配方打叶智能化控制系统的运用

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当前我国烟草行业正处于“联合重组、品牌扩张、结构调整”的关键时期，大品牌、大企业、大市场的发展战略促使卷烟工业企业对烟叶质量、等级结构、烟叶的可用性提出了更高的要求。对单一等级或配方模块片烟数量的需求会大幅提高，依靠单一产区的单等级原烟供货很难满足需求。作为打叶复烤企业来说，配方打叶能够充分利用可用性好但数量有限的烟叶，同时可以根据原烟来料情况，按照工业要求调配等级与数量，把单纯的烟叶等级搭配深化到不同烟叶化学成分和各项物理指标品质因素的配比，提高打叶配方设计的技术含量，确保烟叶质量的稳定性与配方的一致性，使各个级别的烟叶都能充分利用，既节约成本，又能满足工业用户的实际需求。本文就当前打叶复烤企业面临配方工艺难点问题，简要阐述了毕节地区顺泰烟叶有限责任公司智能化配方工艺实践情况。

为弥补单等级烟叶原料严重不足，提高烟叶利用率，卷烟工业企业更希望打叶复烤企业通过配方打叶，整合有限烟叶资源，提高各等级烟叶可用性。目前配方打叶主要有两种方式，一种是在铺叶皮带处进行，通过生产调度在不同的铺叶台位安排相应等级的烟叶，配方烟叶进入生产线后经过喂料机、筒类设备、打叶风选过程进一步的均匀，打后叶片通过平铺式贮柜进一步均料，这种方式设备投入小，但对生产管理要求较高，同时配方的均匀性很大程度上取决操作工的铺叶速度，存在人为因素的干扰，因此配方的精度不是很高，现在越来越多的工业企业提出了更高的配方要求，这种简单的配方模式已经不能满足中式卷烟需求。还有一种方式（红河卷烟厂）是在预处理段设置大型贮柜，单品种烟叶进柜贮存，多个贮柜同时出料进行掺配，这种方式虽然配比相对均匀，精度较高，但占地面积大，投入高，烟叶长时间存放在贮柜中会产生一定的损耗，因此此种配方模式很难在打叶复烤企业进行推广。

1.材料与方法

1.1 系统设计原理：

采用7路独立配方单元，每路由铺叶切断解把机、仓式喂料机、计量管、电子皮带秤及连接的皮带输送机组成，最大生产能力为3000kg/h。原则上每路配方单元投料一个等级烟叶，利用电子皮带秤对投料烟叶数量准确计量，控制配方精度。当配方等级超过7个时，通过在各配方单元投料工位增加LED显示屏，显示烟叶品种、数量、投料时间倒计时等相关信息，合理分配每路配方单元投量品种数量，理论上可满足42个等级烟叶配方。其中，配方信息设置及信息反馈，通过配方PLC及两台控制操作终端实现。

配方控制系统流程图：

1.2 设备组成及控制模式：

当配方小于7种时，在每路铺叶皮带上配备同一个等级的烟叶。投料时烟叶首先进入仓式喂料机进行存料（仓内容积为9m3），以确保各路电子秤出料的配比均匀，从而减少人为摆烟因素影响配比精度。当储仓内储存一定烟叶后采用“同步出料”方式，进行出料。初次出料考虑7台电子皮带秤并排布置，落料的时间差，会影响配方均匀性，此时根据各路电子皮带秤的远近设定延时出料，确保各路出料达到同步掺配。

附图1配方系统平面布置图

当配方等级超过7个时，需要在同一路铺叶皮带上摆不同等级的烟叶，为了提高工人摆把的精度，在每个配方台位上设置LED显示屏，来控制人工铺叶的速度，共设42个LED显示屏，从理论上最大可以满足42个原烟等级的配比。因为摆把工操作是以烟包或烟件为基本单位，因此对每包（件）需要摆完的时间进行控制，这样就可以减小因操作工摆烟速度不同造成的配方误差。显示屏上第一行显示客户名称、成品等级、加工数量、时间等信息，信息滚动显示；第二行显示此台位上原烟等级及产地信息；第三行显示还剩余多少包（件），现在是第几包（件），剩余多少时间；第四行显示进度条及运行状态，共有进行或暂停两种状态。当铺叶皮带运行时显示屏计时，当铺叶皮带停止时显示屏暂停计时，（见附图2）。

附图2LED显示屏

工艺员通过配方信息系统下发生产任务，将当前生产任务需要的原烟等级、包（件）数、每包（件）重量、所需台位等信息输入信息管理系统，系统会自动进行配方分配，并将信息显示到摆把台的显示屏上。

7台电子皮带秤没有制丝线上的主从之分，所有电子皮带秤都为控制型，相互独立。不过每个秤的流量是配方控制系统在下发任务时，根据工艺员输入的配方信息包括原烟、等级、包（件）数、每包（件）重量、所需台位等信息自动生成的。配方控制系统将对应每台电子秤的流量下发到电子秤上，此流量作为配方单元的开始设定流量。见附图3。

附图3任务下发电子皮带秤流量设定界面

生产开始后配方控制系统就会定时（如5分钟，可调）对7台配方秤的累积流量进行核定，生产过程中可能因为瞬时流量波动、电子皮带秤误差、短时设备故障等原因造成实际累计流量与设定累计流量不一致，此时配方采集系统会根据生产过程中的实际情况定时动态修正每台电子秤的流量，以达到配方均衡的作用。当然动态修正只是在小波动时使用，当设备出现较大故障，或者因为管理原因造成某一路电子皮带秤检测流量为0时，为了保证配比的精度，所有配方单元暂停，等待故障排除后再行启动。

为了保证配方的精度，首先设备上要尽量保证流量的稳定。在仓式喂料机的储仓设置两对对射式光电管，一对在出料端，一对在储仓的中间（见附图4）。铺叶皮带采用变频调速。再生产过程中当中间光电管被遮挡后，铺叶皮带低速运行；当中间光电管探不到料，前端光电管被遮挡时，铺叶皮带高速运行；当中间及前端光电管都探不到料时，报警提示加快摆把或增加摆把台位，以保证仓式喂料机的储仓内有足够保证流量稳定的烟叶。

附图4 仓式喂料机

经过配方控制系统的实时修正和误差补偿，配方系统产生的累计误差会大大降低，但电子秤的流量设定是依据工艺员输入的烟包数量及重量计算出来的，当烟包实际重量与输入重量不一致时，会造成比较大的累积误差。因此在任务信息输入系统之前我们要对不同等级烟包的重量进行抽检，使输入的重量与实际重量尽量一致。

2.结果与讨论

由于采用了准确计量控制，同时配备了完善的过程检测系统，实际使用中效果明显，不仅使配方的精度大大提高，同时降低了生产调度人员的劳动强度，原来需要人工进行计算分配的工作完全由系统自动生成，管理员只需要输入原始信息，当生产时将批次设置从数据库中调出就可以了。

下图是实际生产中2号配方单元比例关系趋势图，

上图图片中蓝色表示电子秤理论比例曲线，某个电子秤的下发流量与电子秤累计之和的比例趋势图；红色表示实际某台电子秤的累计量与所有使用电子秤累计之和的比例趋势图；下面图是趋势图的放大图。

从图中可以看出2号配方电子皮带秤配方比例为19.72％，其实际比例曲线在19.69％-19.75％间波动，实际误差为：(19.75-19.72)/19.72=1.6‰。在实际使用中配方误差可以控制在3‰以内。

3.结语

独立配方单元结合LED电子显示屏配合使用，从根本上解决了当前配方烟叶加工过程中控制难度大的问题，完全改变了传统人工配方打叶工艺模式，控制过程及结论分析可全部通过系统自动生成，为配方打叶持续性改进提供了直接依据，充分展现出了先进一流的技术优势，配方稳定，精确度高，基本上完全避免了人为操作因素，实现真正意义上的自动控制。

作者简介：

吴昊，男，现任贵州烟叶复烤有限责任公司毕节复烤厂副厂长，主要从事打叶复烤工艺研究工作。

（作者单位：贵州烟叶复烤有限公司毕节复烤厂）