掺配工序掺配精准性提升研究与应用

周有伟，巩绪雄

（安徽中烟工业有限责任公司芜湖卷烟厂，安徽芜湖 241000）

0 引言

在宏观经济发展进入新常态的背景下，面对行业发展面临的“四大难题”，进一步挖潜降耗，向企业内部要效益，促进提质增效，是转变发展方式、提高发展质量的内在要求，也是企业科技活动的目标。为提高过程优质品率，助力高质量发展，掺配工艺指标控制开始由结果控制向过程控制转变。在此背景下，通过对掺配过程控制实际情况调查研究看出，尽管反映掺配控制水平的各项工艺数据结果合格，但过程实物掺配存在不精确现象，存在精细化技术管控手段不足等问题。通过对掺配工序各系统进行综合性研究，找出制约掺配精细化控制水平的因素，并通过一系列的优化改造措施，力求提升掺配工序各系统的精细化控制水平，为产品质量的提升提供技术保障。

1 存在的问题

（1）掺配工序辅料秤现有的预铺功能存在缺陷。只有计量管预填充功能，没有秤体预铺功能，生产前预铺料完成后秤体上没有存料，导致生产起始阶段辅料电子秤虽然已经开始计量，但实际上物料并没有到达电子秤出口并汇入主料中，存在出料延时问题，造成掺配精度不真实。另外，辅料掺配实物重量与电子秤计量重量也存在误差，制约了掺配精细化控制水平。

（2）由于主、辅料秤与相应物料交汇点的距离不同，且主秤、辅秤在生产起始阶段的启动时间也不同，导致掺配工序生产起始阶段主、辅料在交汇点处的交汇易出现不同步，存在时间差。掺配主秤物料到达交汇点普遍比辅料到达的时间要早，这就造成生产起始阶段料头一部分物料未掺配辅料，主辅料未能实时匹配，辅料未能及时掺配到主料中，导致掺配精度失真，制约了掺配精细化控制水平。掺配工序的12 个主、辅秤物料交汇点交汇时间差统计见表1，其中数据为主料到达交汇点时间—辅料到达交汇点时间。

表1 掺配主辅料交汇时间差统计 s

（3）掺配工序电子秤在运行过程中，PLC 偶发SF 故障，造成参数下发不成功和启动命令异常，此时如果操作人员未及时发现就会对产品质量造成影响。通过对掺配电子秤进行在线程序监控和故障诊断，经分析主要有以下3 个原因：①联锁报警功能不完善，线控PLC 与电子秤虽然有通信验证信号，但信号即没做启动联锁，也没有在画面上显示，造成故障不易提前发现；②网络参数不合理，查询工艺段网络组态参数后发现，电子秤网络更新时间设置偏小，易造成掉网故障；③组态软件和gsd 文件版本不兼容，由于掺配电子秤的组态gsd 文件为老版本的组态软件编辑生成，而掺配现使用的是新版本组态软件，新旧版本之间不兼容易导致电子秤网络通信故障。

2 改进措施

2.1 辅料预铺控制程序编写

为解决辅料秤生产前的预铺问题，对预铺的软件控制程序进行优化调整，设计秤体预铺料功能（图1）。通过秤体状态判断，置位预铺料标志位，设置“预铺料模式”。首先根据实际生产数据数据，合理设置预铺料设定流量，启动秤体进行预铺。

图1 增加称体预铺料功能

为确定电子秤预铺结束位置，共选取了3 种预铺方法进行综合比较分析，分别是设定荷载码值法预铺、秤出口光电检测法预铺、时间延时法预铺。

（1）设定荷载码值法预铺。通过实验，记录秤体铺满物料时的荷载码值，将此码值作为设定码值。生产前预铺阶段电子秤运行时载荷达到设定码值即停止预铺（荷载码值=秤体零位码值+秤体物料重量所对应的码值）。根据图2 中的荷载码值计算方式，此种预铺方法易受秤体零位值波动的影响，电子秤长期运行其皮带的张紧度会发生改变，进而造成零位值发生变化，如果还按照原先设定的荷载码值进行预铺就会造成物料预铺位置发生偏差。

图2 设定荷载法预铺

（2）秤体出口光电检测法预铺。在辅料电子秤出口加装物料检测光电，预铺阶段当光电检测到物料时，电子秤停止运行，预铺结束。此种预铺方式同样存在弊端，即检测光电预铺阶段被外界灰尘挡住时，会造成光电误触发，导致预铺位置发生偏差（图3）。

图3 秤出口光电检测法预铺

（3）时间延时法预铺。如图4所示，给定一个预铺的设定流量和预铺延时时间，预铺阶段电子秤运行达到设定时间即停止预铺。此种方式不易受外界环境及秤体自身影响，预铺定位也相对准确。因此最终采用了时间延时方式作为辅料秤生产前的预铺方式，并合理设定预铺流量和延时时间。

图4 延时法预铺

通过对MES 层的调查分析，发现电子秤生产流量数采阈值为200 kg/h，即当辅料秤流量达到200 kg/h 以上，经过一定延时后MES 数采开始正式判定本批次物料开始投入生产。因此，为避免系统误判，选取200 kg/h、180 kg/h、160/h 三种预铺流量分别做测试，根据测试结果合理设置预铺延时时间。

表2 辅料秤预铺3 种流量实验分析

由实验分析可知，180 kg/h 流量下，预铺时间短且不会发生系统误判，因此最终确定将180 kg/h 作为辅料秤预铺流量。

改进后，为调查每台辅料秤的预铺料状态，项目组对梗丝上层、梗丝下层、膨丝南、膨丝北的电子秤生产前预铺情况做了统计分析（表3）。

表3 掺配辅料电子秤预铺统计

通过以上统计分析可知，预铺延时时间设定为40～50 s 时，预铺完成后秤体上基本上能布满物料，可以保证辅料掺配精度的准确性和真实性。

预铺结束后，为避免预铺阶段电子秤产生的累计量参与到生产阶段掺配精度值的计算中，对辅料秤预铺累计量做了清零处理，并置位“辅料秤准备好”信号。

2.2 优化主辅料配比实时性

结合掺配现场生产实际测定的物料交汇时间差，合理设置辅料秤启动延时时间，保证主料和辅料在交汇点处同步交汇；并合理设置主秤流量堆栈延时时间，使其与辅料秤启动延时时间一致，确保主辅料掺配实时、精准。

2.3 软件优化改进。

（1）在掺配段PLC 控制程序中增加电子秤通信报警，当电子秤与主站通信中断时，发出声光报警提示，操作工、维修工可及时检查干预，避免产生质量风险。为了更直观地展现故障，在声光报警的基础上，还在现场操作站界面增加“通信报警”显示，由于掺配段电子秤较为集中，首先在该段增加“报警”显示，当称通信正常、绿色常亮；如果通信故障，红色闪烁。

（2）经统计，每次“通信故障”都是出现在断电之后，因此电子秤与主站的通信方式需要优化。通过对PLC 的通信模式的研究，对电子秤与主站间的PROFINET 连接属性进行优化，并对PLC 相关参数进行调整实验，从源头上解决“通信故障”。同时，为防止新旧版本之间不兼容导致电子秤出现通信问题，将组态软件系统的版本降低，并重新生成组态gsd 文件，将其载入辅料电子秤PLC 中测试，未发现异常。

优化改进后，经现场测试，电子秤通信报警功能正常，同时，网络稳定性显著提升。

3 总结

通过以上的改进措施，为掺配系统提供了一种精细化的控制技术，有效解决了卷烟烟丝生产过程中掺配工序存在的实物掺配精准度不足、掺配过程控制能力较差等问题，提高了掺配精细化控制水平。同时也将为车间其他工序的生产奠定坚实的技术优势和有效的保障手段，为制丝线工艺水平提升提供启发和指导作用。