梗絲增量比例變異系數控制研究與應用

郭昌耀，高復高，董 偉，許秋軒，靳林堅

（江蘇中煙工業有限責任公司徐州卷煙廠，江蘇徐州 221000）

1 問題分析

在煙草制絲線中，梗絲流量的穩定性至關重要，穩定的梗絲流量是其他工藝的基礎，深入分析影響梗絲流量的穩定性的因素，結合現有設備特點和工藝要求，運用光電管等檢測器件，改進PLC 控制程序，提高摻配精度合格率和增量比例變異系數，優化工藝質量，為智能化生產提供良好的基礎[2]。制絲線瞬時梗絲摻兌比例變異系數合格率為80%，變異系數合格率為影響西格瑪水平的主要因素，需要對其進行研究和改善。流量控制一般采用控制型電子皮帶秤加喂料機加定量管，目前尚沒有批間換柜無縫銜接技術的報道，在摻兌梗絲時，有時因柜子內存儲的梗絲量不能滿足生產需要，需要啟動新柜子進行梗絲摻兌，在更換柜子的過程中，由于柜子內鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，使得物料流量在這期間會降低，影響摻兌流量增量變異系數[3]。目前對于批間更換摻兌儲柜的問題點沒有實際具體有效的解決辦法，一旦出現換柜不及時或者提前換柜，勢必導致物料斷續或者堵料現象，最終都將影響摻配精度[4]。

由于摻兌流量較低，在輸送皮帶上的物料高度也較低，單位時間內，輸送皮帶的輸送能力將受到影響，特別是在料頭階段，受上一批次的影響，留存在皮帶上的物料高度較低，難以保障供給量。在批次生產期間，皮帶物料高度低會造成供給不及時的現象，目前行業內供給側皮帶輸送機頻率固定不變，此頻率如設置較低則會造成供給量不足，如設置較高則會造成設備頻繁啟停，不利于摻兌變異系數合格率[5]。

在定量管物料高度控制方面，現有的方式為根據高、中、低料位，控制上游設備的啟停，上游設備的運行速率不受物料實際位置的影響，當物料高度和上升速率較低時，上游設備如仍按固定的頻率運行，則容易導致定量管供給不足，同理，當物料高度和上升速率都較高時，上游設備如仍按固定的頻率運行，則容易導致定量管供給過盈造成堵料，這些都將影響摻配精度的控制[6]。

2 系統設計

2.1 儲柜出料流量研究

加香在生產時，需要摻配一定比例的梗絲，在摻配梗絲時，有時因柜子內存儲的梗絲量不能滿足生產需要，需要啟動新柜子進行梗絲的摻兌，在更換柜子的過程中，由于柜子內鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，使得物料流量在這期間會降低，影響加香流量的穩定性。

為此設計并增設批間換柜無縫銜接功能，在生產前操作工要選擇兩個摻配柜，第一摻配柜和第二摻配柜。當批次開始前，系統判定第一摻配柜存量不夠下一批次使用時，會彈出提示，要求操作人員選擇第二摻配柜，批次生產過程中，系統判定第一摻配柜存量即將耗盡時，會自動啟動第二摻配柜。

第二摻配柜啟動時，第一摻配柜和第二摻配柜底帶出料頻率會同時降低，以免摻配皮帶輸送機流量突然增大而導致的堵料現象，當第一摻配柜出完料時，第二摻配柜的底帶出料頻率會相應提高至正常值。總體功能的實現將避免因換柜不及時或者換柜過早導致的增量比例變異系數合格率降低的現象，從而保證摻配流量精度，預鋪設程序如圖1 所示。

圖1 預鋪設程序截圖

2.2 批次料頭流量穩定性研究

為保證電子皮帶秤上物料流量的穩定，在皮帶秤前裝有定量管，剛開始過料時，由于柜子內鋪料料頭到撥料輥有一定的距離，導致定量管內剛開始物料較少。若此時電子皮帶秤啟動過料，流量稱上的物料偏少，從而影響穩定性。

為此增加定量預鋪設功能，在上一批次即將結束時，程序自動降低皮帶的運行速率，從而使皮帶上的物料高度提升，保障下個批次料頭階段物料充足，由于此過程在上批次料尾階段進行，摻配需求量降低，所以降低皮帶速率不會對上個批次穩定性造成影響[7]。

下面結合圖對本實用新型作進一步說明。儲柜物料如圖2所示。

圖2 儲柜物料示意圖

位置一：當煙堆既沒有遮擋光電管2 也沒有遮擋光電管3時，說明煙堆前端距離撥料輥有較長的空檔區。

位置二：當煙堆遮擋住光電管2，并由接近開關探測排鏈，并累計四個排鏈計數時，說明煙包前端已經運送至貼近撥料輥的位置。

位置三：當煙堆既遮擋光電管2 也遮擋光電管3 時，說明儲柜正處于出料狀態。

位置四：當煙堆遮擋光電管3，但是沒有遮擋光電管2 時，說明儲柜內物料存量不足。

系統在生產前設置第一出料柜和第二出料柜。①當第一出料柜存量較足時，第二出料柜保持靜止，處于煙堆位置一；②當系統根據物料消耗量，判斷第一出料柜不夠下一生產批次使用時，第二出料柜自動運行，并運行至煙堆位置二后靜止等待；③當第一出料柜處于煙堆位置四時，第一第二出料柜同時運行；④當第一儲柜處于五時，停止第一出料柜，第二出料柜變為第一出料柜。

經過系統程序邏輯判斷，實現儲柜的自動切換，保障換柜期間摻配物物料精度，提高摻配物增量變異系數的合格率。自動換柜程序如圖3 所示。

圖3 自動換柜程序截圖

2.3 定量管物料高度穩定性研究

定量管內的料位高低也會影響物料流量的穩定性，當定量管內料較少時，由于進料皮帶速度不變，物料無法很快補充到限量管內，物料從低料位進入到皮帶秤時，容易導致皮帶稱上物料減少，流量有波動；當定量管內物料較多時，物料不斷進入皮帶秤，定量管內物料從高料位下降到中料位，進料輸送帶又不斷將物料送至定量管，使得定量管很快由中料位上升到高料位，導致帶輸送機頻繁的啟停。

為此，采用物料進料輸送帶變頻控制，基于物料實際高度，根據物料實際高度和高度變化的速率這兩個因素，實時的控制上游皮帶機的運行速率，其他因素不變，當物料高度較低時，提高皮帶速率；當物料高度變化速率較低時，提高皮帶速率。當物料高度較高或者其變化速率較高時，同理。

為了解決上述技術問題，采用如下步驟：①通過光柵實時測量定量管中料位高度；②利用PLC 每隔1 s 計算定量管中料位高度差，通過高度差計算料位高度變化加速度；③將采集到的定量管高度和定量管高度變化加速度代入公式，并計算出上游設備的電機運行頻率，P=（H-h）/H×50+K1×a。其中H 為光柵總測量高度，h 為采集到的當前定量管中料位高度，K1為加速度配比系數，根據設備情況和工藝要求進行整定；④將計算出的實時電機頻率賦值給上游電機控制的PLC 程序，使電機按照計算頻率運行。

與現有技術相比，該發明技術方案的有益效果是：現有設備的基礎上，避免了增加檢測原件所帶來的資金投入，將定量管中物料高度和高度變化加速度考慮進去，實現二維控制的目的，有效抑制料位高度的波動，使其趨于穩定，保證定量管物料充足且不至過分充盈，從而保障電子皮帶秤上的流量穩定。控制邏輯如圖4 所示。

圖4 控制邏輯

3 應用效果

“梗絲增量比例變異系數控制研究與應用”項目應用于煙草行業儲柜出料系統，針對梗絲摻配過程中更換儲柜、批次料頭等容易出現流量波動的情況，集中改進控制，保障整批物料生產過程中梗絲增量比例變異系數控制穩定，制絲線瞬時梗絲摻兌比例變異系數合格率為80%，項目實施后，瞬時梗絲摻兌比例變異系數合格率提升至95%以上。