一種濾棒甘油含量在線自動調節裝置設計

陳天麗，汪 魁，桂 圓，沈 偉，李 林

（湖北中煙工業有限責任公司武漢卷煙廠，湖北武漢 430040）

0 引言

濾棒甘油含量與濾棒固化后的硬度為正相關[1]，是綜合評價濾棒加工性能和質量的一個重要的技術指標。它不僅與濾棒的重量、吸阻密切相關，還會影響濾棒的外觀質量，繼而影響卷煙與濾棒的接裝質量及效率，影響消費者的感官體驗，因此甘油施加量的多少對濾棒的質量有重要作用[2]。目前國內煙草行業濾棒成型設備中沒有在線甘油含量檢測及調節裝置，檢測方式采用的是氣相色譜儀檢測[3]、近紅外漫反射光譜法進行離線計量檢測驗證[4]，離線檢測所需時間長，實時性較差、過程慢。其中，微波檢測技術已經在很多領域內得到了應用和研究：侯紹林研究微波技術結合機器人學習對超寬帶紡織品含水量進行微波檢測[5]；彭峋在復合濾棒微波在線檢測剔除控制系統中也采用了微波技術并實現了對不合格濾棒制品的剔除[6]。國內在線濾棒甘油在線檢測調節的研究主要集中在甘油的在線檢測方法以及對不合格濾棒制品的剔除方面，甘油調節方式仍采用人工手動調整，人為對機組的參數調整和調整的幅度具有很強的主觀性，而目前對甘油含量的在線自動調節還屬于空白階段。因此，設計一種濾棒含量甘油在線檢測自動調節裝置尤為重要。本文在此背景下利用流量調節閥、控制器研究出一套甘油含量自動調節裝置。

1 系統組成

1.1 硬件單元

在線甘油含量自動調節裝置主要由硬件單元和軟件單元組成，硬件單元主要包括絲束微波檢測頭、濾棒微波檢測頭、工控機人機界面、甘油含量控制器和甘油霧化噴涂機構。其中甘油霧化噴涂機構包括甘油劑箱、甘油劑泵、甘油劑泵電機、流量調節閥、流量調節閥控制器和若干甘油噴霧嘴（圖1）：甘油劑泵的入口通過甘油泵抽吸管與甘油劑相連，甘油劑泵電機與甘油劑泵相連；流量調節裝置包裝流量調節閥入口、出口和回流口3 個部分。其中，流量調節閥出口管道連接甘油噴霧嘴，流量調節閥的入口通過調節閥入口管道與甘油劑泵的出口相連，流量調節閥的回流口通過調節閥回流管與甘油劑箱相連；甘油噴霧嘴均設置在濾棒成型機的甘油噴霧室內，噴霧嘴數量可選1～7 個，帶加熱功能；甘油噴霧室內設置有噴霧嘴安裝箱，該箱的頂部設置有可活動的門；甘油噴霧室的底部通過噴霧室回流管與甘油劑箱相連；工控機人機界面與濾棒成型機的電控柜相連，在線自動調節甘油噴灑量裝置，用于各種濾嘴成型機組；甘油含量控制器外接濾棒成型機的剔除機構。

圖1 甘油自動調節裝置結構

1.2 控制單元

絲束微波檢測頭檢測到絲束甘油含量并把信號發送給甘油含量控制器，濾棒微波檢測頭檢測到濾棒的甘油含量并把信號發送給甘油含量控制器，根據檢測甘油含量判斷執行下一步動作。通過工控機人機界面設置甘油含量自動調整的門檻值，門檻值即微波檢測濾棒甘油含量系統設置的剔除上下限，超過設定門檻值時，甘油含量控制器將發出控制指令給流量調節閥控制器，流量調節閥控制器驅動流量調節閥調節甘油輸送到噴霧嘴的流量，進而調整甘油的噴灑量，從而實現絲束甘油噴灑量在線自動調節。

控制原理如圖2 所示：在甘油泵和噴霧嘴之間加入一個帶流量調節閥控制器的流量調節閥，用來調節送到噴霧嘴的甘油流量；流量調節閥的入口A 的流量一部分從出口B 輸出到噴霧嘴，剩余部分通過回流口C 流回甘油劑箱；流量調節閥控制器接收來自甘油含量控制器的控制信號，實時調節流量調節閥的出口B 的流量，即調節噴霧嘴的噴灑量；甘油噴霧室內可活動的門開度不變時，通過改變噴霧嘴甘油的噴灑量來改變濾棒的甘油含量。其中流量調節閥由不銹鋼制成，承壓為16 bar/25 bar/40 bar（1.6 MPa/2.5 MPa/4.0 MPa），適用于介質黏度＜600 mm2/s（cSt）、響應時間＜0.2 s、控制精度＜0.2%的情況；如果流量調節閥控制結果不足以調整甘油的含量，則甘油含量控制器通過與成型設備剔除機構通信控制不合格嘴棒的剔除。

圖2 甘油自動調節裝置原理

2 實驗設計

2.1 測試設計

（1）測試設備。ZL29 設備（許昌煙草機械有限責任公司）安裝甘油微波濾棒甘油含量檢測裝置，設備滿速4700 支/min 運行30 min 不停機。

（2）測試原輔料標準、醋酸纖維絲束3.9Y/31000，增塑劑為煙用三乙酸甘油脂（簡稱“甘油”）。

（3）測試工藝參數。增塑劑儀表顯示值（60±2）mg，濾棒增塑劑施加比例為8%±1%。

（4）微波檢測濾棒甘油含量系統參數設置.設置系統檢測甘油含量剔除上下限分別為9%和7%。正常生產時，活門開度為58 mg，系統顯示的甘油含量為8.25%。

試驗1：設定濾棒甘油含量大于9%時，啟動甘油噴灑量的自動調整，觀察在線甘油自動調節裝置調整效果。

試驗2：設定濾棒甘油含量小于7%，啟動甘油噴灑量的自動調整，觀察在線甘油自動調節裝置調整效果。

2.2 實驗結果

調整活門開度到62 mg，系統顯示的甘油含量為9.05%。打開甘油噴灑量的自動調整功能，系統檢測到此時濾棒甘油含量超標，自動啟動甘油噴灑量的自動調整。觀察系統顯示的甘油含量，當甘油含量到達8.5%時，此次甘油噴灑量自動調整結束，甘油含量趨于穩定。

通過流量閥泄掉部分甘油，系統顯示的甘油含量為6.90%。此時打開甘油噴灑量的自動調整功能，系統檢測到此時濾棒甘油含量超標，自動啟動甘油噴灑量的自動調整。觀察系統顯示的甘油含量，當甘油含量到達7.5%時，此次甘油噴灑量自動調整結束，甘油含量趨于穩定。

3 結論

針對微波檢測濾棒甘油含量裝置不能在線自動調節甘油噴灑量的問題，設計了一種全新的基于微波技術的濾棒甘油含量在線調節裝置。甘油在線自動調節裝置與微波甘油含量檢測系統相連，通過微波對濾棒甘油含量在線檢測，反饋到甘油霧化噴涂機構用于在線調節甘油噴灑量，進而對甘油噴涂實現閉環自動控制。