王涛
河北白沙烟草有限责任公司，河北 石家庄050000
摘要：本文根据河北白沙烟草有限责任公司石家庄卷烟厂实际生产情况，制丝车间松散回潮生产过程中叶片流量不稳定、出口水分波动大问题提出对加水泵、薄膜阀控制系统进行升级改造，并对710e水分仪采集到的数据通过程序进行平滑和数据突变的处理，松散回潮出口水分趋于稳定，CPK值由1.0上升到1.7。
1.引言：
松散回潮工序负责对开包后的烟垛进行分切、松散及回潮润叶处理，提高烟叶的耐加工性，改善烟叶的感官质量，并使烟叶松散后符合后续加工工序的工艺要求，回潮工序一直是制丝生产过程中的重要工序，回潮之后的水分波动会影响烟叶的品质，因此提高回潮后的水分的稳定性一直是控制系统改造的热点问题。近年来对提高回潮工序的各种控制性能的研究也较多，此项目则是从回潮工序的输入、过程控制和输出三个方面改进松散回潮电控和管道系统，进而对采集的数据流量进行数据运算之后再进行加水量的计算与控制，提高整个生产过程中加水量的稳定性，进而提高了烟叶水分的CPK值。
2.切片机和松散回潮工作原理：
制丝线的整个生产过程中影响工艺参数的第一道工序就是松散回潮，松散回潮工序负责对开包后的烟垛进行分切、松散及回潮润叶，属于制丝生产线的重要工序。松散回潮工序工作原理：叶片经过切片机之后由电子皮带称称重，经由振动输送机送入滚筒内，滚筒由传动装置带动旋转，由滚筒的轴向倾角及滚筒内拨料杆及抄板的疏导作用，使得叶片自动地向出料口方向流动。控制系统以物料经过皮带秤称之后启动延迟程序，延迟10秒打开蒸汽管路、增湿水管路，增湿水与蒸汽被输送到双介质喷嘴的水喷管及蒸汽喷管中。在蒸汽压力的作用下，增湿水与蒸汽混合后呈雾状喷射出并洒落到叶片上对叶片进行增湿及增温处理。松散回潮段主要设备皮带秤、超级回潮筒，超级回潮筒出口的水分的波动直接影响叶片的质量。叶片回潮出口水分的CPK是该工序重点考核的工艺指标，整个工序的加工能力主要是通过该指标来体现。目前经考察得知，该指标在部分行业内先进厂家的能达到1.6以上。在实际生产过程中，当前叶片回潮筒出口水分的CPK值为1.0左右。因此急需对控制系统进行优化创新，提高烟丝产品质量。
3.控制系统实施过程：
3.1控制流程：
制丝线生产回潮水分波动主要有从控制系统三个方面分析，输入、过程控制、输出，对松散回潮的电控系统程序优化和管道进行改造。
松散回潮的出口水分控制是带一个PID(P是比例，I是微分，D是积分)控制器的前开环控制系统，该系统由皮带秤、出口水分、电磁流量计、气动薄膜阀组成。加水的控制原理为：在水路上设有流量监测元件、电磁流量计和执行元件气动薄膜阀。电磁流量计动态反映水的瞬时流量，并把值传给PLC模拟量输入模块，该值与计算出加水量的设定值比较，通过PLC的模拟量模块输出4-20mA的电信号给气动薄膜阀调节电气转换器，电气转换器将电信号装变为气压信号，进而调整启动薄膜阀的开度，使加水量与设定保持一致，实现加水的自动控制。
根据电子秤的物料流量、进料水分及加水比例、得出加水量的设定值详见公式（1-1）
公式（1-1）
其中Q为叶片的电子皮带秤瞬时流量，△M为水分设定值与入口水分的差值，根据上面公式计算加水流量值，通过PID 调节器进行调节给出信号，进而气动薄膜阀开始加水，K为加水比例。
3.2原因分析：
原因一：松散回潮入口水分仪没有参与控制，为零，系统在计算加水量时存在较大的问题，调节控制薄膜阀时存在很大误差，对加水量误差随之也变大，松散回潮的出口水分也随之变的不稳定。
原因二：松散回潮现场通过调节设定加水量来控制出口水分。
原因三：松散回潮在加水使用的泵是普通的泵，管道的水压力不稳定，气动薄膜阀给一定的开度，水通过的管道压力和流量也随之不稳定，出口水分也随之变化。
原因四：水分仪在采集数据流量后，传送到大柜的PLC后，数据有大有小，可以通过程序优化，对采集数据进行筛分平滑处理。
3.3实施步骤：
1、增加了一台松散回潮入口水分仪，型号为710e，在程序硬件上增加水分仪，添加GSD文件，网线采用Profinet进行传输，传输数据速率快、数据稳定，添加I地址和Q地址。
2、更换松散回潮旧的水泵，换为新的齿轮泵，提供更稳定的水源压力。
3、更换现有的松散回潮加水泵后，旧水泵是通过手动硬操作接触器启动，没有变频调速功能，管道的压力随着气动薄膜阀开度的大小随之变化，更换为流量稳定的齿轮泵。
4、现有水泵电机的接触器更换为可以调速的丹佛斯FC300变频器，随着气动薄膜阀开度的大小，水泵电机的速度可以随时调节，从而可以稳定管道里面的压力。
5、增加一条从松散回潮控制柜到丹佛斯FC300变频器以太网线，可以随时采集和控制变频器频率，用于控制水泵电机。
6、控制水薄膜阀的改进：更换了量程适宜的薄膜阀，调整水压，流量150kg/h，开度能到35左右，控制更加精准合理。
7、松散回潮程序段增加对水分仪数据流进行筛分平滑和突变情况处理，spc采集的点更加准确。
3.4.数据处理：
第一步：硬件组态
将松散回潮旧的水泵更换为精度更高的齿轮泵，控制水泵的接触器更换为丹佛斯FC300变频器，运用原有旧设备拆除剩下的Profinet网络，现场总线技术实现新设备和原有设备控制柜之间的数据传输和通讯，运用Profinet网络减少了最底层设备硬连接的繁琐问题。松散回潮入口处加装一台710e水分仪，通过Profinet网络连接到控制柜，来传输水分仪采集的数据流。
第二步：数据优化
采用数据平滑算法[1]，首先是对松散回潮出口水分仪数据进行采集，在加水量的计算时，通过在原来的采样时间T延长到10个采样时间，依次采集10组数据，将x1~x10组数据进行平均计算
算法 [1]
转化成程序如下图（2）：
图（2）
将水分仪数据进行平滑之后再进行数据传输，提高水分仪数据的稳定性，数据进行平滑之后再进行统计汇总，数据更加稳定。
图（3）改造前出口水分 图（4）改造后出口水分
松散回潮水分控制系统创新改造后的水分明显比改造前的水更加稳定，波动明显减少。
5．结论
本文针对制丝车间松散回潮加水控制系统问题进行分析，通过对控制系统输入、过程控制、输出三个方面进行改进，加装新水分仪，更换薄膜阀控制器，对程序进行优化和添加数据处理功能，有效提高了切片回潮工序的加工水平，为后续工序的控制提供了有力保障，满足了烟叶在切片回潮工序的生产要求。
参考文献：
[1]金剑，李现。烟厂润叶机电控制系统改进，计算机测量与控制[J].2006,14(10):1352-1354;
[2]赵峰.松散回潮机增加水分控制改造.科技咨询. [J].201