制絲線輔聯設備節能控制模式實現

趙春元，李秦宇

（河南中煙工業有限責任公司黃金葉生產制造中心，河南鄭州 450000）

0 引言

煙草行業作為我國國民經濟發展的重要組成部分，經過幾年的結構優化調整，生產能力和經濟效益取得了較大的提高和發展。隨著資源節約口號的提出，國家煙草專賣局、中國煙草總公司制定了《煙草行業標準化屮長期發展戰略》。戰略明確要求要科學確定行業各類企業節能、降耗、減污、控制成本的指標體系，著力推進“資源節約型、環境友好型”行業建設。通過黃金葉生產制造EMS能源管理系統獲得2015年1-6月制絲車間能消耗數據，為了進一步展現制絲車間2015年上半年能源消耗情況，根據統計數據制作了制絲車2015年上半年能源消耗排列圖（圖1）。制絲線主要能源消耗為用電和用蒸汽，其中電能消耗占制絲總能源消耗的61.5%，如果能源有效降低制絲線用電消耗，就可以有效解決制絲車間能耗問題。

圖1 制絲車間2015年上半年能源消耗（幣種為人民幣）

1 原因分析

1.1 生產用電

生產用電指為完成制絲生產任務，保證生產質量的生產設備用電，生產用電包括生產過程用電和生產間歇及生產準備用電（包括設備預熱）。帶料生產過程用電消耗主要為滿足生產、工藝指標所必須的用電，該部分基本沒有節約空間。但生產過程中的生產等待、預熱等階段伴隨生產過程，生產過程中換批、換牌都會有待機、預熱的過程發生，且該過程時間較長，平均每次換牌、換批時間約10 min。因此解決好生產過程中的等待、預熱等階段的能耗，可有效減少制絲車間能源消耗。

1.2 非生產用電

非生產用電是指為保證生產的運行，生產作業現場、生產輔助區域的照明用電等。該部分能耗在制絲中能耗中所占比例不大，同時該部分能源消耗通過管理手段可進行控制和逐步降低。

1.3 預熱、等待、換批換牌用能設備分析

制絲設備一般習慣分主機設備和附聯設備，主機設備主要承擔制絲生產過程工藝指標的控制與調整，輔聯設備主要為主機設備服務，完成物料的輸送、搬運、移動等功能。在制絲設備中，由于主機設備擔負著工藝指標的控制，制絲控制過程和輔聯設備的啟停都是圍繞著主機進行，主機設備的預熱、準備時間不可省略或避免。因此節約制絲線用電消耗需要從制絲附聯設備入手。輔聯設備功率占制絲設備總功率的77%，只要減少輔聯設備的能耗就可以有效降低制絲用電消耗。

由于輔聯設備主要完成物料的輸送、搬運、移動等功能，在生產準備和等待過程中，雖然主機設備在工作，但生產線沒有物料通過，此時輔聯設備處于啟動等待狀態，完全處于設備空運行狀態，此過程完全屬于無謂的電能消耗，且運行的輔聯設備數量和工藝段的長度、設備劃分單元的大小有直接關系，單元越大、工藝段越長，空運行的輔聯設備越大，無謂的能源消耗越大。

同時，為保證物料的連續運行，工藝段、單元內設備啟動的順序總是逆著物料的運動方向順序啟動，設備全部啟動后，等待物料輸入。由于工藝段內物料在輔聯設備上的運行總是需要一定的時間，部分工藝段甚至需要（5～10）min物料才能從工藝段的入口輸送到工藝段出口。煙梗從二次儲梗出柜，一直到梗絲加料后暫存柜，大約需要14 min，根據工藝安全設計要求，在同一個加工工藝單元內只能有一個任務存在，不能存在多個任務，防止混批、混牌的發生。根據這一原則，在梗絲切絲加料工序生產的當前批次要等到物料全部進入到梗絲加料后暫存柜后，下一個批次才能啟動，從二次儲梗柜出柜（圖2）。因此，基于以上分析，造成制絲線輔聯設備無謂的能源消耗主要包括3個方面。

（1）設備單元劃分不夠細致，工藝段、單元內設備過多，造成較多的設備空運行等待。

（2）輔聯設備控制模式不夠合理，造成設備空運行等待物料，輔聯設備沒有不能隨物料的位置而運行。

（3）生產過程換批次、換牌號等待時間長，造成輔聯設備空運行參數能源浪費。

圖2 梗絲處理段物料運行時間

2 對策實施

2.1 建立最小的設備聯動控制單元

在MES（Manufacturing Execution System，制造企業生產過程執行系統）中，制絲車間生產系統劃分底層劃分到工藝段（圖3），生產計劃、工藝加工標準會以工藝段為最小單元下方，通過MES系統下達到制絲工藝段控制系統中。為了和MES系統保持一致，避免數據接收分解錯誤，制絲車間各生產線控制系統和MES系統保持一致，將從MES系統接收到的工藝加工標準也已工藝段為最小單元下達到設備上。

圖3 MES系統工藝系統劃分

由于制絲車間各生產線物料線路較長，各工藝段內輔聯設備較多，部分工藝段還有很多緩存設備（喂料機、暫存柜等），以工藝段為最小單元進行設備控制時，由于工藝段較長，物料從工藝段入口到出口需要一定時間。為實現設備的最小單元控制，通過對設備底層控制系統改造，將工藝段進一步細化，工藝段內只要有緩存設備，將工藝段進行拆分，形成設備的最小控制模塊—— —單元（圖 4）。

圖4 重新劃分后制絲線控制系統結構

2.2 根據物料狀態確定單元設備啟停

（1）切絲類設備。對于切葉絲機、切梗絲機類設備，以切絲機未分界線，對切實際上游和下游設備分段啟動，有獨立的啟動單元。

（2）喂料機、緩存柜類控制。針對喂料機、緩存柜類設備，以該類設備為分界線，根據料倉中的高、中、低、料位信號，料滿、料空信號來控制下游設備的啟停，并可根據實際情況隨時在操作終端機或者中控室進行調整，既能保證生產的正常進行，同時節省電能和降低設備磨損。

2.3 完善單元內設備控制模式

單元內的設備啟動順序分為兩種，一種為帶料狀態的啟動，一種為不帶料狀態的啟動。不帶料設備的啟動根據物料位置信息或物料通過每臺設備的時間進行正序啟動（物料流動的方向），每臺設備啟動的時間間隔為物料通過上一臺設備的時間；當各設備上已經存在物料，為防止正序啟動堵料噎車，帶料設備仍按照倒序啟動的方式啟動設備，每臺設備啟動間隔為1 s。具體控制過程如下。

制絲線各控制單元內如含有需要預熱的設備，都單獨設立“單機預熱”功能，需要預熱的設備可單獨進行預熱。生產線各單元啟動時，未預熱的設備會自動進行預熱，控制單元內如有物料緩存設備，出料設備根據儲柜出料狀態（出料光電開關和儲柜底帶編碼器共同判斷）及物料在各出料設備上的運行時間，自動控制出柜設備根據物料的運行方向順序啟動，對緩存設備進行物料預填充。

如果需要預熱的設備預熱過程沒有完成，物料緩存設備預填充完成，則出柜設備進入帶料待機狀態，等待設備預熱完成。單元內設備預熱完成后，物料緩存設備開始向下游設備輸送物料，下游設備仍按照各設備物料通過的時間延時順序啟動。而緩存設備前的輔聯設備根據緩存設備的物料狀態仍按照從后向前的帶料倒序啟動順序進行啟動，直至出柜設備。

3 效果

3.1 對產品工藝質量的影響

從表1看，本課題實施前后，隨著批次料頭、料尾的減少，梗處理段各工序批次合格率、優質率均得到提升，其中優質率提高比例明顯，注：CPK（Process Capability Index，過程能力指數）。

表1 改進前后梗處理段各工序質量指標CPK完成情況對比

3.2 對生產效率的影響

改進后，單批次設備空運行時間得到有效縮短，設備空運行時間由改進前的10.85 min縮短到改進后的2 min，每批次縮短設備空運行時間8.85 min，按照平均每天生產4批計算，每天節約生產時間35.4 min，有效減輕了職工勞動生產強度。

［1］張勇，王良青，崔玲玲，等.制絲線生產設備節能運行模式的優化設計［J］.煙草科技，2016（3）：105-109，11.

［2］朱熙.制絲生產中節能技術探討［J］.科技資訊，2017，24（15）：92，94.

［3］李震宇，王迎彬，于紅麗，等.制絲設備節能運行模式研究［J］.煙草科技，2012（1）：10-14，33.