煙葉分揀機安全防護改善

甘 華，黃毅濤*，沈宇浩

（廣西中煙工業有限責任公司，廣西 南寧）

引言

近年來，隨著企業對設備安全要求的不斷提高，如何有效保護操作人員的人身安全，是每個企業都需要面對的問題，遵循安全第一始終是企業的宗旨，提升設備的安全防護是必不可少的。煙葉分揀機具有煙葉攤薄、水平加速輸送、煙葉和雜物識別、雜物剔除、允收物輸送等功能，是用于煙葉內雜物分揀的專用設備。但是煙葉分揀機由于設計初期對安全防護考慮不完善，出現保養檢修倉門打開無法停機的情況。通過對光學箱倉門和保養檢修倉門加裝打開檢測信號，以及完善分揀機PLC 安全控制邏輯，實現煙葉分揀機安全防護改善。此文為一個煙葉分揀機安全防護改善簡介，實現了對分揀機機操作人員人身的有效保護，以及降低因檢修倉門打開對操作人員的損傷。

1 煙葉分揀機概況

1.1 煙葉分揀機簡介

在煙葉的生產過程中，除去雜質一直是一項耗時且繁瑣的任務。隨著科技的不斷進步，煙葉分揀機已經成為一種革命性的工具，用于改善煙草生產的效率和質量。光學識別檢測在煙草生產中用于檢測煙葉中的雜物[1]。這些系統結合了光學技術和圖像處理算法，可以高速而準確地檢測并排除雜質，從而提高煙草產品的質量[2]。

分揀光學識別的核心原理是利用光學射線的特性來探測和分類物體[3]。在煙葉分揀機中，將光學射線投射到經過傳送帶的煙葉上，然后通過反射和散射來檢測葉片表面的特定特征。這項技術的關鍵之處在于其高精度和高速度的識別能力，使其成為煙葉處理過程中的理想選擇[4]。

1.2 煙葉分揀機結構

煙葉分揀機有兩個部分，分別為煙葉輸送部分和光學分揀部分。煙葉輸送部分由一個輸送振槽、三條高速皮帶、一條雜物輸送皮帶、一條合格煙葉輸送皮帶組成。光學分揀部分由兩個光學箱、剔除氣槍、冷卻水供應裝置和空壓氣吹掃系統組成。光學箱倉門位于光學箱通道側面，見圖1。保養維修倉門位于光學箱掃描區上方。

圖1 光學箱倉門示意

1.3 煙葉分揀機工作原理

1.3.1 煙葉輸送部分工作原理 煙葉輸送部分的工作原理是，由輸送振槽將前端輸送來的煙葉進行攤薄，攤薄后的煙葉進入高速皮帶進行加速，三條高速皮帶對煙葉兩次加速后，使煙葉高速通過光學分揀部分的掃描區，通過掃描區后的煙葉以平拋運動的方式落入合格煙葉輸送皮帶，并輸送到下一工序，如果被掃描區判定為雜物，則雜物被剔除氣槍內的空壓氣噴吹，改變運動方向，落入雜物輸送皮帶，將其輸送到雜物回收箱中。

1.3.2 光學分揀部分工作原理 光學分揀部分的工作原理是，兩個光學箱從箱內發出光學射線，并將光學射線投射到掃描區，光學箱通過識別反饋回來的光學來辨別掃描誤物的性質，煙葉等物料經過掃描區，如果被判定為雜物，光學箱則啟動剔除氣槍剔除雜物。冷卻水供應裝置為兩個光學箱提供冷卻水。空壓氣吹掃系統為兩個光學箱的光學通道空壓氣吹掃，保證光學通道無粉塵堆積。光學箱反饋識別原理見圖2。

圖2 學箱反饋識別原理

煙葉分揀機識別和分類各種類型的煙葉和雜質需要建立煙葉模型，建立煙葉模型收集大量的煙葉樣本數據。采集的數據可能包括高分辨率的煙葉圖像，每個圖像都應該包含單獨的煙葉和可能的雜質。建立煙葉模型的過程均在DSP 工控機上完成。在DSP 工控機上煙葉建模見圖3。

圖3 煙葉建模

1.4 煙葉分揀機操作流程

1.4.1 開機、系統初始化 每次操作前，確認分揀機的光學箱倉門和保養檢修倉門關閉，必須將冷卻水供應裝置的開關合上，保證冷卻水一直處于供應狀態。光學箱啟動指示燈常亮后表明啟動完成，將控制屏上的本地/遠程鑰匙開關旋轉至遠程狀態，光學箱進入等待狀態。

1.4.2 光學箱狀態確認 光學箱進入等待狀態后，打開操作屏狀態顯示界面，進入反饋信號采集圖，此時未有物料通過掃描區，從而反饋信號采集圖應采集到的信號應在優良品區，如果反饋信號采集點有在不良品區，表明在此狀態下掃描區內有異物，需要清理掃描區內的異物，直至采集信號全部在優良品區內。

1.4.3 線啟動操作流程 在控制柜上的操作面板將設備裝置設置為遠程自動狀態，確保煙葉分揀機能夠接收到線控設備的啟動信號。煙葉分揀裝置接到線控啟動信號后，切換到牌號信息界面，確認線控下發的牌號信息與實際生產牌號信息一致。檢查運行指示燈是否亮起。以上狀態檢查無異常后，可確認煙葉分揀機啟動正常。

1.5 煙葉分揀機存在問題

目前制絲線的煙葉分揀機上光學箱倉門和保養檢修倉門在打開狀態下，煙葉除雜機的輸送皮帶仍然能夠運轉，并且無報警提示，當保養人員現意外墜落情況，設備仍在運轉，從而對操作人員的人身安全有一定的安全隱患，如果生產過程中倉門打開，也會給產品質量帶來一定的隱患。保養檢修倉門在設備上的位置見圖4。

圖4 保養檢修倉門位置

當煙葉分揀機工作時，光學箱倉門和保養檢修倉門打開，有可能因為其他物體落入光學箱通道內，導致光學箱通道堵塞，從而煙葉分揀機不斷啟動剔除氣槍，使大量煙葉被誤剔至雜物輸送皮帶，容易造成雜物輸送皮帶堵塞的安全隱患，也對設備形成一定的損傷。

2 煙葉分揀機改善方案

2.1 選擇倉門檢測

（1） 采用行程開關，具有精確控制電路的通斷時間，并且包含閉合、斷開兩種信號狀態，操作簡單，安裝方便。（2） 采用光電開關，具有檢測距離長，受檢測物體的限制少。分辨率較高，可以作為高精度的位置檢測。（3）

采用接近開關，具有防水、防震、耐腐蝕性，應用壽命長，抗干擾性強，頻率響應快，性能穩定。

根據現場觀察，發現煙葉分揀機內部粉塵較大，容易產生積塵，如果采用行程開關或光電開關作為倉門檢測，容易造成行程開關內觸點接觸不良或者光電開關誤檢測，降低倉門開關信號的可靠性，因此采用接近開關作為倉門檢測開關。

2.2 倉門檢測信號接入方式

（1） 采用接入皮帶電機控制回路，該方式能夠迅速切斷皮帶電機運行，防止倉門打開后有異物落入，造成設備與異物的碰撞。（2） 采用接入光學箱控制回路，該方式能夠立即切斷光學箱的電源，防止光學射線的外溢，避免光學射線對人體的傷害。（3） 采用接入安全繼電器回路，此方式能夠同時切斷煙葉輸送部分和光學分揀部分的電源，保護范圍大。

綜合各方面的因素，分析三個接入方式的利弊，決定采用接入安全繼電器回路，既能保障設備的安全穩定運行，又能切實防止光學射線對人的傷害。

2.3 煙葉分揀機控制邏輯

由于加入了倉門檢測開關信號，因此需要對控制邏輯進行調整，在初始化完成后加入判斷，判斷倉門是否關閉，如果沒有關閉，一直在初始化完成狀態等待，當倉門關閉后，再判斷報警是否復位，如果沒有復位，一直等待復位信號后才能進行下一步，當接收到復位信號后，分揀機啟動光學箱，最后等待線控信號。新增控制邏輯見圖5。

圖5 新增控制邏輯

2.4 煙葉分揀機倉門打開報警方案

經與操作人員溝通交流，提出煙葉分揀機倉門打開報警的要求，一是能在操作畫面上突出報警，同時具有報警記錄，二是報警信息能通過聲、光等形式進行凸顯，有效提醒設備周邊人員注意，三是在操作人員確認現場倉門關閉后，點擊復位按鈕消除報警信息才能啟動煙葉分揀機。

3 煙葉分揀機改善實施

3.1 保養檢修倉門檢測安裝

為了實現煙葉分揀機倉門打開停機的功能，需要在保養倉門增加閉合檢測開關，利用接近開關的常開觸點，接入安全繼電器回路，同時接近開關的常閉觸點接入聲光報警回路。當倉門打開時，檢測開關的常閉觸點接通報警回路。

3.2 煙葉分揀機控制邏輯設計

當報警回路接通時，PLC 檢測到報警信號，立即停止煙葉輸送部分和光學分揀部分的工作。并且需要操作人員確保倉門關閉時，在觸摸屏上復位報警后方能重新啟動。

3.3 倉門打開聲光報警安裝

聲光報警器安裝于操作屏上方，倉門打開，報警回路接通，同時觸發聲光報警器工作，聲光報警器發出分貝高的報警聲，并且不斷地閃爍著強光提醒操作人員，煙葉分揀機倉門已打開。確認倉門關閉，同時需要在操作屏上復位，報警后聲光報警器才停止報警。

4 改善效果驗證

4.1 邏輯控制驗證

為了檢驗設計的煙葉分揀機控制邏輯是否正確，采用模擬實際生產的方式進行驗證。

當倉門處于關閉狀態，線控給煙葉分揀機啟動信號時，煙葉分揀機能夠正常啟動，此時打開倉門，煙葉分揀機立即停止工作，聲光報警器工作，發出報警。恢復倉門關閉，操作屏復位報警信息，煙葉分揀機重新啟動。

當倉門處于打開狀態，線控給煙葉分揀機啟動信號時，煙葉分揀機無法啟動，并且聲光報警器工作，發出報警，驗證結果符合設計要求。

4.2 生產聯動驗證

除了煙葉分揀機自身的邏輯控制驗證外，還采取生產線聯動驗證，在煙葉分揀機生產情況下，人為打開倉門，觀察煙葉分揀機的煙葉輸送部分和光學分揀部分是否立即停止工作，前端的輸送設備是否停止供料，驗證結果為倉門打開后能夠實現安全停機。

通過增加倉門檢測開關，優化煙葉分揀機的控制系統，增加了倉門打開停機報警的控制邏輯，改進了倉門的安全防護措施。新增的安全邏輯控制，保障操作人員的人身安全和設備的安全運行，安裝優化后的報警裝置，在操作屏添加煙葉分揀機的狀態信息，特別是倉門打開報警信息，為人員和設備提供全面的安全保護。完善煙葉分揀機安全操作指導書，為操作人員操作維護煙葉分揀機提供作業指導。

結束語

此次對煙葉分揀機的安全防護改善，有效防止因遺忘或人為誤操作打開光學箱倉門和保養檢修倉門導致人身傷害或設備損壞。新的煙葉分揀機控制邏輯安全性高，能夠保障操作人員的人身安全，同時提升設備運行的穩定性。

智能分析和識別雜物的檢測在各個行業中十分重要，并且顯示了該技術如何提高產品質量、安全性和生產效率。這是通過結合圖像處理、機器學習和實時控制等技術來實現的。該煙葉分揀機的安全防護改善,也驗證了這項改善方案的可行性，具有同類型設備的提供改善經驗。