不变，进行蒸汽雾化料液。新自动切换系统料液雾化介质切换流程如图7所示。

图7 加料雾化介质手动切换流程图

根据生产工艺要求，在设备控制程序中使用SIEMENS-S7-SIMATIC400编写程序[15]，实现逻辑动作

【】【】的自动控制。雾化介质选择阀岛输出程序如图8所示。

图8 雾化介质选择程序截图

2.4 改进效果

使用料液雾化介质自动切换装置，在料液添加过程加料雾化介质切换同步性提高到100%，杜绝了操作人员出差错的概率，压缩空气雾化阀和加料阀打开的间隔时间为0，压缩空气的消耗也从1.2m3/次降低到单次为0。消除了潜在的质量隐患，达到了精益质量改善的目的。

3 结论

采用雾化介质自动切换装置后，实现了加料雾化介质的自动切换，同时，SJ1524型加料机在国内普遍使用，多介质雾化料液的瓶颈问题在各制丝线广泛存在。加料雾化介质自动切换系统的研制成功，对行业内其他兄弟厂家的技术改进有着较高借鉴和推广价值。该成果已经获得国家知识产权局颁发专利证书（专利号：ZL 2015 2 0292284.6）。

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Tobacco silk perfume adding device based on automatic control system

WU Juan-feng

TH29

B

1009-0134(2017)04-0027-04

2016-12-29

吴镌峰（1979 -），男，陕西周至人，工程师，本科，主要从事烟草制丝线电气控制系统维修工作。