浅谈烟草工业中的自动控制技术
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摘要：烟草行业作为利税大户，是国民经济的支柱产业之一，如何使中国烟草业加快技术创新，立足国内市场，开拓国外市场，是烟草工业面临的首要问题。近年来，伴随自动化技术的快速发展，实现烟草生产自动化势在必行，这不但有利于提高生产率，也能帮助企业提高管理水平。文章着重分析了几种主流控制技术在烟草生产过程中的应用。
关键词：烟草生产 自动化技术 过程控制
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）08（c）-0083-01
烟草行业的消费对象和自身发展模式具有特殊性，在趋于成熟的过程中承受着来自多方面的竞争压力和挑战。这就要求烟草厂商立足于改善烟草质量、提高产量以及完善生产管理方法。烟草工业自动化是一个必然的趋势，将各种先进成熟的现代控制策略引入烟草生产线，无疑可以大大促进烟草行业的迅速发展。烟草生产自动化，具体来讲分为产业管理自动化和生产自动化，而后者又是重中之重。
1 烟草生产过程的自动化控制
烟草生产过程自动化，即采用自动测量、显示、控制、生产、分配等工具，通过各种信息流达到控制生产的目的。它需要把计算机集成制造系统（CIMS）引入烟草生产工艺流程，合理分配控制网络，实现一个总控制室远程监控各个生产分部，并及时作出决策、下达命令，从而统一管理、协调运作。以下对一些常用的烟草控制方案作一简要分析。
1.1 现场总线技术的应用
现场总线是指在微机控制设备之间实现双向串行多节点数字通信。现场总线系统的理念是把传感器、执行器、驱动装置等现场设备与控制系统用同一根电缆连接，并实现与高层控制设备的数据通讯和信息交互。
常用的设计模式是将控制层划分为生产管理层、集中控制层和设备控制层三个层次。设备管理层作为最底层，以PRO FIBUS总线为载体连接智能仪表、控制面板以及I/O设备，并借助搭载现场总线接口的控制器实现对各个工艺设备的统筹控制。集中控制层处在中间层的位置，起到承上启下的作用，它充当人机交互接口，通过中央监控计算机实现对生产线的状态检测、故障诊断、参数设定、组合操作以及报警显示等。生产管理层是整个系统的最高层，它负责处理从多方汇集而来的信息，并完整的记录数据，生成分析图表。
现场总线技术能够实现对烟草生产过程中，诸如打叶、复烤、碎片干燥等各工艺分布线的控制、运行，并能对关键工艺参数进行精确控制。如电机起停、伺服阀的平滑控制、开关阀通断等。相比传统的以模拟信号传递为基础的控制系统，现场总线技术可以最大限度几声信号传输电缆的数量和铺设距离，大大降低系统安装、运行、维护成本。
1.2 自动化立体仓库
自动化立体仓库集合了机械、电气、激光、信息技术，同传统的机械物流系统相比，省去了叉车、电梯、平面仓库，节约了劳动力、提高土地利用率，实现物流自动化、网络化、智能化、信息化。可以说自动化立体仓库是一个广阔的平台，将信息识别和传输、PLC控制、变频调速、条形码检验融合与一体，实现货物的自动堆放、自动发送，使得布局更加合理，极大提高了作业能力，实现卷烟先进先出原则，体现烟草物流高效化的特点。某厂家统计，以库存10000托盘为例，相比普通平面仓库，自动化立体仓库占地仅为15%、工作人员只有原来的1/5、吞吐成本降低四成。立体仓库的存储密度是普通仓库的五倍左右。
1.3 机器人视觉系统的应用
由于烟草生产线的劳动强度较大，采用机器视觉系统代替人眼能够提高准确度同时节约人力成本。机器视觉系统包括照明系统、摄像头、图像后处理软件等。机器视觉系统能实现非接触测量，对于观测者和被观测对象不会产生任何干扰和损害，大幅提高系统可靠性；光谱响应范围宽广，例如采用红外线测量，可以有效扩展视觉范围；实现长时间定点观测，肉眼长时间观察同一对象极易疲劳，而机器视觉系统可以在一个较长时间阶段内完成分析、测量、识别任务。
1.4 伺服技术在烟草行业中的发展
在烟草业，伺服技术多用于烟草分包传送、包装、滤棒成型、烟草物流自动配送。目前，防伪要求不断提高，基本的机械传动功能已面临淘汰。例如彩膜定位包装，该系统采用高性能伺服电机和运动控制器、触摸屏，极大改善了防伪性能。彩膜定位包装要借助高精度伺服电机，同时要求伺服电机的跟踪精度高，具有良好的机械特性和较大的刚度。
实际控制中，借助编码器实时跟踪主轴位置，主轴每旋转一周，伺服电机带动包装膜行进一个步长，一旦检测到色标，通过高速输入通道，缓存当前主轴编码器位置，并立即同预设值比较，及时将信息反馈回控制中心，并调整伺服电机参数，使检测到薄膜色标时，主轴恰好位于设定位置，实现烟盒图案和薄膜图案的精确重叠[1]。
同时伺服技术在自动配送设备中也有应用。国外的烟草机械设备性能卓越，但造价过于昂贵。目前，国内已有不少烟草生产厂商着手烟草设备研发工作，并取得实质性进展。如一条130烟道生产线，伺服设备可以将香烟准确投递到输送带，再由输送带向后输送，进行打包装箱。由于输送带运行速度较快，整条香烟打出后，还要求每个烟道打出的香烟条在传送带上均匀排布。这就体现出伺服系统的高响应速度。
1.5 RFID自动识别技术
RFID是无线射频识别技术的简称，它通过电磁传播或电磁感应方式，使用读写设备，采用非接触方式对电子标签进行读取ID信息和数据写入任务。RFID区别于传统条码的关键点在于，它摒弃了传统光学方法识读，而是通过电波方式在机器和标签之间建立双向数据通信模式，完全实现了自动识别。就像手机通信一样，RFID以问答形式进行扫描，可以在没有直射和反射光的环境下对标签进行读写和修改，并且可以建立与多个标签的并行式会话。RFID的优点是突出的，穿透能力强、非接触式测量、多标签同时识别、允许远距离识读，同时信息存储量大、可以实时改写数据。烟草物流中的原材料配送、卷烟出厂、库存管理、盘点、运输，都可以引入RFID自动识别系统[2]。鉴于目前的发展态势，在供应链管理、托盘运输和仓储物流方面，RFID拥有广阔的应用前景。
2 结语
当前时代，高新技术逐渐占据主导地位，各大企业求发展、讲效率，烟草行业作为传统工业迫切需要借助先进的控制技术改善原有生产、管理模式，整合改造业务流程。伴随经济全球化的脚步，提高产品质量、降低成本、不断施行技术创新将是烟草企业生存发展的首要目标。
参考文献
[1] 中国自动化网市场研究部.伺服行业应用系列报告：烟草，扑朔迷离[J].冶金经济与管理，2011（6）.
[2] 姚庆丰.烟草生产过程自动化系统解析[J].中国高新技术企业，2011（18）.