摻配工序摻配精準性提升研究與應用

周有偉，鞏緒雄

（安徽中煙工業有限責任公司蕪湖卷煙廠，安徽蕪湖 241000）

0 引言

在宏觀經濟發展進入新常態的背景下，面對行業發展面臨的“四大難題”，進一步挖潛降耗，向企業內部要效益，促進提質增效，是轉變發展方式、提高發展質量的內在要求，也是企業科技活動的目標。為提高過程優質品率，助力高質量發展，摻配工藝指標控制開始由結果控制向過程控制轉變。在此背景下，通過對摻配過程控制實際情況調查研究看出，盡管反映摻配控制水平的各項工藝數據結果合格，但過程實物摻配存在不精確現象，存在精細化技術管控手段不足等問題。通過對摻配工序各系統進行綜合性研究，找出制約摻配精細化控制水平的因素，并通過一系列的優化改造措施，力求提升摻配工序各系統的精細化控制水平，為產品質量的提升提供技術保障。

1 存在的問題

（1）摻配工序輔料秤現有的預鋪功能存在缺陷。只有計量管預填充功能，沒有秤體預鋪功能，生產前預鋪料完成后秤體上沒有存料，導致生產起始階段輔料電子秤雖然已經開始計量，但實際上物料并沒有到達電子秤出口并匯入主料中，存在出料延時問題，造成摻配精度不真實。另外，輔料摻配實物重量與電子秤計量重量也存在誤差，制約了摻配精細化控制水平。

（2）由于主、輔料秤與相應物料交匯點的距離不同，且主秤、輔秤在生產起始階段的啟動時間也不同，導致摻配工序生產起始階段主、輔料在交匯點處的交匯易出現不同步，存在時間差。摻配主秤物料到達交匯點普遍比輔料到達的時間要早，這就造成生產起始階段料頭一部分物料未摻配輔料，主輔料未能實時匹配，輔料未能及時摻配到主料中，導致摻配精度失真，制約了摻配精細化控制水平。摻配工序的12 個主、輔秤物料交匯點交匯時間差統計見表1，其中數據為主料到達交匯點時間—輔料到達交匯點時間。

表1 摻配主輔料交匯時間差統計 s

（3）摻配工序電子秤在運行過程中，PLC 偶發SF 故障，造成參數下發不成功和啟動命令異常，此時如果操作人員未及時發現就會對產品質量造成影響。通過對摻配電子秤進行在線程序監控和故障診斷，經分析主要有以下3 個原因：①聯鎖報警功能不完善，線控PLC 與電子秤雖然有通信驗證信號，但信號即沒做啟動聯鎖，也沒有在畫面上顯示，造成故障不易提前發現；②網絡參數不合理，查詢工藝段網絡組態參數后發現，電子秤網絡更新時間設置偏小，易造成掉網故障；③組態軟件和gsd 文件版本不兼容，由于摻配電子秤的組態gsd 文件為老版本的組態軟件編輯生成，而摻配現使用的是新版本組態軟件，新舊版本之間不兼容易導致電子秤網絡通信故障。

2 改進措施

2.1 輔料預鋪控制程序編寫

為解決輔料秤生產前的預鋪問題，對預鋪的軟件控制程序進行優化調整，設計秤體預鋪料功能（圖1）。通過秤體狀態判斷，置位預鋪料標志位，設置“預鋪料模式”。首先根據實際生產數據數據，合理設置預鋪料設定流量，啟動秤體進行預鋪。

圖1 增加稱體預鋪料功能

為確定電子秤預鋪結束位置，共選取了3 種預鋪方法進行綜合比較分析，分別是設定荷載碼值法預鋪、秤出口光電檢測法預鋪、時間延時法預鋪。

（1）設定荷載碼值法預鋪。通過實驗，記錄秤體鋪滿物料時的荷載碼值，將此碼值作為設定碼值。生產前預鋪階段電子秤運行時載荷達到設定碼值即停止預鋪（荷載碼值=秤體零位碼值+秤體物料重量所對應的碼值）。根據圖2 中的荷載碼值計算方式，此種預鋪方法易受秤體零位值波動的影響，電子秤長期運行其皮帶的張緊度會發生改變，進而造成零位值發生變化，如果還按照原先設定的荷載碼值進行預鋪就會造成物料預鋪位置發生偏差。

圖2 設定荷載法預鋪

（2）秤體出口光電檢測法預鋪。在輔料電子秤出口加裝物料檢測光電，預鋪階段當光電檢測到物料時，電子秤停止運行，預鋪結束。此種預鋪方式同樣存在弊端，即檢測光電預鋪階段被外界灰塵擋住時，會造成光電誤觸發，導致預鋪位置發生偏差（圖3）。

圖3 秤出口光電檢測法預鋪

（3）時間延時法預鋪。如圖4所示，給定一個預鋪的設定流量和預鋪延時時間，預鋪階段電子秤運行達到設定時間即停止預鋪。此種方式不易受外界環境及秤體自身影響，預鋪定位也相對準確。因此最終采用了時間延時方式作為輔料秤生產前的預鋪方式，并合理設定預鋪流量和延時時間。

圖4 延時法預鋪

通過對MES 層的調查分析，發現電子秤生產流量數采閾值為200 kg/h，即當輔料秤流量達到200 kg/h 以上，經過一定延時后MES 數采開始正式判定本批次物料開始投入生產。因此，為避免系統誤判，選取200 kg/h、180 kg/h、160/h 三種預鋪流量分別做測試，根據測試結果合理設置預鋪延時時間。

表2 輔料秤預鋪3 種流量實驗分析

由實驗分析可知，180 kg/h 流量下，預鋪時間短且不會發生系統誤判，因此最終確定將180 kg/h 作為輔料秤預鋪流量。

改進后，為調查每臺輔料秤的預鋪料狀態，項目組對梗絲上層、梗絲下層、膨絲南、膨絲北的電子秤生產前預鋪情況做了統計分析（表3）。

表3 摻配輔料電子秤預鋪統計

通過以上統計分析可知，預鋪延時時間設定為40～50 s 時，預鋪完成后秤體上基本上能布滿物料，可以保證輔料摻配精度的準確性和真實性。

預鋪結束后，為避免預鋪階段電子秤產生的累計量參與到生產階段摻配精度值的計算中，對輔料秤預鋪累計量做了清零處理，并置位“輔料秤準備好”信號。

2.2 優化主輔料配比實時性

結合摻配現場生產實際測定的物料交匯時間差，合理設置輔料秤啟動延時時間，保證主料和輔料在交匯點處同步交匯；并合理設置主秤流量堆棧延時時間，使其與輔料秤啟動延時時間一致，確保主輔料摻配實時、精準。

2.3 軟件優化改進。

（1）在摻配段PLC 控制程序中增加電子秤通信報警，當電子秤與主站通信中斷時，發出聲光報警提示，操作工、維修工可及時檢查干預，避免產生質量風險。為了更直觀地展現故障，在聲光報警的基礎上，還在現場操作站界面增加“通信報警”顯示，由于摻配段電子秤較為集中，首先在該段增加“報警”顯示，當稱通信正常、綠色常亮；如果通信故障，紅色閃爍。

（2）經統計，每次“通信故障”都是出現在斷電之后，因此電子秤與主站的通信方式需要優化。通過對PLC 的通信模式的研究，對電子秤與主站間的PROFINET 連接屬性進行優化，并對PLC 相關參數進行調整實驗，從源頭上解決“通信故障”。同時，為防止新舊版本之間不兼容導致電子秤出現通信問題，將組態軟件系統的版本降低，并重新生成組態gsd 文件，將其載入輔料電子秤PLC 中測試，未發現異常。

優化改進后，經現場測試，電子秤通信報警功能正常，同時，網絡穩定性顯著提升。

3 總結

通過以上的改進措施，為摻配系統提供了一種精細化的控制技術，有效解決了卷煙煙絲生產過程中摻配工序存在的實物摻配精準度不足、摻配過程控制能力較差等問題，提高了摻配精細化控制水平。同時也將為車間其他工序的生產奠定堅實的技術優勢和有效的保障手段，為制絲線工藝水平提升提供啟發和指導作用。