煙草制絲線輔聯設備控制技術研究

黃俊彰，董 偉，朱皓晨，李維卿

（江蘇中煙徐州卷煙廠，江蘇徐州 221000）

0 引言

在煙草公司的領導下，在各部門和卷煙廠的大力支持下，在合作單位的共同努力下，在各公司“三大戰略”的指導下，我國將對煙草公司“十四五”規劃的相關要求進行標注和匯總，集中力量，大膽探索，克服困難，高效規范地推進我國在煙草制絲線輔聯設備控制技術項目建設前的工作。

1 完善調整車間內部布局

從社會角度來看，煙草行業對中國來說是一個極其重要的行業，煙草生產和加工面臨著嚴峻挑戰，在生產和加工過程中，各種生產過程產生的異味分子多達數千種，煙葉生產線、白肋煙加工生產線、莖稈生產線、切絲生產線、烘烤生產線、切絲生產線、擴絲生產線、混合調味生產線、儲物柜等卷煙生產中的制絲和包裝生產過程，可能會產生異味廢氣。加工的材料屬于高分子碳氫化合物，如糖、尼古丁、氮等，在卷煙生產過程中，當稀釋到人的氣管時，以其稀釋無味清潔氣體的量和異味氣體的比例來確定異味氣體的單位值。對現有煙草制絲線車間進行土建施工和公共設施改造，調整車間內部布局，將真空水分回收室、預配柜、儲葉獨立分離，增加卷煙配方物流系統，升級生產管理、設備控制、公共安全、信息設施等智能控制和信息系統[1]。完善煙草制絲線車間給排水、采暖、氣壓、空調及消防、環保、勞動安全、職業衛生等公共電力系統。

云煙草制絲線生產集中控制系統，采用云計算、數據中心和工業互聯網技術，打造中國首條云煙草制絲線集控中心專線。煙草制絲線生產集中控制系統、信息網絡系統、綜合布線系統、除塵退潮控制系統實施網絡規劃設計方案和云SCADA 部署模式。在干螺紋烘干機單臺設備上進行煙草制絲線cloud SCADA 案例測試，測試煙草制絲線數據采集的實時性、定時數據庫的穩定性及圖形組態工具的功能，達到煙草制絲線同類產品的技術要求。創新解決工控系統數據采集標準統一、數據互聯、計算穩定性、三維可視化、應用模塊標準化、升級維護效率等痛點、難點、阻塞問題。智能照明工程，創新的無線網絡技術，智能燈具不需使用傳統的網絡電纜連接，降低煙草制絲線施工成本，減少煙草制絲線運行維護，地面安裝方案在格柵層，不再使用傳統的架空懸掛安裝，破解操作維護困難、安全防護成本高的難題。工藝設計借鑒行業制絲專項整合成果，結合“天子專線”創新技術成果、中國煙草的特點和工藝流程的主要工藝設計，以及中國煙草制絲的創新技術，完成主要工序中關鍵主機設備的工藝及技術設計要求，如真空水分回收、進料上香、葉去雜、切絲干燥、葉絲選風等。實驗驗證研究完成煙草制絲線現有煙草切片機右側塑料（C）的試驗和在生產中的應用，首次完成煙草制絲線不同尺寸產品的切片實驗和二次空分參數、塑料的數據采集和分析，利用碎片分離和二次空氣分級對卷煙的各項指標進行煙草制絲線研究，創新提出煙草制絲線碎片分類、篩選、二次空氣分離、葉片結構控制相結合的概念，建立煙草制絲線相應的聯動數據支撐進行成型，升級后的線材專用線的篩選和選風程序，以確保中型卷煙產品的質量和風格穩定。

2 引入新設備、新材料、新工藝全線投產

新設備主要選用進口新型除雜設備、旋轉式加熱加濕機（膨脹單元SIROX）、FT535B 煙草開箱設備。新材料主要選用開放式不銹鋼網橋、PE 帶、PE 刷絲。新技術主要采用三流節能真空水分回收技術、新型分體刷輥、新型帶料輸送設備隱形邊緣保護、開式冷凝水回收利用。新技術主要采用具有中支特點的技術，如葉片式控制單元和煙桿薄切技術[2]。完成對無移位舊設備的保護，拆除、搬遷和保護舊設備、拆除和轉移廢棄設備、民用和公共工程、裝飾天花板、層間軌道等。完成鋼桁架支承柱基礎、廢舊設備基坑、人孔回填處理等地基基礎工程。完成工藝設備安裝區地面涂料基礎的施工，以滿足鋼桁架安裝的要求。完成鋼桁架、鋼格柵、主網系統，不影響工藝設備的安裝調試，同時拆除舊的工藝設備保護設施。根據工藝設備的定位，完成工藝設備及其配套部件的安裝，完成給排水、供電、配電、除塵、排濕管網的安裝，全線投產，并完成工藝設備區地坪漆項目，卷煙廠煙草制絲線生產線投入試生產。

如圖1 所示，煙包先經外形尺寸檢測合格和RFID 識別后才可入庫，在現代煙草制絲線生產線中，烘絲主要采用滾筒式干燥機和高溫氣流式干燥機兩種方式。前者利用轉鼓內壁和排汽管，以導熱的方式對煙草進行加熱和干燥。后者使用加熱管將煙草和熱空氣反向或沿煙草流動方向，以對流方式加熱和干燥煙草。在生產中，這兩種方法各有優缺點。該設備主要用于煙草絲葉的干燥，其工作原理是以含有一定量蒸汽的熱風為干燥介質，以轉鼓為干燥單元，在極低氧氣條件下，葉絲與熱風均勻接觸對流傳熱，干燥膨脹，使最終含水率達到工藝要求。結合鼓式干燥和氣流干燥兩種干燥技術的優點，具有自主知識產權，烘烤后可獲得更高的填充值，有效保持煙草原有的香氣。與滾筒干燥設備相比，單盒煙葉消耗量減少0.5 kg，有效降低卷煙成本。通過調節和控制干燥時間和干燥溫度，可調節多種操作參數，以滿足不同原料的分組加工，具有更廣泛的適應性，在一定程度上降低煙草制絲線設備維護成本和勞動強度。燃料、電與氣流干燥器相比，蒸汽等綜合能耗降低16%。該項目達到煙草制絲線預期的技術經濟指標，為工業卷煙加工節約原材料成本、提高質量。

圖1 煙包先經外形尺寸檢測合格和RFID 識別后才可入庫

3 綜合選擇主控系統的稱重裝置

為盡可能節省煙草制絲線成本，可通過同一網關將多臺稱重設備連接在一起，并作為PROFINET 節點訪問主控制網絡，需要傳輸相對大量的數據。卷煙廠在早期階段使用羅克韋爾自動化公司的SLC500 作為主控系統的稱重裝置，在改擴建項目中，為煙草制絲線節約資金和保證原有投資，仍希望繼續使用這些設備，這就要求網關能夠支持早期SLC500 使用的以太網協議。由于稱重設備是一個獨立的子系統，設備在出廠前已完成初步調試和配置。EtherNet/IP 的網絡地址分配由OEM 制造商完成，這在某些情況下與主控系統PROFINET 的網段不同。如再次修改網絡配置方案，則要延長工期。最終用戶選擇煙草制絲線Beacon Lobal Technology 提供的BT-EN-PNA 網關來完成該項目。BT-EN-PNA 可同時用作多個以太網/IP 服務器（從），因此煙草制絲線可使用LOGIX 作為以太網/IP 主站與多個設備進行通信。BT-EN-PNA 可用作PROFINET 網絡的從節點，其數據傳輸區域最多約1500 個字符，確保多臺設備可同時向PROFINET網絡傳輸數據。Bt en pna 可在羅克韋爾以太網接口側同時支持SLC500/PLC5 以太網協議和LOGIX 平臺以太網/IP 協議，以確保新舊系統的共同運行。BT-EN-PNA 有2 個以太網端口，EtherNet/IP 和PROFINET 可選擇性地劃分不同的網段，或使用相同的子網地址。通過這種方式，OEM 設備可提前配置網絡，縮短現場安裝時間。在本應用中，通過BeaconGlobalTechnology 的BT-EN-PNA-S 數據轉換網關，將獨立的子系統和主控系統統一為一個數據監控平臺。煙草生產全過程的信息數據全部上傳到MES 系統進行管理和調度，滿足信息量大、生產準確的通信要求。提高企業的生產效率和競爭力。

作為自動化控制領域的兩大國際知名品牌，西門子和羅克韋爾PLC 各有優勢，在不同的應用領域都取得煙草制絲線成就。國內某卷煙廠選擇西門子S7-400/300 系列PLC 作為其煙草制絲線生產線的主控系統，全廠采用PROFINET“一網到底”的設計思想，西門子S7-300/400 控制系統與數據庫、工廠MES 系統通信、西門子PLC 之間的通信、PLC 與現場I/O 信號和設備之間的通信由CP343-1/CP443-1 高級以太網通信模塊實現。此外，作為電子稱重系統的獨立子系統，羅克韋爾自動化LOGIX控制器、1769-L33ER 控制器或1756-EN2T 以太網通信模塊可實現以太網/IP 協議通信。

4 引入支持向量機（SVM）方法

Proficy Historian 實時歷史數據庫擁有強大的歷史數據收集和存儲功能比傳統歷史數據庫更易于實現和管理。通過使用本機接口，對準確信息的可靠實時訪問是提高生產力、加快決策和幫助改善生產瓶頸的重要組成部分。利用GE Proficy 軟件平臺設計煙草制絲線煙絲生產集中監控系統，加快客戶決策。同時，該平臺還有良好的可擴展性和集成性。根據煙草原料的質量變化和配方中的功能特點，首次建立煙草制絲線基于煙草加工質量動態變化的原料分組方法，并引入支持向量機（SVM）方法，解決煙草制絲線傳統原材料分類中存在的多質量屬性不一致問題。設計開發煙草制絲線集工藝測試和生產需求于一體的柔性動態生產調度系統，實現煙草制絲線特定品牌的智能工藝路線、生產安排和動態生產調度，為柔性加工的應用提供煙草制絲線技術平臺，精細煙草制絲線生產等關鍵工序，填補煙草制絲線行業空白，使葉尾檢測和處理具有可操作性。首次提出煙草制絲線煙草篩分效果的評價指標，研制并應用煙草制絲線三級串級分流雙層振動篩，解決煙草制絲線煙草篩分重量大、錯篩率高的問題。該設備已在8 家煙草企業推廣應用。

圖2 是銑車削復合機床，以銑為主，車輔之。該機床的特點是能完全加工復雜工件，并能在一次裝夾過程中完成銑削和車削復雜加工，進一步提高生產率。用這臺機床加工刀輥，特點是體積大、重復性強，每個刀片槽的精度要求都很高，而且車削、銑削要一次完成。在實際應用中，發現菜單欄的附加功能欄具有一定的加工策略和繪圖輔助功能，HSM（高速加工）棒中的輪廓偏移、Z 斜下刀和擺動刀軌非常實用。

圖2 銑車削復合機床數控

5 總結

煙草行業是一個自動化程度非常高的行業，由于煙草行業在國家稅收領域的特殊貢獻，中國擁有大量的煙草品牌和不同的配方生產線，制絲生產線是決定煙草產品質量的重要因素，因此，絲生產線的自動控制系統在煙草廠的控制系統中占有重要地位。