提升薄板烘丝机自动化控制方案探讨

提升薄板烘丝机自动化控制方案探讨

第一作者：黄鸿远   通讯作者：周亮轩     韦福兴、韦手于、覃梁谊、陈开辉、梁越城

（广西中烟工业有限责任公司柳州卷烟厂，广西  柳州，545005）

【摘　要】薄板烘丝机是卷烟厂制丝生产线上的关键设备，在卷烟工业中，薄板烘丝机是保证卷烟内在质量的一个核心环节。烟丝在经过切丝等前期加工后，含有一定量的水分，需要通过烘丝机进行干燥处理，将烟丝的含水率降低到符合卷烟生产工艺要求的水平。本文通过探索合理控制 “筒温”和“除水量”两个参数，以降低烘丝筒出口水分 “标准偏差”的目的。

【关键词】薄板烘丝机；参数；筒温；除水量；标准偏差

1 引 言

 烘丝机在制丝行业中是不可或缺的设备，它通过调整水分、提升品质和促进后续加工等方面的作用，为卷烟生产提供了高质量的烟丝原料。其工艺任务是去除叶丝中部分水分，提高叶丝填充能力和耐加工性，改善感官舒适性，提高品吸质量。如何去提高烘丝机自动化控制水平，直接关系到产品质量。

2  提升薄板烘丝机自动化控制方案探讨

评判烘丝机自动化控制水平好坏的标准是看其出口水分的“标准偏差”，它涉及到的最主要控制参数就是“筒温”和“除水量”。具体的说法是：“筒温和除水量之间的对应关系设定得越为匹配，那么烘丝机出口水分的标准偏差就会越好”。这看上去很简单，但其中涉及到了不少问题，限制了烘丝机的性能没有得到最佳发挥。若能够有效解决这些问题，烘丝机的自动化控制水平可以进一步提升，具体分析如下：

问题一、在“配方参数”里，缺少筒温的上下限自动限定功能：这使得当筒温快接近工艺规定的上下限时，需要提前进行“手动操作”，也就提前干扰了自动化控制水平。建议：在每个牌号的“配方参数”表里增加“筒温上限”及“筒温下限”这两个参数，在每批烟过料前随着“配方参数”表下到控制系统即可。

问题二、在“设备参数”里，没有分别调节一、二区筒温的独立控制功能：在设备的设计上，烘丝机的筒温控制是分为前半区（一区）和后半区（二区）两个独立区域的，但当前工艺规定这两个区域的筒温必须一模一样，不允许独立控制。而实际情况是：每批烟在生产过程中的筒温变化基本都要超过3℃以上。而且，从年度时间的跨度上看，同样牌号的烟丝需要的筒温波动范围更大。例如“XXX”牌号，一年下来，筒温最低开到128℃，最高开到143℃。建议：在工艺规定的筒温上下限范围内，可以允许一、二区的筒温分别实现相对独立的控制，例如一区筒温主要倾向于前馈控制（其反馈控制的比例可以由当前的60%减少到30%），二区筒温主要倾向于反馈控制（其反馈控制的比例可以由当前的60%增加到90%），这样，就可以进一步的改善烘丝机的控制响应时间，为进一步优化PID控制水平提供了有利支撑。

问题三、烘丝机“出口水分” PID控制参数的进一步优化工作，因为条件不满足，暂时无法开展：目前烘丝机“出口水分控制” PID参数的设定值相对设定得比较小，使得筒温自动反馈控制调节的速度比较慢。这时因为受到实际情况的限制而逼不得已采取的做法。原因就是如上所说的问题一和问题二，进一步具体分析如下：1、有的牌号工艺允许的筒温控制范围较小，例如“YY”牌号规定为137℃~143℃，即140℃±3℃，如果没有设定“筒温上下限”参数，使用快速的筒温自动调节能力很容易就超标了。2、物料在烘丝机内的整体运行时间是6至7分钟，这属于“大滞后时间控制系统”。目前烘丝机一、二区筒温不允许相对独立控制，若调整使用较大的烘丝机“出口水分控制” PID参数，使得筒温自动反馈控制的调节能力较快，就一定会出现“过调”现象，反而对控制的稳定性不利。而一旦启用了一、二区筒温相对独立控制功能，就可以重新测试后，使用相对较大的烘丝机“出口水分控制” PID参数也不会“过调”现象，从而达到提升烘丝机的快速反馈调节能力的目的。

问题四、在“配方参数”里，缺少“环境温度变化修正系数”：经过实践证明，当环境温度每变化3℃，需要的筒温就对应的变化2℃左右，只有提前告知烘丝机控制系统该变化因素，才有可能使得前馈控制功能更加精准，降低反馈调节的难度。

问题五、在“配方参数”里，缺少“SIROX蒸汽流量设定值的变化而对应的水分变化修正系数”：双喜牌号的烟，SIROX蒸汽流量设定值是允许改变的，经过实践证明，SIROX蒸汽流量每变化15L/h，相当于物料来料水分变化了0.1%左右，只有提前告知烘丝机控制系统该变化因素，才有可能使得前馈控制功能更加精准，降低反馈调节的难度。

问题六、在“配方参数”里，缺少 “烘丝机入口水分、出口水分、加香筒出口水分、梗丝及膨胀丝水分TRIM值改变而自动调整的修正系数”：1、烘丝机入口水分、出口水分以及加香筒出口水分TRIM值每变化0.4，烘丝机的“除水量”设定值就要相应的变化30L/h，2、加香筒出口水分、梗丝及膨胀丝水分TRIM值改变也要求要能够提前逆推烘丝机出口水分的设定值也要进行相应的改变。只有提前告知烘丝机控制系统该变化因素，才有可能使得前馈控制功能更加精准，降低反馈调节的难度。

问题七、“热风速度”没有被工艺允许能够进行自动微调：我们知道，同样牌号、不同批次之间的“除水量”，因为客观的各种干扰因素，都是不一样的。因此，就算“空气含水量”一样，从理论计算可知，这也要用不同的“热风速度”来对应不同的“除水量”。建议工艺是否允许“热风速度”可以在“初始工艺要求的中心值下进行小范围自动微调，例如±0.03m/s，它可以减小批内筒温的自动调节幅度，从而提高产品内在品质。其实，要实现“热风速度”在“初始工艺要求的中心值下进行小范围自动微调”是有技巧的，例如：双喜软，只要一开始过料，程序就会计算出需要去除的“除水量”，例如是700，同时工艺要求的初始“热风速度”是0.16，从而逆推出“配方参数”里的“热风含水量”的初始设定值要从345g/Kg改为386.14g/Kg即可，这样就可以实现热风速度的“围绕工艺中心值小范围波动自动控制”了。（计算公式推导过程如下：V=1000* (W/3600)/(0.9*X*Sd2*ρ) 其中，V是“热风速度”，单位是m/s；W是“除水量”，单位是L/h（对于密度为1的水而言，可以演变为Kg/3600s）；X是“热风含水量设定值”，单位是g/Kg；Sd2是“热风管道截面积”，单位是㎡；ρ是“热风密度”，单位是kg/m3；经过公式演变，该公式可以简化为：W=K*X*V 其中，K为热风温度系数，当热风温度为100℃时，K=11.33；当热风温度为105℃时，K=11.48；当热风温度为110℃时，K=11.63等等。该公式转变为文字表达为：除水量与热风含水量和热风速度的乘积成正比例线性关系。）

3 结 语

本论文讲述提高薄板烘丝机自动化控制方案讨论，能有效提升控制水平，改善提高产品质量，其推广价值较高。

[参  考  文  献]

[1]徐维华,罗登山,等.卷烟工艺规范[M].北京：中国轻工业出版社.2016

[2]姚二民,储国海,范铁桢,等.卷烟机械[M].北京:中国轻工业出版社.2005.

[3]程书根.基于稳定筒温的薄板烘丝出口水分控制分析[J].设备管理与维修,2021,(Z1):152-153.

[4]林天勤,钟文焱,郭剑华,等.滚筒烘丝机烟丝含水率控制系统的改进[J].烟草科技, 2013,(12):14-16.