松散回潮電氣控制系統(tǒng)的改造

黃立仁 楊曉娜 莫禮東

（廣西中煙工業(yè)有限責任公司，廣西 南寧 530001）

1 引言

松散回潮工序負責對開包后的煙垛進行分切，松散，及回潮潤葉處理，提高煙葉的耐加工性，改善煙葉的感官質(zhì)量，并使煙葉松散符合后續(xù)加工工序的工藝要求，回潮工序一直是制絲生產(chǎn)過程中的重要工序。回潮之后的水分的波動會影響煙葉的品質(zhì)，因此提高回潮后的水分的穩(wěn)定性一直是控制系統(tǒng)改造的熱點問題。

近年來對提高回潮工序的各種控制性能的研究也較多，如安徽中煙對松散回潮的回風溫度的PID參數(shù)進行優(yōu)化[1]，穩(wěn)定回風溫度。還有的研究者對潤葉機的加水系統(tǒng)進行改造，添加前饋串級控制模型，提高控制精度[2]。

本文則是從回潮工序的輸入、過程控制和輸出三個方面改進松散回潮電控系統(tǒng)，在輸入端將核子稱改為控制型電子皮帶秤，進而對采集的數(shù)據(jù)流量進行數(shù)據(jù)運算之后再進行加水量的計算與控制，最后在輸出端將加水薄膜閥由氣動改為電磁式的薄膜閥，提高整個加水量的穩(wěn)定性，進而提高了煙葉水分的CPK值。

2 切片回潮工作原理及存在問題描述

2.1 回潮工作原理

制絲線的整個生產(chǎn)過程中影響工藝參數(shù)的第一道工序就是松散回潮，松散回潮工序負責對開包后的煙垛進行分切，松散，及回潮潤葉，屬于制絲生產(chǎn)線的重要工序。松散回潮工序工作原理：葉片經(jīng)過切片機之后由核子稱稱重計量之后，經(jīng)由振動輸送機送入滾筒內(nèi)的，滾筒由傳動裝置帶動旋轉(zhuǎn)，由滾筒的軸向傾角及滾筒內(nèi)撥料桿及抄板的疏導作用，使得葉片自動地向出料口方向流動。控制系統(tǒng)以物料經(jīng)過核子稱之后啟動延遲程序，延遲10秒蒸汽管路、增濕水管路處于工作狀態(tài)，增濕水與蒸汽被輸送到雙介質(zhì)噴嘴的水噴管及蒸汽噴管中。在蒸汽壓力的作用下，增濕水與蒸汽混合后呈霧狀噴射出并灑落到葉片上對葉片進行增濕及增溫處理。

2.2 問題描述

松散回潮段主要設備核子稱、超級回潮筒，超級回潮筒出口的水分的波動直接影響葉片的質(zhì)量。葉片回潮出口水分的CPK是該工序重點考核的工藝指標，整個工序的加工能力主要是通過該指標來體現(xiàn)。目前，經(jīng)考察得知，該指標在部分行業(yè)內(nèi)先進廠家的能達到0.9以上。在實際生產(chǎn)過程中，當前葉片回潮筒出口水分的CPK值為0.6。因此急需對控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高產(chǎn)品質(zhì)量。

3 原因分析

對切片回潮水分波動較大的原因進行分析，從控制系統(tǒng)的輸入、過程、輸出三個角度來分析原因。

控制流程：松散回潮筒的出口水分控制是帶兩個PID控制器的前饋閉環(huán)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由核子稱、入口水分儀、出口水分儀、電磁流量計、氣動薄膜閥組成。加水的控制原理為：在水路上設有流量檢測元件電磁流量計和執(zhí)行元件氣動薄膜調(diào)節(jié)閥。電磁流量計動態(tài)地反映水的瞬時流量，并把值傳給PLC模擬量輸入模板，使該值與計算出的加水量的設定值比較，由PLC的模擬量輸出模板輸出4～20mA的電信號給氣動薄膜調(diào)節(jié)閥的電氣轉(zhuǎn)換器，電氣轉(zhuǎn)換器將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮盒盘?，進而調(diào)整氣動薄膜閥的開度，使加水量[3]與設定值保持一致，實現(xiàn)加水的自動控制。

圖1 加水系統(tǒng)PID調(diào)節(jié)過程

根據(jù)電子稱的物料量、進料水分、設定水分及加水比例，得出加水量的設定值，詳見公式(1-1)，

其中Q為葉片的流量，由電子稱采集。

△M為水分設定值與的差值，根據(jù)下面公式計算加水流量值，通過PID調(diào)節(jié)器，給出信號，進而氣動薄膜閥開始加水。K為加水比例。

原因一：葉片流量Q的輸入存在波動較大，系統(tǒng)計算的加水量也存在波動較大的問題。因為核子稱只具有計量功能無控制功能并不參與流量調(diào)節(jié)，而葉片前不存在任何流量調(diào)節(jié)的設備，因此葉片入口流量波動的一直是困擾葉片出口水分波動較大的主要問題。

原因二：加水量的執(zhí)行機構(gòu)氣動薄膜閥控制精度不夠，對于PID調(diào)節(jié)信號有延遲，不能及時的調(diào)節(jié)加水量。這也是造成加水精度不高的重要原因。

4 改造實施

根據(jù)上述原因進行改造，改造松散回潮加水量的控制精確度，將核子稱更換為電子秤將執(zhí)行機構(gòu)氣動薄膜閥改為電子型的控制薄膜閥，同時對數(shù)據(jù)處理過程做進一步的處理，即對現(xiàn)有控制系統(tǒng)進行優(yōu)化。

4.1 硬件組態(tài)

將核子稱更換為型號4509的控制型電子皮帶秤，更換的重要步驟是實現(xiàn)電子秤控制器和原車間設備控制器之間的通訊。運用DeviceNet現(xiàn)場總線技術(shù)實現(xiàn)新設備和原設備控制器之間的數(shù)據(jù)傳輸和通訊，DeviceNet是基于設備層的網(wǎng)絡，省去了最底層設備硬連接的繁瑣問題[5]。新電子皮帶秤的控制器采用羅克韋爾SLC500系列的PLC可編程邏輯控制器和Pro-face的觸摸屏，要實現(xiàn)電子秤與現(xiàn)有控制系統(tǒng)的通訊并實現(xiàn)電子稱的自動控制功能，將SLC500的CPU通過DeviceNet與切片回潮工序ControlLogix5000連接，由原控制器下的DNB作為總站，電子皮帶秤的控制器作為從站，分配物理地址，然后進行硬件組態(tài)。

4.2 數(shù)據(jù)優(yōu)化

采用數(shù)據(jù)平滑算法[6]，將電子稱改成核子稱之后，流量波動減小，再將數(shù)據(jù)處理之后，進行加水量的經(jīng)計算，在原來的采樣時間T內(nèi)延遲10個采樣時間依次采集10組數(shù)據(jù)，將x1～x10組數(shù)據(jù)進行平均計算之后

將數(shù)據(jù)進行平均之后再進行流量計算，提高電子秤的穩(wěn)定性[7]。數(shù)據(jù)經(jīng)過運算之后更加穩(wěn)定。

圖2 改進算法部分程序截圖

4.3 更換薄膜閥

把控制加水的可調(diào)節(jié)薄膜閥原配的SAMSON控制器，替換上新型號的斯派薩克智能控制器，氣動薄膜閥添加之后，添加一個通訊的模擬量的模塊，并進行地址的分配和硬件組態(tài)即可實現(xiàn)現(xiàn)有對氣動薄膜閥的自動控制。

圖3 改造前出口水分

圖4 改造后出口水分

松散回潮出口水分的曲線前后對比可知，改造后的出口水分波動明顯減少。

5 結(jié)論

本文針對制絲車間松散回潮工序出口水分波動較大的問題進行分析，并通過對控制系統(tǒng)輸入、控制過程運算、控制系統(tǒng)輸出三個方面進行改進，更換新型電子皮帶秤、氣動薄膜閥和添加數(shù)據(jù)處理過程之后，有效提高了切片回潮工序的加工水平，對后續(xù)工序的良好作用也比較明顯。滿足了浙煙在切片回潮工序的生產(chǎn)要求。

[1]俞仁皓,宋家海,王建.松散回潮工序回風溫度PID控制參數(shù)的優(yōu)化.煙草科技[J].2010,7(264)：8-9

[2]金劍,李琨.煙廠潤葉機電控制系統(tǒng)改造.計算機測量與控制[J].2006,14(10)：1352-1354

[3]劉會杰,韋小玲,崔升.卷煙制絲中松散回潮工序的加水方式對比.河南科技[J].2012,7(13)

[4]趙鋒.松散回潮機增加水分控制改造.科技資訊[J].201

[5]蔡忠勇.現(xiàn)場總線發(fā)展與電器工業(yè).電器工業(yè)[J].2000,(1)：65-66

[6]牛鵬杰.卷煙廠制絲車間PLC模擬量信號采集數(shù)據(jù)平滑算法.內(nèi)蒙古科技與經(jīng)濟[J].2012,(23)：100-101

[7]趙春元,翟建政.提高制絲線葉片松散回潮前物料流量穩(wěn)定性.科技致富向?qū)J].2010,33：70-71