混絲加香前秤流量恒定化控制的改進研究

葉 楠， 田燕鳳， 劉 順， 劉賜德

（江西中煙工業有限責任公司贛州卷煙廠， 江西 贛州 341000）

0 引言

在整個卷煙生產過程中，煙片和煙絲的物料流量的狀態在很大程度上決定了卷煙產品的質量，確保生產中物料流量保持恒定是保證卷煙產品質量穩定的關鍵因素。隨著卷煙工業高質量發展中對降本增效和工藝質量控制方面的要求進一步提高，行業關于煙葉和煙絲加工過程中各工序的物料流量恒定化的需求更加突顯[1]。變異系數（Coefficient of Variation,CV）是測度數據變異程度的相對統計量，可以衡量卷煙產品質量指標的穩定性，通常，變異系數越小，說明數據的變異程度越小，穩定性越高[2-3]。

混絲加香單元是煙草制絲工藝的重要環節，也是容易造成偏差的關鍵環節，主要完成入料、存料、定量加料的工作[4]。混絲加香機是用于將物料（葉絲、梗絲、膨脹煙絲、薄片煙絲等）進一步混合均勻，并按照產品配方的設計要求，將香精準確均勻地施加在煙絲上，增加成品煙支的香氣，減輕刺激性氣味，改善余味，使煙香豐滿，滿足制絲加工的工藝需求[5-6]。由此可知，混絲加香環節對煙絲內在質量的影響重大，其加香精度在很大程度上決定了卷煙產品的品質。加香精度是衡量加香均勻性和穩定性的唯一指標，由加香實際比例與加香設定比例差的絕對值除以加香設定比例計算得出。在混絲加香單元里，煙絲流量波動是影響加香精度的關鍵，實現物料流量恒定化可改善加香工序香料霧化效果，進而提高加香精度[7]。

質量是企業的生命線，如何穩定混絲加香單元物料流量，提升工藝參數控制精度，從而提升產品感官質量的一致性，是保證卷煙產品質量穩定的重中之重[8]。本研究根據某卷煙廠制絲車間工藝路線特點，增加了混絲加香前秤恒流量控制功能，以確保混絲加香單元煙絲物料流量的穩定，從而穩定批次內的各項工藝指標的考核，為物料流量穩定控制提供技術參考。

1 現狀調查與分析

某卷煙廠制絲車間絲線段工藝路線較長，其中混絲加香單元的工藝流程如圖1 所示。

圖1 混絲加香單元工藝流程

在絲線段，僅切絲后烘絲前有喂料倉，后工序均沒有喂料倉來儲存物料，因此，物料從烘絲機滾筒出來后將直接經皮帶輸送到皮帶秤上進行計量計算，若各個摻配物在摻配過程中出現流量波動，將在混絲加香單元產生疊加。同時，混絲加香前電子皮帶秤為定頻固定速率運行，皮帶秤上沒有計量管，無法在皮帶秤上緩存物料，物料來多少走多少，致使批次內流量波動較大。而振槽和輸送皮帶銜接點較多，一旦出現物流流量瞬間波動較大，物料較多時，將導致混絲加香前秤的流量波動。

葉絲線的額定加工能力為5 000 kg/h，目前存在著主葉絲流量波動較大，有時其流量極差可達1 000 kg/h左右，其計量精度在0.4%～0.5%之間，即將達到標準0.5%的上限，各個摻配物的流量也因此產生波動，而這些波動的疊加將加劇混絲加香前電子皮帶秤的瞬時流量波動。加香機實際施加的香精料液量是通過加香機PLC 控制的，首先處理混絲加香前秤的物料瞬時流量和累計重量信號，再與所得設定的加香量與質量流量計檢測到的加香量進行比較，從而控制變頻器的輸出頻率，進而改變電機的轉速，實現所泵出的香精流量隨物料流量的改變而實時變化，達到加香機按加香設定比例加香精的自動控制[6]。因此，混絲加香前秤物料流量的波動將導致加香機的加香泵頻繁地調整輸出頻率，雖然加香累計精度符合0.3%以內的考核要求，但瞬時加香比例變異系數偏大，達到2%以上，高于卷煙工藝規范要求的0.5%以內。同時，受物料流量不穩定因素的影響，易在落料處造成堵料停機現象，影響生產的連續性和批次內的各項工藝指標的考核。

以2023 年2 月4 日A 牌號某批次數據為例，圖2 是混絲加香前秤的瞬時流量和累計流量，從圖中可知，在生產穩定過程中，混絲加香前秤流量最大值為6 385.88 kg/h，最小值為5 006.17 kg/h，最大最小值之間的極差達1 379.70 kg/h。圖3 顯示了混絲加香機的加香瞬時比例，根據計算可知，瞬時加香比例變異系數為4.57%，其中瞬時加香比例變異系數遠遠超出卷煙工藝規范不大于0.5%要求。

圖2 混絲加香前秤瞬時流量和累計流量

圖3 混絲加香機加香瞬時比例

2 措施與對策

對于該問題的解決，關鍵在于各個牌號的片煙出料底帶以怎樣的頻率與實際加料的流量之間相匹配。所以，對于該問題的模型思路是先對現有的參數進行摸底，估算出現有參數下的出料流量。其次，構建預混柜容量和出料模型，計算出底帶的頻率，并對其進行優化，得到匹配的參數。針對混絲加香前秤流量不穩定的問題，本研究旨在通過改進設備與調整控制程度，增加混絲加香前秤恒流量控制功能，以期確保煙絲流量穩定，降低落料處造成堵料停機現象的可能性，穩定批次內的各項工藝指標的考核。

2.1 升級混絲加香單元工藝柜PLC 程序

為解決在來料過程中，由于沒有喂料倉調節物料流量而引起物料流量波動較大的問題，在混絲加香前秤的前級皮帶處加裝輸送機變頻器，增加前級皮帶輸送機電機狀態與控制頻率存儲單元，同時增加前級皮帶輸送機PID 控制功能，使得前級皮帶輸送機在正常生產時，由定頻控制改為變頻控制，控制頻率由混絲加香前秤確定，便于及時根據來料流量調整電機頻率。

2.2 升級混絲加香前電子皮帶秤程序

為穩定混絲加香前秤的物料流量，增加電子皮帶秤流量PID 控制功能和自動計算電子皮帶秤設定流量功能，以綁定下發的生產任務中所選擇的生產路徑上的摻配秤作為判定依據，將這些摻配秤的流量之和作為加香前秤流量進行調控。升級后的混絲加香前秤程序可實現根據采集的數據自動計算出設定流量，保證電子皮帶秤在流量長期不足時，自動降低設定流量以保證流量控制穩定，同時實現當前級皮帶輸送機長期處于頻率下限時，提高設定流量的功能，以避免堵料現象的發生。

2.3 優化數據采集時間

由于混絲加香前秤和加香機的數據由不同的PLC 控制，工藝柜讀取過程數據時，未嚴格按相同時間間隔同步采集，因此造成皮帶秤和流量計的讀取數據不同步，形成偏差較大，進而影響混絲加香機加香精度。為解決上述問題，通過修改現場皮帶秤和加香機PLC 軟件，使其嚴格按10 秒的時間間隔將所需的數據存儲在中間數據區，等待107 工藝柜PLC 讀取的方式，實現采集間隔同步。

3 改進效果分析

以A 品牌煙絲為例，統計改進混絲加香單元工藝柜PLC 程序和前電子皮帶秤程序前后的數據，對比改進前后混絲加香前秤流量極差、流量變異系數和瞬時加香比例變異系數，數據統計結果如表1 所示。

表1 改進混絲加香單元工藝柜PLC 程序和前電子皮帶秤程序前后數據對比

從表1 可看出，混絲加香前秤流量極差由改善前的1 283 kg/h 下降至改善后的148 kg/h，下降了1135 kg/h，秤流量CV 由改善前的3.88%下降至改善后的0.89%，下降了2.99%，較大程度提高了混絲加香單元物料流量的穩定性。通過改進混絲加香單元工藝柜PLC 程序和前電子皮帶秤程序，增加了混絲加香前秤恒流量控制功能，使得混絲加香前物料流量穩定性得到了大幅度的提升，有效減少因物料流量不穩定引起的斷料次數。瞬時加香比例由改進前的2.06%下降至改善后的1.73%，僅下降了0.33%，取得了一定改善效果，但并未達到卷煙工藝規范不大于0.5%的要求。

表2 統計了改進混絲加香前秤和加香機PLC軟件，優化數據采集時間前后的上述卷煙品牌煙絲，在瞬時加香比例均值和瞬時加香比例變異系數方面的數據。

表2 優化數據采集時間前后數據對比

由表2 可知，通過優化數據采集時間，在瞬時加香比例均值無顯著差異的情況下，瞬時加香比例變異系數從優化前的1.73%下降至優化后的0.20%，明顯改善了瞬時加香比例變異系數，使之達到了卷煙工藝規范不大于0.5%的要求。

為驗證混絲加香前秤流量恒定化控制改進后，對提升工藝參數控制精度的有效性和穩定性，跟蹤調查了改進后葉絲線部分卷煙品牌煙絲的不同批次產品，其混絲加香前秤流量極差、流量變異系數和瞬時加香比例變異系數的數據，統計結果如表3 所示。

表3 混絲加香前秤流量恒定化控制改進后工藝參數數據

由表3 可知，不同批次的各卷煙品牌煙絲的混絲加香前秤流量極差和流量變異系數均較小，瞬時加香比例變異系數基本能控制在0.2%左右，均能實現卷煙工藝規范不大于0.5%的要求，說明通過改進混絲加香前秤流量恒定化控制，極大程度地優化了混絲加香單元的物料流量穩定性，實現了穩定有效地提升工藝參數控制精度。

4 結語

根據某卷煙廠現有工藝路徑，通過加裝輸送機變頻器，改進混絲加香單元工藝柜PLC 程序和前電子皮帶秤程序，增加了混絲加香前秤恒流量控制功能，同時通過改進混絲加香前秤和加香機PLC 軟件，優化數據采集時間，解決了讀取數據間隔同步問題。本探究有效實現了混絲加香前秤流量的恒定化，提升了瞬時加香比例變異系數控制精度，達到了卷煙工藝規范要求，提高了卷煙質量。