關于對風力送絲系統的智能化改造

摘 要：隨著煙草企業卷煙設備自動化水平的不斷提高，卷煙設備對相應風力送絲系統的智能化要求也越來越高。因近10年以來，在卷煙設備實現技術更新的同時相應的風力送絲系統并沒有實現其功能優化，造成了在生產運行中的諸多問題。目前，為了實現煙絲地供應在生產環節中的穩定性，決定對風力送絲系統的供絲方式、煙絲均勻化及降低造碎率、煙絲流量的實時調節、設備報警系統、風力送絲系統監控界面等各個方面進行智能化改造。在風力送絲系統順利改造完成后，已經能夠完全保證卷煙設備對煙絲的穩定性需求，再次說明了煙草企業的穩定、高效、智能及節能發展需要科學技術的大膽創新和所有從業技術人員的不斷總結與實踐。

關鍵詞：煙草發展；智能化；科技創新；節能降耗；實時性

引言

在目前煙草企業的生產過程中，為了生產出高產量、高質量的成品卷煙，相關設備運行的穩定性已經排在了首要的位置。針對這一情況，發現在煙絲供應給卷煙設備這一環節中已經無法達到上述要求，我們相關技術人員決定對整個風力送絲系統進行全方位的智能化改造，已期望實現在卷煙生產過程中的高效與穩定。以下，將具體闡述風力送絲系統四大方面存在的問題及如何對問題做出地改造及最終達到的效果。

1 供絲方式的改變

首先，簡要介紹一下改造前的供絲方式。在改造前，風力送絲系統的供絲流程是煙絲通過儲絲倉下落到正在運行的進料皮帶電機皮帶上，然后經過進料皮帶電機將煙絲傳送到喂料皮帶小車的皮帶上，最后根據卷煙設備的需求喂料皮帶小車在軌道上作水平左右定速移動，通過喂料小車上的皮帶將煙絲分別送入煙絲旋鼓，再通過負壓管道將煙絲旋鼓中的煙絲送到卷煙設備上。

結合平時的使用情況及客觀分析，我們發現了兩大問題：

（1）過程繁瑣，增加了設備運行的故障率，降低了運行穩定性。

據計算，從煙絲進入儲絲倉到煙絲最后送達卷煙設備，一共是5個步驟。在這5個步驟中，有兩個突出問題：

a.由于在煙絲的輸送過程中整個環境煙塵很大，喂料皮帶小車的運行軌道上長期積壓煙塵粉末，導致小車在水平運行中時常出現顛簸甚至停車的情況，需要人工及時清理軌道上的煙塵粉末。

b.由于喂料皮帶小車在軌道上頻繁作水平左右運動，小車皮帶電機的電源線也會被頻繁折疊，導致電源線的短路情況時常發生。

（2）電機及電子檢測數量很多，增加了能源的消耗，增加了維修成本。

據統計，以1臺供絲機組為單位（總計5臺），所使用的各類電機（進料皮帶電機0.75kW、喂料小車電機1.1kW、喂料小車皮帶電機0.75kW、旋鼓電機0.37kW）在同時工作下的總功率P=4.08kW，整個風力送絲系統5臺機組，系統總功率P=20.4kW。

據統計，以1臺供絲機組為單位（總計5臺），所使用的各類傳感器數量總計為22個（旋鼓通道安全開關4個、旋鼓負壓開關4個、高低料位檢測10個、喂料皮帶有料檢測1個、喂料小車定位檢測3個），整個風力送絲系統5臺機組，系統所用傳感器總計為110個。

針對上述兩大問題，我們著手對供絲方式做出了大的改變，將原來的供絲流程大大簡化，由5個步驟改為3個步驟，即通過儲絲倉后下落到進料皮帶電機，再通過進料皮帶電機將煙絲送到一個帶有旋盤的圓形料倉內，最后由負壓管道將煙絲送到卷煙設備上。詳細的過程如下：

（1）簡化流程，省去了喂料皮帶小車。

如上所述，對供絲方式做出改變后就可以發現已經沒有了喂料皮帶小車送料這一環節，這樣就避免了小車在水平運行中時常出現顛簸甚至停車的情況，也同時避免了因小車的運動導致的電源線短路情況發生。使煙絲在供應的過程中更平穩流程。

（2）大量減少電機及電子檢測數量。

在供絲流程簡化之后，據統計，以1臺供絲機組為單位（總計5臺），所使用的各類電機（平帶電機0.55kW、上錐盤電機0.55kW、下旋盤電機1.5kW）在同時工作下的總功率P=2.6kW，整個風力送絲系統5臺機組，系統總功率P=13kW。

據統計，以1臺供絲機組為單位（總計5臺），所使用的各類傳感器數量總計為7個（旋鼓負壓開關4個、高低料位檢測2個、圓形料倉有料檢測1個），整個風力送絲系統5臺機組，系統所用傳感器總計為35個。

通過對供絲方式的改變，在煙絲的供應流程中我們總結了兩個顯著效果：

（1）供絲流程的簡化（由5步減到3步），保障了煙絲在輸送過程中的流暢性，保障了供絲設備運行的穩定性。

（2）電機及電子檢測數量的減少（系統總功率由P=20.4kW減到P=13kW、系統所用傳感器由110個減到35個）大幅降低了能源消耗，同時降低了維修成本。

2 煙絲均勻化的改進及造碎率的降低

供應的煙絲質量直接決定著成品煙支的質量，所以，在工藝要求中，提供的煙絲是否均勻、是否成型是非常重要的兩項指標。在改造前，由于是通過喂料小車配合旋鼓的方式供應煙絲，在長期的生產運行中，我們發現了兩大問題，如下：

（1）煙絲的送料方式是直接由喂料皮帶小車的皮帶倒入各個有煙絲需求的旋鼓，再通過旋鼓上方的垂直負壓管道進入到卷煙設備，在這個過程中有可能有還未來得及均勻松散的煙絲被直接吸入到負壓管道，將有可能直接造成負壓管道的堵塞，更進一步影響到卷煙設備對煙絲的卷接及煙支成品的質量。

（2）由于旋鼓是以逆時針的方式旋轉工作，進入到鼓內的煙絲在旋鼓電機（16個儲絲格）的帶動下有可能被長時間的摩擦而沒有進入到負壓管道內，這樣，旋鼓內的煙絲的造碎率將大幅提高。會對煙支成品的質量造成極大影響。

針對上述兩大問題，我們做出了如下改造：

煙絲通過儲絲料倉下落到平料皮帶電機（相當于原進料皮帶電機）皮帶上，然后由平料皮帶電機將煙絲送入到一個圓形料倉內，在料倉的內部，有一個可調速雙聯盤（上旋盤為均分盤、下旋盤為分配盤），兩盤旋轉方向相反，這樣就能使進入圓形料倉的煙絲被均勻的分散，而且也同時降低了煙絲被造碎的概率。

還有，在圓形料倉的倉門上裝有一個料位檢測，專門用于監測料倉內的料位高度，一旦料位高度達到光電檢測的范圍并持續10秒鐘，整個設備將停止工作，防止了供絲設備的損壞。

通過將原來旋鼓式的供絲方式改為目前圓形料倉可調速雙聯盤式的供絲方式后，我們發現進入到料倉內的煙絲被均勻地分散開來，在滿足了卷煙設備的要料信號后，料倉內的可調速雙聯盤才開始工作，煙絲被吸入負壓管道內，在沒有任何要料信號時可調速雙聯盤就停止工作。大幅降低了煙絲造碎率。

3 實現供絲流量實時調節

根據卷接設備的實時要料信號（負壓檢測信號ON/OFF）多少進行煙絲流量的控制，以實現煙絲流量能夠滿足1臺卷煙機到4臺卷煙機同時工作的情況，是本次風力送絲系統智能化改造的亮點與突破。在改造前，是沒有這一功能的，具體的實施情況闡述如下：

（1）為了能夠實現對平料皮帶電機（P=0.55kW）速度的實時調節，在電機前端加裝一臺丹佛斯FC300變頻器，變頻器通過PROFINET協議網絡交換機與西門子300PLC實現網絡通信。PLC對現場各項傳感器等檢測元件反饋的信號進行綜合分析后就會通過PROFINET網絡給變頻器發出一個工作信號，變頻器根據PLC的命令輸出相應的工作頻率（單位HZ），以實現對平料皮帶電機的調速功能。

（2）在平料皮帶電機的運行過程中，具體是怎樣來實現不同速度的輸出及取決于什么信號呢？

其實，結合現場設備分析后發現，1臺風力送絲設備（總計共5臺）要為4臺卷接機組提供煙絲，在每臺風力送絲設備上就安裝有4個負壓管道，每個負壓管道上裝有一個負壓檢測，當負壓管道內產生負壓后，負壓開關的常開觸點（NO）將自動閉合，PLC的ET200S子站將在第一時間收到負壓開關的數字信號。PLC計算后得出，負壓開關的信號個數一共有1、2、3和4這四種情況。根據這四種情況，我們相應地設計出料皮帶電機與之對應的四個運行速度。在有1個負壓開關信號時變頻器輸出15HZ，在有2個負壓開關信號時變頻器輸出25HZ，在有3個負壓開關信號時變頻器輸出35HZ，在有4個負壓開關信號時變頻器輸出45HZ（頻率越高速度越快，不超過50HZ）。這樣PLC就會根據卷接機組的負壓開關信號數量（1、2、3、4）給現場的丹佛斯FC300變頻器發出輸出不同頻率（15HZ、25HZ、35HZ、45HZ）的命令。

通過采取現場負壓開關信號（ON/OFF）對平料皮帶電機實現速度控制，近而實現了煙絲供應的實時調節，既能保證煙絲供應的不間斷，又不會造成煙絲供應的過量及浪費。使煙絲的供應環節向精細化邁出了重要的一步，也同時使整個風力送絲系統更加的智能化和自動化。

4 設備報警系統的改善

風力送絲的報警系統是否完善直接關系到風力送絲系統運行中的人身安全及設備安全。在設備出現故障后及時的通知值班人員前來查看，在有必要的情況下通知維修人員前來檢修，才能有效地保障生產工作的正常開展及避免設備造成不必要的損壞。在改造前，風力送絲系統的報警功能不完善，主要問題如下：

（1）現場的風力送絲機（共5臺）電控箱門上沒有380V三相（A、B、C）交流電指示燈與24V直流電電源報警指示燈。

380V三相電源指示燈是電控柜門上必須要安裝的，它能夠起到直觀地提示三相電源的供電是否缺相，方便排查故障。24V直流電源指示燈也很有必要，因為接入現場電控柜內的各類傳感器（光電檢測、負壓檢測、料位檢測）及帶PROFINET網絡接口的PLCET200S子站需要穩定的24V直流電源，24V電源指示燈能夠很好地輔助電工排查故障。

（2）現場的總電控柜（編號FS-PD00）上沒有安裝聲光報警系統。

聲光配合的報警系統能夠有效地提示操作人員發現問題，這一點是以前忽略了的問題。因為在此改造之前，在計算機上，操作人員需要打開監控界（IFIX系統）面才可以查看風力送絲系統各項（網絡、電機運行狀態等）報警信息，有一定的滯后性，不利于生產的連續運行。

（3）現場的風力送絲監控界面上沒有報警信息歷史記錄。

報警信息的歷史記錄的缺失對于系統排查風力送絲系統的設備問題非常不利，這樣不便于維修人員綜合分析風力送絲系統存在過的問題，進而更有效的解決問題，保障生產的順利開展。

針對設備報價系統的上述三大問題，我們做出了以下對應的三項完善措施：

（1）在現場的風力送絲機（共5臺）電控箱門上分別安裝380V三相（A、B、C）電源指示燈與24V直流電源指示燈。在正常情況下，380V三相指示燈處于常亮的狀態（黃、綠、紅），非正常情況下，至少有一相指示燈熄滅。24V直流電源指示燈在正常情況下指示燈常亮（白色），非正常情況下，熄滅。

（2）在現場的總電控柜（編號FS-PD00）上安裝一個蜂鳴器與報警燈合一的組合燈座，一旦在設備出現故障后，PLC向蜂鳴器與報警燈發出信號，蜂鳴器鳴叫，報警燈閃爍。提示現場的操作人員設備出現異常，需要及時處理。

（3）在現場的風力送絲監控界（IFIX系統）面上增加一項名為“報警歷史”的菜單，這樣，我們的維修人員可以在需要的時候查看報警信息，也為設備的后期維護保養工作提供堅實有利的保障。

通過對風力送絲系統的報警系統進一步完善，首先，使風力送絲系統的故障信息及時地反饋給操作人員，避免了信息的滯后問題，不至于對生產的過程產生更嚴重的影響。其次，為維修人員排查系統故障提供了有力的幫助與提示，對于系統問題的確定指明了方向。最后，對“報警歷史”模塊的補充更好地完善了問題收集工作，使我們在風力送絲的過程中能夠更準確、更豐富、更全面地把握風力送絲系統的所有問題，為風力送絲系統的良性運行打下堅實的基礎。

5 結束語

隨著對卷煙制造工業的生產卷煙質量及產量的要求不斷提高，引進最新的科學技術來保障生產的良好運行已經成為新常態。在這樣的形勢下，對工作在車間一線技術人員的職業水平提出了更高的要求。不斷地學習最新的理論知識并在生產實踐中積極地思考、總結和創新，才能確保技術人員的職業能力永遠保持在一個較高的水準。中國煙草制造業向人工智能化發展已成為必然趨勢，將我們的努力實踐與科技創新更好地結合起來，必然能夠使中國煙草邁向更高的臺階，使中國制造業擁有更燦爛的明天。

參考文獻

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