制丝车间环境温湿度布控位置分析研究

制丝车间环境温湿度布控位置分析研究

邹欣延1,史成云1,崔文波1,崔汝念1

1. 红塔烟草（集团）有限责任公司昭通卷烟厂,云南省 昭通市 657000

摘要：车间环境温湿度的变化对生产质量和控制难度有一定的影响。文章作为先导性探索，对常温常湿的制丝车间进行环境温湿度布控位置的研究，以便为后续的环境温湿度对产品质量和设备控制的稳定性做基础性研究。

关键词：环境温湿度、传感器、相关性分析

1.问题的提出

制丝过程控制中主要控制参数为烟丝的水分和温度，而其中主要控制部分包括松散回潮、润叶加料、烘丝工序。通过建立松散回潮、润叶加料、烘丝工序对环境温湿度的自适应调节机制，使各工序的出口物料含水率标偏有所降低，并实现成品烟丝感官质量稳定提升的目的。

1.1环境温湿度在回潮工序中产生的影响

环境温湿度在回潮的工序中，设备工艺必须选取含有吸水特性并且自身水分充足的物料，对出口物料的水分及温度都应达到要求，这样才能使物料质量具有稳定性。回潮工艺中的有些设备操作简便，在降低劳动强度的同时还能够与滚筒式回潮机进行组合生产，但是有些设备还存在着很多问题。例如：粉尘多，生产环境较差等，这些问题给整个工艺制作带来极大的不便。由此可见， 在回潮工艺中，环境温湿度对于烟草制丝质量的蒸汽量、加水量和热风温度等都起着至关重要的作用。

1.2环境温湿度在加料工序中产生的影响

 环境温湿度在加料工序中，卷烟香味的质量保证主要来源于烟草制丝的精细加工。因为消费者消费的主要原因是卷烟中的香味，这种香味吸引着消费者，所以在加料工序中必须保正物料的质量以及精确性。烟草加料工序一旦出现问题，就会造成大量损失。为了满足消费者对于烟草香味的更高需求，烟草工作人员必须去不断发掘烟草的价值，进行不断创新。但是，在加料工序中，经常会受到环境温湿度的影响，从而导致了很多实质性问题，比如：料液施加不均匀、性能不稳定以及烟草的使用率没有达到指标等等， 这些问题严重影响了烟草制丝加工的质量。

1.3环境温湿度在烘丝工序中产生的影响

烘丝工艺是制丝线制作过程中最重要的一个环节。烘丝工艺既决定了生产成本还决定了后续的加工，对于整个制作过程都起着不可或缺的作用。烘丝机筒壁的温度作为主体热源，对于烟草的质量起着至关重要的作用。筒壁温度作为叶丝干燥的控制因素，系统存在热量惯性大、对烟丝调节时间较长周期缓慢等各种问题。针对这些问题，必须进行反复测验，对筒壁的温度进行多次更改，并且将周期不断延长。但是出现了物料出口呈现了大幅度的波动，这种大幅度的波动严重的影响了烟草的质量。后经过反复不断的研究和计算，筒壁的温度不适合作为制丝工艺中参数的考量。

2.环境温湿度数据的采集

2.1当前传感器布控点现状

我厂制丝车间由2013年进行就地技改，技改之后，车间内除了准丝房与储丝房是恒温恒湿的环境，其余工序均为常温常湿，由于当地气候原因，昼夜温差较大，且制丝加工过程的主要任务就是对物料进行增温增湿以及脱水干燥，为热源工序，环境温湿度会随着生产时间的增加而增加。而由于技改原因，当前温湿度传感器布控点仅用于监测车间的恒温恒湿部分及准丝房与储丝房中，未对车间重点加工工序进行环境温湿度监测，故需对传感器布控位置进行分析研究。

2.2对传感器布控点进行设计

（1）生产线环境温、湿度检测传感器的安装

根据昭通烟厂制丝车间的生产设备分布情况及厂房结构，研究以车间主线为切入点，分别在主线设备的分布区域安装10套温、湿度检测传感器。安装采用桥架壁挂安装方式：在每个检测点附近寻找就近的生产设备工艺段现场子站箱下线桥架，将温湿度传感器壁挂安装于桥架外壁，在桥架外壁开孔安装电缆锁紧套，敷设线缆接通温、湿度传感器的工作电源及模拟量信号传输屏蔽电缆。

鉴于传感器的信号接口特性，采用在生产线分布区域的底层设备控制系统的PLC控制子站上新增10块模拟量输入模块先进行接收10套温湿度检测传感器的信号，再通过编程调试生产线分布区域相关的工艺段PLC控制程序，准备好温湿度检测传感器的数据包给中控网络的MES系统进行远程数采。

规划设计后，10套温湿度传感器安装于主线生产区域的松散回潮机、润叶加料机、烘丝机入口和出口各一套，松散回潮后一级储叶柜中间位置一套，润叶加料后二级储叶柜中间位置1套，烘丝后储丝柜中间位置1套。每套传感器从就近子站箱取电，并在该子站箱接口模块后面增加1块4-20mA模拟量模块接温度和湿度的模拟量信号。利旧各工艺段在用的西门子接口模块、网络、CPU采集温湿度信号，在该工艺段CPU里编写模数转换程序，将模拟信号转换为温度和湿度值，并将实时温湿度数据包通过中控网络送到中控服务器，在中控界面上显示实时值，在中控服务器上编写数据接口程序给MES系统进行远程数采。

温湿度传感器安装高度需根据控制设备的高度设计，这样才能保证物料经过设备和储存时所处的环境温湿度的真实性。回潮机，加料机，烘丝机入口安装的温湿度传感器高度以入口电子称皮带高度一致，安装于电子称计量管附近。回潮机，加料机，烘丝机出口安装于水份仪附近。储柜中间安装的温湿度传感器尽量与储柜储叶、丝后物料表面高度一致。

◆温湿度传感器分布点及信号接入子站规划如下表：

◆湿度传感器安装位置规划如下图：

图1 主线ZS11松散回潮、润叶加料机生产区域温湿度传感器位置图

图2 主线ZS21切丝机、烘丝机生产区域温湿度传感器位置图

3.实验方法

为了具体了解烟丝在制丝过程中是否受到室外温湿度的影响以及室外温湿度和制丝室内环境如何影响烟丝水分，需对同一牌号20 批制丝线烟叶各处水分及其所处环境的温湿度进行测定。采用同一牌号20 批烟叶在不同环境温湿度条件下主线生产区域的松散回潮机入口和出口，松散回潮后一级储叶柜中间位置，烟叶含水率抽检数据，每批数据样本量在50个左右。基本数据统计特征应如下统计：

给出20个批次主线生产区域的松散回潮机入口和出口，松散回潮后一级储叶柜中间位置的环境温湿度各项参数值，给出各批次回潮入口、出口含水率的均值情况。

通过纵向对比可知，各段烟叶含水率在不同温湿度条件下的均值和标准差是存在着一定差异的，具体差异情况可通过方差分析科学地评判。设定烟叶含水率在进入分析环节前都在合理的控制范围，便于方法的确定和模型的分析。

1、对环境温湿度变化与各关键工序实际出口水分进行相关性分析，研究各工序环境温湿度变化情况下的实际出口水分情况；

2、分析不同环境温湿度条件下加水比例的规律，建立数学模型，在工艺范围内及时调整加水比例，确保回潮工序出口水分含水率的稳定。

3.1相关分析

在实际问题中，一个变量往往受到多个变量的影响。例如，在烟草生产中，出口水分不仅仅由设定水分、入口水分有关，还有温度和湿度等多个因素的影响。协方差是衡量两个随机变量（同一样本，不同分量）的相关程度。 

因为水分仪和烘箱的数据都是随机的，在二维随机变量中，主要数字特征是数学期望、方差、协方差和相关函数。

如果两个随机过程的方差相同，可以用协方差函数的绝对值的大小比较两个过程在时刻状态的线性联系密切程度。与的协方差，称为随机过程的自协方差函数，记为：，即

(4)

对于多样本来说,样本协方差阵为：

(5)

因为各个指标数据量纲不一致，为了消除指标之间量纲的相互影响，需要对数据进行标准化处理，标准化处理的公式是：

(6)

影响资料阵已经被标准化了，所以协方差阵为：

(7)

依据相关现象之间的不同特征，其统计指标的名称有所不同。用协方差描述指标相关性的特征。相关系数用表示，值介于–1与+1之间，即。其性质如下：

当时，表示两变量正相关，时，两变量为负相关。当|r|=1时，表示两变量为完全线性相关，即为函数关系。当时，表示两变量间无线性相关关系。当时，表示两变量存在一定程度的线性相关。且越接近1，两变量间线性关系越密切；|r|越接近于0，表示两变量的线性相关越弱。一般可按三级划分：为低度线性相关；为显著性相关；为高度线性相关。我们首先用协方差阵衡量误差与各个因素之间的关系。

3.2多元回归分析

多元回归中，一个因变量开始由多个自变量来决定，设为因变量，为自变量，并且自变量与因变量之间为线性关系时，则多元线性回归模型为：

（1）

其中，b为常数项，k为回归系数，为固定时，每增加一个单位对的效应，即对的偏回归系数；同理为固定时，每增加一个单位对的效应，即对的偏回归系数等等。如果三个自变量同一个因变量呈线性相关时。可用三元线性回归模型描述为：

（2）

参考文献

[1]杨佳玫,曾经纬,黄立兵,等.烟叶仓储环境下温湿度的相关性及差异性分析[J].南方农机.2020,(4).

[2]陈志浩,苗芊,卢嫣萍,等.恒温恒湿调节箱内气流分布状态及其对卷烟调节效果的影响[J].中国烟草学报.2020,(2).

[3]李朝建,金勇,周成喜,等.水分含量对不同类型加热不燃烧 卷烟化学成分的影响[J].食品与机械.2019,(10).DOI:10.13652/j.issn.1003-5788.2019.10.007.