制絲線儲柜鋪料控制系統的改進

董 偉，郭昌耀，朱皓晨

（江蘇中煙徐州卷煙廠，江蘇徐州 221004）

0 引言

在煙草行業制絲生產線中，儲柜廣泛應用在預混、儲葉、儲絲等工序，主要起到混合配方、平衡水分、吸收料液、緩沖銜接和流量控制的作用[1-2]。儲柜鋪料主要通過激光測距儀、變頻器、接近開關等器件，以控制鋪料行車往返運轉在設定的鋪料范圍內進行布料。由于鋪料范圍往往依靠人工經驗設定，不能根據當前牌別批次的投料量自動生成[3-6]。因此，不同牌別批次、不同班組的鋪料范圍設定不盡相同，當批次間的投料量差別較大時，可能導致柜內物料高度不盡相同。在出料時為保障物料流量的一致性，需要現場操作工觀察物料高度而調節底帶速度。這種鋪料控制方式缺乏對投料量、含水率的判斷，未將鋪料范圍納入配方參數自動下發，無法精準控制不同牌別批次在儲柜內物料高度的一致性。

1 問題分析

根據制絲線生產安排和工藝要求，現有生產牌別約25 個，單批次生產投料量差距較大，在3000～10 000 kg 范圍。以預混柜為例，柜長25 m、寬2.5 m、高1.2 m，設計容量為8000 kg。牌別A 單批次投料量為6600 kg，單柜100%范圍鋪料存儲，物料高度為0.88 m；牌別B 單批次投料量為4800 kg，人工設定100%范圍鋪料，物料高度為0.75 m。牌別C 單批次投料量均為4500 kg，單柜80%范圍鋪料存儲，物料高度為0.79 m。各牌別預混柜操作參數見表1。由于物料經過松散回潮工序的增溫增濕加工，其含水率增大，實際進柜重量隨之發生變化。在這種情況下，不同班組的操作人員根據投料量估算設定鋪料范圍，導致不同牌別的存儲高度不同。當更換班組對儲柜進行出料操作時，無法精確獲知該批次批量范圍，僅根據個人經驗設定出料頻率，導致出料流量在穩定性和一致性上無法有效保障，易造成出料流量波動，出現斷料或堵料現象[7]。

表1 各牌別預混柜操作參數

為此，在研究不同牌別、不同投料量、不同含水率的基礎上，需要分別設定不同的鋪料范圍，并隨配方自動下發給當前生產批次，以保障統一的儲柜物料高度。

2 系統設計

2.1 建立鋪料范圍計算模型

根據不同牌別的物料重量、含水率存在的差異情況，選定牌別A 參數作為基礎數據，其投料重量為W投，投料含水率為F投，經加工后實際進柜含水率為F進，根據式（1）計算實際進柜重量W進。

牌別A 鋪料范圍為LA，根據公式（2）計算牌別B 的鋪料范圍。

圖1 鋪料范圍配方參數變量

圖2 制絲線生產管理系統配方參數維護

當投料重量超過基礎數據或生產投料重量較小的試驗樣品時，為保證儲柜的正常鋪料，對鋪料范圍LB進行限值處理，即20%LB100%。

牌別A 作為其他牌別進柜參數的基礎，其投料量為6600 kg，投料含水率為12%，進柜含水率為20%，實際進柜重量為7260 kg，鋪料范圍為100%。牌別B 投料量為4800 kg，投料含水率為12%，進柜含水率為17.5%，經上述公式計算得出，實際進柜重量為5120 kg，鋪料范圍為72.7%。其他牌別的鋪料范圍參數見表2。

2.2 建立鋪料范圍配方參數

制絲線配方參數管理模塊主要分為配方名稱編號維護、配方參數維護及生產投入量的維護等功能。工藝配方參數管理界面為工藝管理人員提供配方維護的人機交互界面。工藝管理人員通過工藝配方參數管理界面制定并下達相關工藝標準。車間操作人員嚴格按照工藝管理人員下達的工藝標準進行生產[8-9]。

表2 各牌別儲柜鋪料范圍參數表

在制絲線生產管理系統中，選擇配參數方管理模塊，根據相應的生產線和工序，輸入對應WinCC 監控系統的鋪料范圍的變量名稱，將其選擇作為配方的變量，如圖1 所示。

根據鋪料范圍計算模型得出各牌別進柜范圍值，輸入至各牌別在相應工序的配方參數表如圖2 所示。當生產某牌別批次時，通過中央集中監控系統選擇該批次配方，下發至現場機臺的電控系統，賦值給PLC 控制器，實時監控實際鋪料范圍。

2.3 PLC 程序和人機界面設計

為控制儲柜物料鋪料范圍，各儲柜上方安裝有激光測距儀，實時監控鋪料行車行走距離，通過PLC 程序與配方表中的物料鋪料范圍值進行比較，以控制其往返動作，具體控制流程如圖3所示。

在制絲線集中監控系統中，運用博途WinCC 平臺，編輯各工藝段批次下發畫面，增加當前所選儲柜的鋪料范圍控制欄，可根據下方的配方自動導入，也可根據特殊情況人工修改。

2.4 分配行車邊緣鋪料控制優化

原有的儲柜分配行車鋪料方式采用的是“邊緣雙層鋪料”，造成兩側邊緣疊加鋪料，物料高度較高，極易造成堵料現象。根據儲柜邊緣鋪料形態特點，現優化分配行車鋪料程序為“邊緣單層鋪料”，保障兩側鋪料均勻性的同時，避免堵料現象。

在儲柜邊緣鋪料控制程序中，將計數功能塊中的兩側鋪料次數由2 次更改為1 次。根據邊緣位置的接近開關檢測分配行車的位置，當行車到達兩側終端，觸發邊緣單層鋪料控制程序，儲柜邊緣單層鋪料程序如圖4 所示，儲柜邊緣鋪料控制改進前后效果如圖5 所示。

圖3 儲柜鋪料范圍控制流程

3 改進效果

圖4 儲柜邊緣單層鋪料程序

圖5 儲柜邊緣鋪料控制改進前后效果

通過項目實施，實現了在不同牌別重量、水分值情況下，以配方參數的形式下發當前批次的鋪料范圍，從而保障了各牌別物料在儲柜內的存儲高度的一致性，便于不同班組操作工對出料頻率的控制，為下道工序的物料流量穩定性提供基礎。加料工序、RCC 工序的物料流量標準偏差減小至5 kg/h 以下，過程控制能力Cpk 值提高至2.0 以上。同時，加香均勻性得到大幅提升，香料瞬時流量Cpk 均達到2.0 以上，加香增量比例變異系數0.5，保障了制絲產品的內在質量，加香工序改進前后工藝質量對比數據見表3。

表3 加香工序改進前后工藝質量對比表

改進結果表明：系統能夠根據不同牌別配方化的鋪料范圍，自動控制物料在儲柜內存儲高度，保證了各批次間存儲高度的一致性，便于不同班組操作工對出料流量的穩定控制，下道工序的各項工藝質量得到大幅提升。