煙草制絲生產工藝精準控制的探索

牛序策，宋世川，李燕（山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠，山東 青島 266101）

煙草制絲生產工藝精準控制的探索

牛序策，宋世川，李燕（山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠，山東 青島 266101）

本文重點對煙草制絲生產工藝參數精準控制和影響精準控制的主要因素進行有益探索，以提高對卷煙產品質量的控制能力，充分發揮卷煙原料的特性和使用價值，為打造具有獨特香氣風格和口味的中式卷煙提供核心技術。

制絲生產；工藝參數；精準控制

近年來，隨著國家煙草專賣局“科教興煙”戰略的深入實施,我國卷煙產品的整體質量有了顯著提高，為打造具有特色的中式卷煙，制絲生產線的生產工藝、過程控制的精準性尤為重要，本文重點對實現制絲生產工藝參數精準控制和影響精準控制的主要因素進行了探索。

1 精準控制制絲生產線應具備的特點

一條完備的精準控制煙草制絲生產線應具備以下特點：具有滿足分組加工、柔性制造及自身品牌特色的工藝流程；具有一流的關鍵工藝加工設備；基于MES系統和智能控制技術為一體的管控系統；具有水分、溫度及流量精準控制技術等。

2 精準控制制絲生產線的實現

2.1設計具有自身品牌特色的工藝流程是實現精確控制的前提

《中國卷煙科技發展綱要》指出，“中國卷煙科技發展的方向和目標是以市場為導向，保持和發展中國卷煙的特色，大力發展中式卷煙，鞏固發展國內市場，積極開拓國際市場，提高中國卷煙產品市場競爭力和中國煙草核心競爭力，保持中國煙草持續、穩定、健康發展?！币虼嗽谛滦蝿菹?，制絲生產工藝流程應滿足品牌加工特色，滿足分組加工、柔性制造的需要，提升市場競爭力。分組加工在對片煙原料的加工特性、感官特性和化學特性進行研究、分析的基礎上，將原料分為主料煙、輔料煙和填充料煙模塊，分別進行分組加工，確定不同模塊適宜的加工路徑、加工參數，以彰顯不同模塊的原料特性。

根據品牌需求及生產線產能配制一條或多條能滿足不同要求的加工路線，一般而言，可根據模塊加工的需求，配置2～3條不同加工能力的制絲生產線，每條線具有不同的加工路線，關鍵設備可設置不同的加工參數，如葉片松散回潮機設定不同的熱風溫度、不同的加水量，針對不同模塊，采取不同的加工強度，取得不同的處理效果；葉片處理既可以一次加料，也可以兩次加料；加料前可以增溫增濕，也可以不增溫增濕；切后煙絲可以經過薄板式干燥機干燥，也可以經過高溫氣流干燥機干燥，還可以設定不同的干燥溫度，等等。

2.2選擇一流的工藝加工設備是實現精準控制的關鍵

一流的工藝加工設備性能穩定、效率高、可靠性高、故障率低，參數調節快捷、準確，是實現精確控制的關鍵。即可選擇HAUNI、GARBUIO等世界領先的進口設備，也可選擇秦皇島煙機公司、昆船公司等國產設備?？梢赃x擇兩段式烘絲機、具有斷絲功能的切絲機、具有低溫工藝處理的氣流式烘絲機、具有片煙長度測量及調整切片寬度功能的切片機、多噴嘴回潮機、加料機等。

2.3基于MES系統、智能控制技術為一體的管控系統是實現精確控制的保障

制絲線管控系統主要由底層設備控制層、集中監控層和生產管理層三層體系結構構成。工業以太網在制絲生產線監控系統中得到廣泛的應用，能滿足PLC間通訊要求，TCP/IP通訊網構成上層通訊鏈路，滿足集中監控層數據通訊要求，集中監控系統為ERP和MES系統提供生產、質量等數據。MES系統可監控從原材料進廠到產品的入庫的全部生產過程，記錄生產過程的工藝路線，以及加工過程中所使用的材料、設備，產品檢驗數據以及產品在每個工序上生產的時間、人員等信息。設備控制層主要實現對工藝段的設備進行控制，完成對閥門通斷、電機啟停等數字開關量和物料水分、工藝熱風溫度、電子皮帶秤流量等工藝參數實施控制以及泵的頻率調整、薄膜閥門開度等其它控制元器件的參數化控制。生產管理系統定位于生產現場管理的業務系統，系統通過與集中監控系統的配合，對MES系統沒有進行管理的內容進行細化管理，實現對工單執行過程中的跟蹤管理、操作工操作的跟蹤記錄、生產設備及其參數管理，以滿足制絲線現場管理的需求。

2.4穩定的物料流量控制系統是實現精確控制的基礎

制絲線物料流量控制系統包括切片機流量控制、葉片松散回潮機、潤葉加料機、烘絲機、多絲摻配系統和混合絲加香機等流量控制系統。要求切片機切后煙片厚度均勻、相鄰兩片間隔時間相等。關鍵工藝設備前端的流量控制系統有多種形式，主要有喂料機+定量管+皮帶秤三位一體的控制型恒流量控制系統、喂料機/定量管+皮帶秤兩位一體的流量穩定系統和喂料機流量均衡系統等，一般在關鍵工藝設備前端宜采用喂料機+定量管+皮帶秤三位一體的流量穩定系統，其流量穩定性好、料倉緩存能力強，能保證進入關鍵工藝設備的物料流量恒定、不斷料，為實現工藝參數的精確控制奠定基礎。

3 制絲關鍵過程精準控制的探索

對制絲線工藝參數控制精度起關鍵作用的是設備控制層，以下是幾個關鍵工序的典型控制要點。

3.1切片機流量控制

常用的切片機有三刀四片和四刀五片。通常片煙箱的長度有差異，102～115cm，如何均勻地分切是切片機分切的關鍵。選用具有片煙箱長度測量功能的切片機，根據煙箱的長度自動調節切刀的位置，同時優化切片機的控制程序，保證分切后每片厚度基本一致、兩片之間時間間隔相等，并柔和卸料，均勻排列，為后道工序精確控制創造條件。

控制要點：準確測量片煙箱長度、等間隔分切。

3.2葉片松散回潮機水分控制

葉片松散回潮機前端配置調速皮帶、控制型電子皮帶秤，出口配置紅外水分測定儀和溫度傳感器?；爻毕到y是多變量控制系統，當被控對象具有非線性、大滯后、強耦合等復雜特性，傳統的回潮機只在入口配置雙介質噴嘴，不能更好地滿足加工工藝要求?？山⑷肟?、出口雙控制回潮系統，分別對滾筒內的物料進行增溫增濕，入口回潮控制系統建立起水分調整平臺，即“粗調”；出口回潮控制系統根據出口物料水分的瞬時值進行快速反饋調整，即“精調”。增加霧化水與物料接觸面積，以提高出口煙葉水分的穩定性，提高卷煙產品內在質量的穩定性。

控制要點：穩定的物料流量、可靠的檢測裝置、優化的控制模型和靈敏可靠的執行機構。

3.3加香（料）施加精度控制

根據配方及工藝要求，設定加香、加料比例。要保證加香加料的精度和精準施加，來料流量應測量準確、穩定、連續，控制系統和執行系統穩定可靠，噴嘴霧化良好和噴射方向正確。既要保證加香加料的比例恒定，又要保證香料均勻施加到物料上，實現精準施加。

通常，在加香過程中，由于多絲摻配后形成的混合絲瞬時流量波動較大，導致加香料液流量瞬時波動較大、加香精度低。我們可以通過喂料機、定量管、皮帶秤三位一體的恒流量控制系統來穩定混合絲流量，但這樣做會增加造碎，通常僅配置一臺計量型電子皮帶秤，流量的瞬時波動是難以避免的。因葉絲主秤為控制秤，梗絲、 薄片絲、膨脹絲等為配比控制秤，從而在某一時間段（如60s），混合絲的累積量是穩定的（即單位時間內混合絲的流量是穩定的），因此建議采取流量移動平均值代替瞬時流量值對加香流量進行控制，減小混合絲流量波動引起的加香料液流量波動，提高加香的穩定性。另外，對于流量較大的加香機還可以采用進料段和出料段兩個噴頭實現加香，進一步提高加香的均勻性。

控制要點：配置高精度皮帶秤，采取物料流量移動平均值代替瞬時流量值，提取穩定物料流量信號；配置霧化良好的噴頭，精心調整噴射方向，實現精準施加。

3.4薄板式烘絲機水分控制

與回潮系統相同，烘絲系統也是多變量控制系統。在生產階段，烘絲系統根據來料流量、來料水分、出口水分設定、干燥系數、出口水分實際值計算出爐壁溫度設定值，爐壁溫度由飽和蒸汽壓力根據經驗擬合求得，通過調節薄膜閥的開度控制蒸汽壓力，使實際爐壁溫度追蹤設定爐壁溫度，從而實現對烘絲水分的控制。圖1所示是烘絲水分控制系統圖。

圖1 蒸汽壓力控制系統圖

以上是薄板式烘絲機的一般控制過程，設備的自動調整功能較差，僅能滿足一般生產的需要。實際上影響烘絲機水分精確控制的因素有很多，如來料流量、來料水分的均勻性、系統控制模型的先進性、干燥系數的經驗值、來料蒸汽的質量、水分儀、皮帶秤精度和穩定性、控制參數的選定等?？蓪刂颇Ｐ?、控制程序進行優化，一是在一定范圍內自動調節排潮風門的開度，以改變烘筒內排潮量、改變烘筒內溫濕度環境，以快速改變出口水分，但風門調整范圍要控制在一定范圍內，避免引起系統的過度調整；二是在一定范圍內，調整熱風風量，調節系統的干燥能力；三是根據來料水分及系統的運行狀況，自動調整干燥系數，從而改變烘絲機筒壁溫度，實現設備的自動水分調整。

控制要點：來料水分穩定、流量穩定；控制模型先進；檢測裝置、執行機構靈敏可靠；調節排潮系統提高烘絲水分控制系統的反應速度。

3.5多絲摻配均勻混配

多絲摻配系統將模塊葉絲、梗絲、膨脹絲、薄片絲等按比例摻兌，可保證配方組分的一致性，但各種配比絲按摻兌順序依次與葉絲混合，但在形成混合絲的過程中，各絲在運輸帶上輸送相對靜止，未能很好地混合，雖經加香滾筒混合，但配方的均勻性得不到保證。在空間允許的情況下，可配置混絲預配柜，將整組配方都進入到混絲預配柜，然后再進行加香；如果空間緊促，可在多絲摻配后加香前增加倉儲式喂料機或多組混絲輥來提高多絲摻兌后混合的均勻性，為實現精準加香奠定基礎。

控制要點：組分溫度、流量穩定，增加混絲輥或配置混絲預配柜，提高配方均勻性。

4 結語

打造一條精準控制的制絲生產線，不但需要具有特色的工藝流程、一流的工藝加工設備等硬件設施，更需要智能的管控系統和精準的關鍵工序設備控制等軟件設施。只有兩者的有機結合，才能打造出一流的產品，提高對卷煙產品質量的控制能力，充分發揮卷煙原料的特性和使用價值，為打造具有獨特香氣風格和口味的中式卷煙提供核心技術。

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[5] 劉建福, 劉鐘祥. 我國卷煙產品發展方向的研究(下)[J]. 中國煙草學報, 2003, 3.

圖3 DEH+CCS控制一次調頻試驗曲線（±3 r/min→±8 r/min）

4 結語

通過對DEH、CCS一次調頻邏輯檢查和實際的試驗，中新電廠1號機組一次調頻性能指標如下：

機組參與一次調頻的死區為±0.033Hz（±2r/min）；一次調頻開關投/切顯示與實際對應，滿足機組一次調頻投入的要求；由DEH與CCS聯合完成調頻任務時，DEH響應快，CCS響應則精確，兩者結合，既能達到較快的響應速度，又能有較高精度的調頻量。在電網頻率變化超過機組一次調頻死區時，響應時間和45秒內負荷變化都滿足電網要求。因此，在CCS投運的情況下，DEH與CCS聯合調頻為機組最佳的一次調頻運行方式。

參考文獻：

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作者簡介

徐譽瑋（1977-），男，廣東河源人，熱工工程師，畢業于廣東工業大學電氣及其自動化專業，現就職于廣州中電荔新電力實業有限公司，多年從事電廠熱工控制、技術管理和設備可靠性管理工作。

雷增強（1981-），男，陜西渭南人，工學學士，熱能動力助理工程師，現就職于廣州粵能電力科技開發有限公司，主要從事電廠熱工控制和調試工作。

彭佩（1988-），湖北孝感人，畢業于西安理工大學電氣及其自動化專業，現就職于廣州中電荔新電力實業有限公司，主要從事熱控專業技術管理及設備可靠性管理工作。

Exploration on Precise Control of the Tobacco Primary Processing

This paper focuses on the main technical parameters and factors of the precise control in tobacco primary processing. The purpose of the study is to improve the ability to control the quality of cigarette products, take advantage of the characteristics of raw materials, and provide the core technology for Chinese cigarette production which has a unique aroma and taste of style.

Primary processing; Technical parameters; Precise control

B

1003-0492(2015)03-0086-03

TP273

牛序策（1974- ），男，山東文登人，工程師，研究生，現任山東中煙工業有限責任公司青島卷煙廠高級工程師，從事卷煙設備、工藝及企業規劃研究工作。