基于FT623型分切機的切片回潮控制系統優化

余戩 楊曉娜 何廣力

技術應用

基于FT623型分切機的切片回潮控制系統優化

余戩 楊曉娜 何廣力

（廣西中煙工業有限責任公司南寧卷煙廠，廣西 南寧 530001）

為解決切片機落料不均勻，切片后電子皮帶秤流量波動大及CPK偏低的問題，優化基于FT623型分切機的切片回潮控制系統。首先，調整切片出口導料板的傾斜角度，固定擋料板位置，調整切刀、翻料板、擋料板的動作順序；其次，優化切片后出口提升皮帶的控制方式；最后，優化切片機的控制程序。該系統優化后，切片機切片均勻且擺放整齊，電子皮帶秤流量可反饋控制出口提升皮帶頻率，實現出口提升皮帶速度自動跟蹤電子皮帶秤流量變化的功能。CPK由優化前的0.1~0.3上升至優化后的1.25~1.3。

切片機；導料板；回潮控制系統

0 引言

切片回潮是煙絲生產的第一道工序，主要目的是將200 kg一包的片煙先進行切片處理，再經過回潮機進行加水處理，以達到工藝要求的水分和溫度。隨著卷煙制絲設備自動化程度越來越高，制絲工藝的控制要求也隨之提高。新卷煙工藝標準要求切片機的切片厚度均勻一致。根據我廠工藝要求，需優化切片回潮控制程序，提升切片后電子皮帶秤流量的穩定性，并使電子皮帶稱流量過程能力指數（complex process capability index, CPK）達到0.8以上。CPK越大電子皮帶稱流量的穩定性越好（一般工藝要求范圍為1≤CPK≤1.33）。

目前，已有多個廠家通過優化切片機或相關設備來解決切片機動作的準確性和物料流量波動等問題。林天勤、王旭東等[1-2]通過優化出口皮帶速度調節方式，提高切片機的煙葉流量穩定性。陳秋榮等[3]調整垂直傾斜切片機擋料板位置，增加光電開關，提高切片機切片厚度均勻性。陸磊等[4]將光電開關更換為接近開關，提高設備動作準確性。邵偉等[5]通過優化切片機動作順序來提高設備切片的均勻性。但以上研究都未涉及到導料板。

本文針對FT623型垂直分切機，首先，延長導料板長度并調整擋料板位置和角度；然后，優化擋料板、切刀、出口提升皮帶的動作順序和時間；最后，優化出口提升皮帶的速度調節方式，使出口提升皮帶速度根據電子皮帶秤流量變化進行自動調節，達到穩定電子皮帶秤流量的目的。

1 問題分析

1.1 切片機主要結構和原理

在卷煙生產企業中，切片回潮工序的切片機大都采用煙包垂直分切機，其結構較簡單，可滿足粗獷式加工方式的需求[6]。我廠采用FT623型垂直分切機，其切刀方向與煙包行進方向垂直，結構如圖1所示。

1.推料板；2.煙包；3.切刀；4.擋料板；5.氣缸；6.編碼器；7.翻料板；8.導料板；9.出口提升皮帶；10.喂料皮帶；11.煙包到位檢測光電開關；12.切刀下限位檢測光電開關；13.切刀到位檢測光電開關；14.切片出口物料檢測光電開關；15.刀后光電開關

推料板位于切片機的進料端，由電機、同步齒形帶、氣缸等組成，其作用是將待切的煙包按分切長度逐步推入切刀下方；翻料板位于切片機的出料端，由氣缸和機械支架組成，其作用是切刀下降時作為煙包的支撐平臺，卸料時抬起使煙片滑落，動作角度為0°~ 25°；導料板是一塊平面鋼板，與水平面成40°，切下的煙片沿導料裝置滑入出口提升皮帶，其作用是將翻料板滑落的煙片擋落至導料裝置內。

FT623型垂直分切機切片工作原理：推料板將煙包推至煙包到位檢測光電開關；切刀垂直下落切煙包，切片厚度取決于煙包到位檢測光電開關位置和切刀之間的距離。

FT623型垂直分切機切片流程：煙包經過喂料皮帶進入切片機；皮帶電機運行，煙包到位檢測光電開關被遮擋時，喂料皮帶停止，推料板合上，推料電機向前推料，直到刀后光電開關被擋住，切刀下行；切刀下行至切刀下限位檢測光電開關后，切刀自動上升，此時翻料板和擋料板處于接料位置；當切刀上升到切刀到位檢測光電開關時，且切片出口物料檢測光電開關檢測到無物料時，翻料板和擋料板卸料；當切片出口物料檢測光電開關檢測無物料并延遲1 s后，翻料板和擋料板返回至接料位；依次循環，切刀往返動作3次，完成三刀四片的動作順序；推料板打開，推料板退回至接料位置，煙包進入切片機，進行下一個循環動作過程。

1.2 切片機存在的問題

制絲車間自2014年技改完成后開始使用FT623型分切機，目前存在的問題：1）導料板距出口提升皮帶較高，煙片滾落造成大量煙塵；2）煙片擺放不整齊，95%的煙片翻滾下落，落在出口提升皮帶上的煙片不均勻，呈現重疊或煙片間有20 cm~30 cm空隙的狀態，導致單位面積的煙片重量不均勻，造成電子皮帶秤流量波動較大，如圖2所示。

圖2 電子皮帶秤流量波動曲線

由圖2可知：電子皮帶秤流量在6400 kg±200 kg的范圍內波動，流量波動較大，且CPK只有0.2。若切片后電子皮帶秤流量波動較大，煙葉加水量也會隨之波動[7]，這將影響回潮出口水分的穩定，因此，亟需解決煙葉切片流量波動問題。

1.3 原因分析

經過實地觀察和分析發現：FT623型垂直分切機煙片排放不整齊的主要原因是導料板角度和擋料板位置不合適，無法起到導料作用。由FT623型垂直分切機結構可以看出：導料板是一個平面，并與水平面成40°；當煙片下落接觸導料板時，因自身重力和導料板平面作用，煙片自然向前或向后傾斜并可能被折斷；卸料時，擋料板與翻料板一起動作，煙片下落時，擋料板已經在卸料位，無法阻擋前傾煙片翻滾，造成煙片前傾掉落，不能整齊有序排放；切片機的動作順序與切片后出口提升皮帶速度不匹配，造成煙片之間空隙較大，從而導致電子皮帶秤流量波動較大。由于出口提升皮帶頻率與電子皮帶秤流量相互影響，即當電子皮帶稱瞬時流量大于設定流量時，電子皮帶秤自動降低皮帶速度1，同時反饋信號給出口提升皮帶，降低出口提升皮帶頻率2，即原控制系統的出口提升皮帶頻率（出口提升皮帶頻率2）的調節公式為

(1)

式中，電子皮帶秤速度1（m/min）和出口提升皮帶頻率2（Hz）是2個不同的單位，僅通過線性公式調節出口提升皮帶速度，無法以滿足控制要求，即出口提升皮帶頻率無法快速跟蹤電子皮帶秤流量變化，從而自適應調節頻率；并且落料不均勻極易造成電子皮帶稱瞬時流量沖高，若出口提升皮帶速度不能相應性地調節，將造成物料流量持續波動。

2 改進措施

針對上述問題，本文優化基于FT623型垂直分切機的切片回潮控制系統。首先，調整導料板和擋料板的角度及位置；其次，根據調整的機械結構優化控制程序，并進行速度匹配程序優化。

2.1 調整切片機導料和擋料機械結構

對煙片下落的軌跡進行觀察，并測量煙片下落的最佳位置點高度，重新制作導料板。新導料板以圓弧形替代原來的平面結構，如圖3所示。

通過協調組織“三大活動”，真正做到了理論學習與技術學習“兩不誤”。2017年夏季，先后與天津商業大學、河北工業大學合作，邀請專家教授對社區矯正工作人員開展專門心理干預、心理健康、罪犯心理等方面的脫產培訓教育200余課時，知識儲備、隊伍素質、能力水平均得到了進一步提升。2017年11月，特邀江蘇大學應用心理學研究所所長進行授課，講述繪畫投射技術在社區矯正中的作用及篩查后的應對措施，講解利用測評結果解決心理問題的技巧以及社區矯正工作人員在日常工作中的應對措施。2017年12月，邀請心理咨詢機構老師講解如何利用心理沙盤走進社區服刑人員的內心世界以及如何在日常監管工作中運用咨詢結果。

圖3 導料板改造前后對比示意圖

調整導料板安裝角度，使煙片下滑時能夠沿著導料板的弧度滑落至出口提升皮帶[8]；同時為使切后的煙片能夠按導料板的角度滑落，固定擋料板的位置，以保證煙片完全進入導料板之后，擋料板退回。導料板角度改造前后對比示意圖如圖4所示。

圖4 導料板角度改造前后對比示意圖

由圖4可看出：導料板角度改造前，煙片下落時與導料板撞擊后會折斷滾落；改造后導料板起到導軌作用，可使煙片沿導料板滑落，只要優化切片機的動作順序，即可保證每個切后煙片連續有序下落，減少單位面積上的重量偏差。

2.2 優化切片機動作順序

優化切片機動作流程后，煙片下落不再翻滾，煙葉切片厚度均勻、擺放整齊，且煙片之間不存在空隙。

2.3 優化電子皮帶稱速度和出口提升皮帶速度

針對電子皮帶秤速度1和出口提升皮帶頻率2匹配的設計要求，出口提升皮帶頻率應根據電子皮帶秤速度及時進行調節變化[9]。在電子皮帶秤上放置煙片，模擬生產情況，記錄電子皮帶秤速度和電子皮帶秤頻率關系以及出口提升皮帶頻率和出口提升皮帶速度的原始數據，如表1所示。

表1 實驗測量電子皮帶秤和出口提升皮帶的速度及頻率

根據實驗測得數據推導出電子皮帶秤速度與頻率的關系為

出口提升皮帶速度與頻率的關系為

若要流量穩定，則要求電子皮帶秤速度和出口提升皮帶速度相等，即1=2，得出電子皮帶秤頻率和出口提升皮帶頻率關系為

根據式(2)和式(3)得出電子皮帶稱頻率和出口提升皮帶頻率關系，即式(4)，使出口提升皮帶速度能夠根據電子皮帶秤速度進行跟蹤調節[10]。

根據實驗得出的算法公式(4)，設計PLC程序[11]，實現根據不同生產階段采用不同的皮帶控制方式，即分為定頻控制、自適應頻率控制和全速控制3個模式調節出口提升皮帶速度，確保電子皮帶秤流量的供給。

2.4 優化后效果

FT623型垂直分切機導料板和擋料板位置及角度改造后，跟蹤2天生產情況，設煙葉流量為6400 kg，抽取其中5批煙葉的電子皮帶秤流量數據，如表2所示。

表2 導料板改造前后的流量均值和CPK對比

由表2可以看出：改造后的流量均值雖然達不到6400 kg，但體現流量波動的CPK值相比改造前提升較為明顯。

根據式(2)，對控制程序進行優化，并再次統計5批煙葉的生產數據，如表3所示。

表3 控制程序優化前后電子秤流量數據對比

由表3可以看出：電子皮帶秤流量均值在設定值附近浮動，CPK較優化前提升明顯。對比6000 kg和6400 kg的2種流量值可發現：不同工藝流量設定，優化后的設備和控制程序均能達到控制要求，電子皮帶秤流量穩定性比優化前大幅度提升。

3 結論

本文針對FT623型垂直分切機生產過程中存在的煙片翻滾排放不整齊、切后出口提升皮帶速度無法自適應調整，從而造成電子皮帶稱流量波動大的問題，對導料板機械結構和控制系統進行了優化。優化后系統運行穩定，煙片排放整齊，出口提升皮帶頻率可自動適應調節，提升了電子皮帶稱流量的穩定性。CPK由優化前的0.1~0.3上升至優化后的1.25~1.3，提高了電子皮帶秤流量的控制精度。

[1] 林天勤.切片與回潮系統的改進[J].煙草科技,2003(6):17-18.

[2] 王旭東.提高松散回潮煙葉流量合格率工藝研究[J].農業技術與裝備,2017(12):80-83.

[3] 陳秋榮,郭劍華.垂直傾斜切片機切片厚度控制系統的優化設計[J].煙草科技,2015,48(4):90-92.

[4] 陸磊,項慶偉.基于PLC的垂直分切機控制系統優化[J].設備管理與維修,2017,2(29):64-66.

[5] 邵偉,楊海東.FT624型煙片垂直分切機的控制研究及改進[J].池州學院學報,2013,27(6),70-71.

[6] 趙俐敏,郭中艷.兩種垂直切片機的對比分析[C].中國煙草學會2010年學術年會論文集,合肥:出版社不詳,2010:74-75.

[7] 王川.卷煙制絲工藝質量控制關鍵點研究[D].楊凌:西北農林科技大學,2008.

[8] 姚二民,褚國海.卷煙機械[M].中國輕工業出版社,2005.

[9] 趙迎春,劉旭東,李彬彬.關于制絲線中YT602葉片處理段電控系統的研究[J].機械與電子,2016,34(5):33-36.

[10] 鄧李.ControlLogix系統實用手冊[M].北京:機械工業出版社,2008.

[11] 侯敬芬.As-I總線在推板式垂直分切機上的應用[J].煙草科技,2016,34(5):33-36.

Optimization of Chip Moisture Regain Control System Based on FT623 Slicer

Yu Jian Yang Xiaona He Guangli

(Nanning Cigarette Factory, China Tobacco Guangxi Industrial Company, Nanning 530001, China)

In order to solve the problems of uneven blanking, large flow fluctuation of electronic belt scale after slicing and low CPK, the chip moisture regain control system based on FT623 slicer was optimized. Firstly, the tilt angle of the guide plate at the exit of the slicer is adjusted, the position of the baffle plate is fixed, and the action sequence of the cutter, turnover plate and baffle plate is adjusted; secondly, the control mode of the exit lifting belt after slicing is optimized; finally, the control program of the slicer is optimized. After the optimization of the system, the slicer slices are even and placed in order. The flow rate of the electronic belt scale can feedback control the frequency of the elevator, and realize the function of automatically tracking the flow change of the electronic belt scale. CPK increased from 0.1 ~ 0.3 before optimization to 1.25 ~ 1.3 after optimization.

slicer; feed plate; moisture regain control system

TP273

A

1674-2605(2020)06-0010-05

10.3969/j.issn.1674-2605.2020.06.010

楊曉娜，女，1983年生，碩士，工程師，主要研究方向：智能控制、自適應控制。E-mail: yang404209@163.com