烟草制丝线辅联设备控制技术研究

2022-02-08黄俊彰朱皓晨李维卿

设备管理与维修 2022年24期

黄俊彰，董伟，朱皓晨，李维卿

（江苏中烟徐州卷烟厂，江苏徐州 221000）

0 引言

在烟草公司的领导下，在各部门和卷烟厂的大力支持下，在合作单位的共同努力下，在各公司“三大战略”的指导下，我国将对烟草公司“十四五”规划的相关要求进行标注和汇总，集中力量，大胆探索，克服困难，高效规范地推进我国在烟草制丝线辅联设备控制技术项目建设前的工作。

1 完善调整车间内部布局

从社会角度来看，烟草行业对中国来说是一个极其重要的行业，烟草生产和加工面临着严峻挑战，在生产和加工过程中，各种生产过程产生的异味分子多达数千种，烟叶生产线、白肋烟加工生产线、茎秆生产线、切丝生产线、烘烤生产线、切丝生产线、扩丝生产线、混合调味生产线、储物柜等卷烟生产中的制丝和包装生产过程，可能会产生异味废气。加工的材料属于高分子碳氢化合物，如糖、尼古丁、氮等，在卷烟生产过程中，当稀释到人的气管时，以其稀释无味清洁气体的量和异味气体的比例来确定异味气体的单位值。对现有烟草制丝线车间进行土建施工和公共设施改造，调整车间内部布局，将真空水分回收室、预配柜、储叶独立分离，增加卷烟配方物流系统，升级生产管理、设备控制、公共安全、信息设施等智能控制和信息系统[1]。完善烟草制丝线车间给排水、采暖、气压、空调及消防、环保、劳动安全、职业卫生等公共电力系统。

云烟草制丝线生产集中控制系统，采用云计算、数据中心和工业互联网技术，打造中国首条云烟草制丝线集控中心专线。烟草制丝线生产集中控制系统、信息网络系统、综合布线系统、除尘退潮控制系统实施网络规划设计方案和云SCADA 部署模式。在干螺纹烘干机单台设备上进行烟草制丝线cloud SCADA 案例测试，测试烟草制丝线数据采集的实时性、定时数据库的稳定性及图形组态工具的功能，达到烟草制丝线同类产品的技术要求。创新解决工控系统数据采集标准统一、数据互联、计算稳定性、三维可视化、应用模块标准化、升级维护效率等痛点、难点、阻塞问题。智能照明工程，创新的无线网络技术，智能灯具不需使用传统的网络电缆连接，降低烟草制丝线施工成本，减少烟草制丝线运行维护，地面安装方案在格栅层，不再使用传统的架空悬挂安装，破解操作维护困难、安全防护成本高的难题。工艺设计借鉴行业制丝专项整合成果，结合“天子专线”创新技术成果、中国烟草的特点和工艺流程的主要工艺设计，以及中国烟草制丝的创新技术，完成主要工序中关键主机设备的工艺及技术设计要求，如真空水分回收、进料上香、叶去杂、切丝干燥、叶丝选风等。实验验证研究完成烟草制丝线现有烟草切片机右侧塑料（C）的试验和在生产中的应用，首次完成烟草制丝线不同尺寸产品的切片实验和二次空分参数、塑料的数据采集和分析，利用碎片分离和二次空气分级对卷烟的各项指标进行烟草制丝线研究，创新提出烟草制丝线碎片分类、筛选、二次空气分离、叶片结构控制相结合的概念，建立烟草制丝线相应的联动数据支撑进行成型，升级后的线材专用线的筛选和选风程序，以确保中型卷烟产品的质量和风格稳定。

2 引入新设备、新材料、新工艺全线投产

新设备主要选用进口新型除杂设备、旋转式加热加湿机（膨胀单元SIROX）、FT535B 烟草开箱设备。新材料主要选用开放式不锈钢网桥、PE 带、PE 刷丝。新技术主要采用三流节能真空水分回收技术、新型分体刷辊、新型带料输送设备隐形边缘保护、开式冷凝水回收利用。新技术主要采用具有中支特点的技术，如叶片式控制单元和烟杆薄切技术[2]。完成对无移位旧设备的保护，拆除、搬迁和保护旧设备、拆除和转移废弃设备、民用和公共工程、装饰天花板、层间轨道等。完成钢桁架支承柱基础、废旧设备基坑、人孔回填处理等地基基础工程。完成工艺设备安装区地面涂料基础的施工，以满足钢桁架安装的要求。完成钢桁架、钢格栅、主网系统，不影响工艺设备的安装调试，同时拆除旧的工艺设备保护设施。根据工艺设备的定位，完成工艺设备及其配套部件的安装，完成给排水、供电、配电、除尘、排湿管网的安装，全线投产，并完成工艺设备区地坪漆项目，卷烟厂烟草制丝线生产线投入试生产。

如图1 所示，烟包先经外形尺寸检测合格和RFID 识别后才可入库，在现代烟草制丝线生产线中，烘丝主要采用滚筒式干燥机和高温气流式干燥机两种方式。前者利用转鼓内壁和排汽管，以导热的方式对烟草进行加热和干燥。后者使用加热管将烟草和热空气反向或沿烟草流动方向，以对流方式加热和干燥烟草。在生产中，这两种方法各有优缺点。该设备主要用于烟草丝叶的干燥，其工作原理是以含有一定量蒸汽的热风为干燥介质，以转鼓为干燥单元，在极低氧气条件下，叶丝与热风均匀接触对流传热，干燥膨胀，使最终含水率达到工艺要求。结合鼓式干燥和气流干燥两种干燥技术的优点，具有自主知识产权，烘烤后可获得更高的填充值，有效保持烟草原有的香气。与滚筒干燥设备相比，单盒烟叶消耗量减少0.5 kg，有效降低卷烟成本。通过调节和控制干燥时间和干燥温度，可调节多种操作参数，以满足不同原料的分组加工，具有更广泛的适应性，在一定程度上降低烟草制丝线设备维护成本和劳动强度。燃料、电与气流干燥器相比，蒸汽等综合能耗降低16%。该项目达到烟草制丝线预期的技术经济指标，为工业卷烟加工节约原材料成本、提高质量。

图1 烟包先经外形尺寸检测合格和RFID 识别后才可入库

3 综合选择主控系统的称重装置

为尽可能节省烟草制丝线成本，可通过同一网关将多台称重设备连接在一起，并作为PROFINET 节点访问主控制网络，需要传输相对大量的数据。卷烟厂在早期阶段使用罗克韦尔自动化公司的SLC500 作为主控系统的称重装置，在改扩建项目中，为烟草制丝线节约资金和保证原有投资，仍希望继续使用这些设备，这就要求网关能够支持早期SLC500 使用的以太网协议。由于称重设备是一个独立的子系统，设备在出厂前已完成初步调试和配置。EtherNet/IP 的网络地址分配由OEM 制造商完成，这在某些情况下与主控系统PROFINET 的网段不同。如再次修改网络配置方案，则要延长工期。最终用户选择烟草制丝线Beacon Lobal Technology 提供的BT-EN-PNA 网关来完成该项目。BT-EN-PNA 可同时用作多个以太网/IP 服务器（从），因此烟草制丝线可使用LOGIX 作为以太网/IP 主站与多个设备进行通信。BT-EN-PNA 可用作PROFINET 网络的从节点，其数据传输区域最多约1500 个字符，确保多台设备可同时向PROFINET网络传输数据。Bt en pna 可在罗克韦尔以太网接口侧同时支持SLC500/PLC5 以太网协议和LOGIX 平台以太网/IP 协议，以确保新旧系统的共同运行。BT-EN-PNA 有2 个以太网端口，EtherNet/IP 和PROFINET 可选择性地划分不同的网段，或使用相同的子网地址。通过这种方式，OEM 设备可提前配置网络，缩短现场安装时间。在本应用中，通过BeaconGlobalTechnology 的BT-EN-PNA-S 数据转换网关，将独立的子系统和主控系统统一为一个数据监控平台。烟草生产全过程的信息数据全部上传到MES 系统进行管理和调度，满足信息量大、生产准确的通信要求。提高企业的生产效率和竞争力。

作为自动化控制领域的两大国际知名品牌，西门子和罗克韦尔PLC 各有优势，在不同的应用领域都取得烟草制丝线成就。国内某卷烟厂选择西门子S7-400/300 系列PLC 作为其烟草制丝线生产线的主控系统，全厂采用PROFINET“一网到底”的设计思想，西门子S7-300/400 控制系统与数据库、工厂MES 系统通信、西门子PLC 之间的通信、PLC 与现场I/O 信号和设备之间的通信由CP343-1/CP443-1 高级以太网通信模块实现。此外，作为电子称重系统的独立子系统，罗克韦尔自动化LOGIX控制器、1769-L33ER 控制器或1756-EN2T 以太网通信模块可实现以太网/IP 协议通信。

4 引入支持向量机（SVM）方法

Proficy Historian 实时历史数据库拥有强大的历史数据收集和存储功能比传统历史数据库更易于实现和管理。通过使用本机接口，对准确信息的可靠实时访问是提高生产力、加快决策和帮助改善生产瓶颈的重要组成部分。利用GE Proficy 软件平台设计烟草制丝线烟丝生产集中监控系统，加快客户决策。同时，该平台还有良好的可扩展性和集成性。根据烟草原料的质量变化和配方中的功能特点，首次建立烟草制丝线基于烟草加工质量动态变化的原料分组方法，并引入支持向量机（SVM）方法，解决烟草制丝线传统原材料分类中存在的多质量属性不一致问题。设计开发烟草制丝线集工艺测试和生产需求于一体的柔性动态生产调度系统，实现烟草制丝线特定品牌的智能工艺路线、生产安排和动态生产调度，为柔性加工的应用提供烟草制丝线技术平台，精细烟草制丝线生产等关键工序，填补烟草制丝线行业空白，使叶尾检测和处理具有可操作性。首次提出烟草制丝线烟草筛分效果的评价指标，研制并应用烟草制丝线三级串级分流双层振动筛，解决烟草制丝线烟草筛分重量大、错筛率高的问题。该设备已在8 家烟草企业推广应用。

图2 是铣车削复合机床，以铣为主，车辅之。该机床的特点是能完全加工复杂工件，并能在一次装夹过程中完成铣削和车削复杂加工，进一步提高生产率。用这台机床加工刀辊，特点是体积大、重复性强，每个刀片槽的精度要求都很高，而且车削、铣削要一次完成。在实际应用中，发现菜单栏的附加功能栏具有一定的加工策略和绘图辅助功能，HSM（高速加工）棒中的轮廓偏移、Z 斜下刀和摆动刀轨非常实用。