智能系統在FX6型葉絲就地風選機模塊化控制中的研究與應用

[中圖分類號] TD67

[文獻標志碼]A

[文章編號]2095-6487 （2021） 02-0038-02

The intelligent System is Modularized in the FX6 Blade Silk On-site

Winnowing Machine Research and Application in Control

Cheng De-qiang，

Wang Shao-hua

[ Abstract]

the modular structure and working principle of the intelligent control system is a method ofin-siru winnowing that uses air as thesorting medium to sort solid waste according to density and particle size under the action of airflow. Lighter materials move up and horizontally underthe combined action of vertical airflow and inertial throwing， and fall into the conveying mechanisW while heavy materials fly diagonally downwarddue to the high levitation speed and vertical airtlow cannot support them. Secondary air selection box. Therefore， the wind sorting process is based on thesedimentation law of various solid particles in the air. Afrer the leaf silk is fed into the box by the feeding mechanism， under the combined action of xvindflotation and inertial throwing， classification and sorting are realized， and heavy objects such as metal， agglomerates， tobacco stems， stalk sticks， cokepieces， etc. pass When the miscellaneous outlet falls. light objects such as tobacco leaves and shredded tobacco are sent out of the box by the dischargingmechanism. Thereby achieving the purpose of tobacco winnowing， air delivery and flexible processing.

[ Keywords] intelligent modularization; in-situ winnowing; tobacco shred structure

1 概述

模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以符合不同產品的參數標準，以滿足市場的不同需求的設計方法。通過就地風選模塊化結構控制系統設計，要實現以下三個方而的目標。

（1）實現FX6型葉絲就地風選機的風速風壓智能控制。

（2）實現根據我廠不同的加工生產牌號煙絲實現精準調節以滿足就地風選后葉絲水分設計值。

（3）實現模塊化控制，使設備性能滿足多牌號不同參數的生產要求。

2 就地風選機結構現狀及存在問題分析

當前就地風選存在的問題如下。FX6型風選機通過后端的負壓除塵管道將煙絲中的煙末和細小的碎煙絲收集到除塵管道中，除塵管道的負壓吸塵及箱體的送風系統在箱體內形成一定的風速和風壓，實現煙絲與牙簽、結團物、煙梗、梗簽、焦片等的分離，以提高煙絲的純凈度。由于我J‘生產牌號較多，換牌號較為頻繁，不同牌號煙絲重量不同，煙絲比重不一，目前的控制模式是通過手動實時調整烘絲水分設定值，在除塵管道上裝有一個機械調節閥用于手動調節閥門開度來控制負壓除塵管道的風量和風壓，以滿足就地風選后葉絲水分設計值。需通過手動調節風選箱體上的調風閥來實現。但是人工手動控制無法實現精準調節，也會存在換牌號忘記調節的風險，達不到最佳的風選效果，同時增加操作人員的工作量。同時，風選后葉絲在不同季節風選前后水分散發差異較人，最大水分散失達1個百點分以上。風選后葉絲易出現外焦里嫩現象，烘絲加工強度穩定性差，葉絲實物質量波動較人，無法保障制絲過程的批內均勻性和批間穩定性。手動調節的不準確性會對風選的效果造成一定的影響，因此一種能實現智能控制風量和風壓的設計成為一種亟待解決的課題。

除塵器結構現狀及存在的問題：脈沖袋式除塵器由于清灰技術先進，氣布比人幅度提高，故具有處理風量人、占地面積小、凈化效率高、工作可靠、結構簡單、維修量小等特點。除塵效率可以達到99%以上。是一種成熟的比較完善的高效除塵設備。理論上計算布袋除塵器除塵效率達99%，但實測中達不到，主要是漏風和阻力的影響，漏風率越低，除塵效果越好。阻力對除塵效果有一定影響，經常清空濾袋，減少阻力，可提高除塵效果。

（1）就地風選機原理及系統風量與除塵系統的關系。通過研究就地風選機工作原理、就地風選機結構現狀及存在問題分析、就地風選系統風量與除塵系統的關系及原理等研究就地風選除塵負壓參數等因素對風選后葉絲綜合質量及過程消耗的影響。

（2）就地風選系統風量與風選效果的相關性研究。通過對各牌號就地風選機負壓參數實驗對比，研究就地風選機負壓對葉絲水分、填充值、整絲率的影響，從而優化就地風選機參數，實現各牌號就地風選參數優化，提升批間質量穩定性。

（3）就地風選模塊化結構及控制系統的設計與應用。就地風選模塊化結構及控制系統設計思路是擬通過研究就地風選參數對風選后葉絲綜合質量的影響，對智能模塊化控制系統研究、就地風選機關鍵參數與風選效果相關性分析，根據不同規格牌號葉絲確立最佳參數值，同時對就地風選設備性能進行完善，通過中控下達輸出模塊模擬量值，實現模塊化控制和安全精準的調節，解決多牌號小批量生產與設備性能單一矛盾的難題。

3 改進方案確定和實施

3.1 模塊化設計方案

模塊化設計是指在對一定范圍內的不同功能或相同功能不同性能、不同規格的產品進行功能分析的基礎上，劃分并設計出一系列功能模塊，通過模塊的選擇和組合可以符合不同產品的參數標準，以滿足市場的不同需求的設計方法。通過就地風選模塊化結構控制系統設計，實現以下三個方面的目標。

（1）實現FX6型葉絲就地風選機的風速風壓智能控制。

（2）實現根據我廠不同的加工生產牌號煙絲實現精準調節以滿足就地風選后葉絲水分設計值。

（3）實現模塊化控制，使設備性能滿足多牌號不同參數的生產要求。

3.2 FX6就地風選機智能控制的設計計算及選型

物料在垂直氣流中，風速達到物料懸浮速度時，物料在氣流中處于震蕩平衡態。風選除雜是利用煙絲和煙梗的懸浮速度不同的原理，來實現煙梗和煙絲的分離。煙絲經高速帶以一定的角度和速度拋入風選口，在風選過程中使風速小于煙梗的懸浮速度，人于煙絲的懸浮速度，從而使煙梗落入剔除口，正常煙絲在慣性拋料和風力的共同作用下順利通過剔除口，到達出料機構上達到分離凈化的目的。

3.3 懸浮式風力去雜裝置懸浮風速的計算與除塵管道負壓值實驗對比分析

根據《卷煙制絲設備》煙草物料懸浮速度，煙梗的懸浮速度為5.8 m/s，煙絲的懸浮速度為4.0 m/s。因而懸浮風分器風選分離而風速取4.8～5.3 m/s。根據不同的品牌和煙絲的特性分別做實測數據進行模塊化控制。

通過實驗測試FX6型柔性就地風選機的各牌號生產過程就地風選各參數和風選牙簽重量參數，如表1所示。

3.4 脈沖除塵器的工作原理及主要性能參數分析

采用低壓脈沖噴吹技術，清灰效率高，能耗低。使用直通式低壓脈沖閥。噴吹壓力只有0.2 - 0.4 MPa，具有阻力低、啟閉快、清灰能力強的優點。由于清灰效果好、劇期長，降低了反吹氣體的能耗。脈沖閥使用壽命長、可靠性好。由于噴吹壓力低（ 0.2 - 0.4 MPa），脈沖閥膜片承受的壓力和啟閉時的沖擊力較低。同時由于清灰劇期較長，脈沖閥開啟次數相應減少，從而延長了脈沖閥的使用壽命，提高了脈沖閥的使用可靠性。除塵器采用分室脈沖反吹離線清灰方式，避免了粉塵被反復吸附的現象，提高了脈沖噴吹清灰的效果，降低了布袋阻力。

采用先進的PLC可編程序控制器控制除塵器的運行全過程。使用壓差或定時兩種控制方式，可靠性高，使用壽命長，便于用戶操作和使用。氣流在1 -3 m/s氣流速度下，除塵效果最佳，一般風速控制在2 -4 m/s。

3.5 系統關鍵部件選型

3.5.1 系統選型

①西門子300PLC CPU315-2DP;②西門子SM334 AI4/A02模擬量模塊;③FKE010T可調節控制電動蝶閥;④工控電腦。

3.5.2 系統選型分析

（1）選用FKE系列電動執行器，其具有高智能、高防護性能、體積小、集成度高、使用壽命長、性能穩定等特點。可現場操作，也可遠距離控制，適應于90°旋轉的球閥、蝶閥、風門檔板等其他適合于90。旋轉的設備。可滿足工業自動化控制管路的各種要求。廣泛應用于多種工業領域，包括冶金、石油、化工、電J‘、印染、水處理、造船、煙草等。

（2）選用循環劇期短、處理速度高、指令集功能強人、可用于復雜功能產品、設計緊湊、可用于空間有限的場所、模塊化結構的西門子300PLC控制系統。

（3）選用西門子WINCC，控制系統，西門子WINCC，具有包括所有SCADA在內的客戶機/服務器系統。即使最基本的WinCC系統仍能夠提供生成復雜可視化任務的組件和函數，并且生成畫面、腳本、報警、趨勢和報表的編輯器也是最基本的WinCC系統組件。與基于PC的控制器SIMATIC WinAC緊密接口，軟/插槽式PLC和操作、監控系統在一臺PC機上相結合。

3.6 整體設計方案

此次系統控制選用WINCC+300PLC+電動蝶閥，這樣在中控室只需輕點鼠標即可遠程控制電動閥門的開啟角度，無需控制人員到現場操作，同時得益于其配備的實時開啟角度的反饋值可以看出其設定值與實際值是否相同，若不相同可及時發現，以免影響相關設備運行，也可以通過與其它設備連接實現與相關設備聯動運行，使得相關設備運行控制更加高效

4 研究總述

（1）自主設計了智能控制模塊裝置系統。實現就地風選中控批次參數下發和安全精準的調節，提高了設備自動化程度，解決了我廠多牌號小批量生產與設備性能單一矛盾的難題。

（2）建立了不同規格牌號葉絲最佳參數模型。通過對智能模塊化控制系統研究、就地風選機關鍵參數與風選效果相關性分析的研究，提高了葉絲實物感官質量。實現了該工序各項參數優化，保障制絲過程批內均勻性和批間穩定性。

5 結束語

該項目自2019年8月就地風選機模塊化控制系統方案制定，9月底設計方案完成，11月初實施現場機械和電器安裝，并實施PLC程序設計、測試，12月開始帶料試運行，試運行過程中進行了參數優化。歷經6個月運行，性能穩定可靠無故障，同時設備正常運行，積累了豐富的工藝參數運行數據。

參考文獻

[1]李春光，孫覓，劉強，等葉絲風選工藝實用性評價[J]煙草科技，

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