PLC控制在烟草制丝新工艺中的应用

PLC控制在烟草制丝新工艺中的应用

刘浩楠曾文津

红塔烟草（集团）有限责任公司大理卷烟厂 

云南省大理白族自治州下关市 671000

摘要：传统烟草加工线的工艺流程是将经过复烤车间加工的烟叶和烟梗分别回潮、喂入、切丝、烘干，然后将烟丝按照工艺要求进行混合加香，最终形成卷烟品牌配方的成品烟丝。近年来，以降焦减害、提高吸烟安全性、提升卷烟产品质量为目的的“中式卷烟”迅速崛起。分组加工技术作为实现“中式卷烟”的重要手段，正受到越来越多的关注。分组加工技术是在传统工艺的基础上，将多条加工线上的品牌配方分成若干个横向或纵向的子模块，按照不同的工艺对子模块进行加工，然后将子模块组装成品牌配方，并进行勾调增香，最终形成具有品牌配方的成品烟。

关键词：烟草制丝线；PLC控制系统；

PLC设备控制层是电控集成系统的基础，根据生产工艺需求，划分合理的工艺技术模块，分配现场控制箱，完成对制丝线生产过程的自动化控制和报警、对各个传感器的数据采集。PLC设备控制层与集中监控层和生产执行管理层紧密结合，保证生产的高效可靠运转和基础数据的及时准确传递，使各级决策、管理和生产部门形成有机的整体，组成一个完整的系统。为响应国家数字化工厂要求及迎接“中式卷烟”新一轮发展挑战，烟草行业致力于对原有烟草控制工艺的改良与优化设计。

一、工艺流程概述

为适应分组加工新工艺的要求,对原有制丝线的工艺布局重新规划,调整后的制丝线工艺流程。调整后的制丝线具有以下生产线路。（1）传统工艺线路:1）5000 kg/h制丝线→轻便型薄板烘丝机→掺配加香→成品烟丝;2)5000 kg/h制丝线→EVA气流烘丝机→掺配加香→成品烟丝;3)3000kg/h制丝线→轻便型薄板烘丝机→掺配加香→成品烟丝;4)3000 kg/h制丝线→EVA气流烘丝机→掺配加香→成品烟丝。（2）分组加工工艺线路:1)5000 kg/h制丝线子模块→轻便型薄板烘丝机→叶丝暂存柜;2)5000kg/h制丝线子模块→EVA气流烘丝机→叶丝暂存柜;3)3000 kg/h制丝线子模块→H DT烘丝机→叶丝暂存柜;4)3000 kg/h制丝线子模块→EVA气流烘丝机→叶丝暂存柜;½叶丝暂存柜(模块组装成品牌配方)→掺配加香→成品烟丝。

二、控制系统功能及其特点

1.批次任务管理功能。管理计算机从MES系统接收生产批次任务,并把生产批次任务分解下发至相应的控制段监控机。监控计算机有3种控制选择模式,分别为MES控制/远程控制/本地控制。正常生产时,选择MES控制模式,控制系统执行由管理计算机分解后的MES系统下发的批次任务;当MES系统出现故障时,选择远程控制模式,控制系统执行在监控机上手工录入的批次任务;当需要在现场调试、检修设备时,选择本地控制模式,可以通过现场的启动、停止按钮对电机进行本地控制。

2.集中监控功能。监控计算机通过图形化界面对生产线进行实时监控。控制功能包括生产线的控制模式选择,工艺参数和设备参数的设定,生产线启动、停止操作等。监视功能采用图形界面,并完全按照生产线工艺流程布置,具有生产线设备单机、分段或全局工艺流程运行状态显示以及工艺参数和设备参数的实时显示功能。监控机上还具有安全权限管理设置功能,操作人员或系统管理人员进入监控系统必须先登录,通过不同用户身份的安全级别进行权限控制,从而保证系统的安全、正常运行。

3.生产报表、统计功能。每一批任务完成自动形成生产报表,包括任务批次号、使用的配方参数、开始和结束时间,重要工艺指标的最大、最小、平均值及标准偏差等统计参数,便于质检部门评价产品质量。

4.设备控制功能。控制系统具有手动和自动两种工作方式,维修设备时,采用单机手动方式;正常生产时,采用自动方式。在手动方式下,操作员可以在现场通过本地开关盒上的按钮完成电机的启停,通过现场操作终端画面上的按钮实现单个电磁阀的通断。在自动方式下,操作员可通过工艺段监控计算机操作画面上的启动/停止功能键实现对生产线的自动控制,最终满足工艺参数的要求。

5.电机保护和紧急断电功能。控制系统对每台电机都提供保护功能,同时提供紧急断电功能,在各工艺段关键位置设置明显的紧急按钮,以备在紧急情况下能迅速切断整个工艺段的动力电源和控制电源。

6.回路控制功能。对需要调节的润叶筒温度、增温增湿机压力、加香流量等进行PID回路控制,PID参数在监控机上设置,有手动和自动两种控制模式。在手动控制模式时,各回路控制器输出由操作员直接输入数据调节;在自动控制模式时,各回路控制器输出由PID软件自动调节。

7.在线诊断功能。控制系统可以在线诊断工艺段或主机设备启动条件是否满足,并提示尚未满足的条件,为操作人员的操作提供指导。控制系统的运行非常依赖于网络,一旦出现网络故障,会导致工艺段甚至整个生产线停产,通过网络在线诊断可以对工业以太网和现场总线故障显示、定位,为维修人员快速排除网络故障提供帮助。

8.报警功能。各工艺段均有完善的故障声光报警及消除声光报警功能,可在监控机上对报警进行确认和复位,并通过不同颜色区分报警的状态,是故障已消失,还是仍处于故障状态。

9.变频控制功能。喂料机上的提升带及贮柜底带等需调节转速的电机均采用变频器进行控制,并选装Dev-iceNet接口网卡,使各段变频器均以现场总线方式与PLC通讯,实现数字化信息交换。

三、分组加工工艺的特殊功能

采用分组加工工艺时,传统方式中的一个品牌配方被分成若干子模块,这些子模块分别经KLK薄板式烘丝机和HDT气流式烘丝机加工,再进到叶丝暂存柜中贮存,待整个配方的所有子模块加工完毕后,才允许出料至掺配、加香,制成成品烟丝。

1.叶片处理。采用分组加工工艺时,子模块生产批次最大投料量约为6000 kg,而单一贮叶柜的最大贮存能力只有3000 kg,因此贮叶柜控制系统增加了不停机情况下的自动换柜功能,可以保证连续生产,提高了设备使用效率。

2.叶丝暂存柜进料。由于轻便型薄板式烘丝机和EVA气流式烘丝机可以并行生产,因此与普通贮柜不同,叶丝暂存柜可以同时接受两条生产线的进料任务,叶丝暂存柜控制系统任务管理程序在设计中充分考虑了这个特点,满足了工艺要求。在多个模块先后进入多个暂存柜的情况,控制系统首先判断模块是否属于同一个配方,如果不同,则不允许进料同时提示操作人员;当暂存柜内只有一个配方,且只有部分子模块时,由于柜内所贮存的烟丝并非一个完整的品牌配方,因此控制系统将贮柜出料设定为锁定状态,不允许出料同时提示操作人员;待该品牌的全部模块均已进柜完毕,将多个模块组装成为品牌配方后,控制系统才允许暂存柜出料。

3.叶丝暂存柜出料。多个暂存柜内的品牌配方组装完毕后,为保证品牌的均匀一致性,要求多个暂存柜同步出料,并且出柜的相对误差小于±0.5%。为保证出柜精度,在暂存柜底带安装了轴编码器,用于精确检测暂存柜底带运行的距离。由于需要保证的是相对误差,因此任选一个暂存柜作为基准柜,另外一个暂存柜作为比较柜;运行时,将两个编码器的反馈计数比较,误差大于设定值时,调节比较柜的底带变频器速度,从而保证暂存柜的出料同步,经实测,同步出料时的相对误差小于±0.5%,满足工艺要求。

总之，传统的制丝线采用的是以品牌配方来组织生产,只有单一线路,轻便型薄板烘丝机和EVA气流烘丝机只能采用二选一的方式工作,设备利用效率低,无法满足分组加工工艺的要求;通过对原有制丝线设备及控制程序的改造,可以两条制丝线并行生产,同时处理不同的品牌配方或者子模块,提高设备利用效率和控制精度,并且能够满足分组加工工艺的要求。

参考文献：

[1]冯宏.PLC控制在烟草制丝新工艺中的应用探讨.2022.

[2]刘德玉.可编程序控制器原理及应用系统设计技术.2020.