烟草制丝生产工艺精准控制的探索

牛序策，宋世川，李燕（山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，山东 青岛 266101）

烟草制丝生产工艺精准控制的探索

牛序策，宋世川，李燕（山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂，山东 青岛 266101）

本文重点对烟草制丝生产工艺参数精准控制和影响精准控制的主要因素进行有益探索，以提高对卷烟产品质量的控制能力，充分发挥卷烟原料的特性和使用价值，为打造具有独特香气风格和口味的中式卷烟提供核心技术。

制丝生产；工艺参数；精准控制

近年来，随着国家烟草专卖局“科教兴烟”战略的深入实施,我国卷烟产品的整体质量有了显著提高，为打造具有特色的中式卷烟，制丝生产线的生产工艺、过程控制的精准性尤为重要，本文重点对实现制丝生产工艺参数精准控制和影响精准控制的主要因素进行了探索。

1 精准控制制丝生产线应具备的特点

一条完备的精准控制烟草制丝生产线应具备以下特点：具有满足分组加工、柔性制造及自身品牌特色的工艺流程；具有一流的关键工艺加工设备；基于MES系统和智能控制技术为一体的管控系统；具有水分、温度及流量精准控制技术等。

2 精准控制制丝生产线的实现

2.1设计具有自身品牌特色的工艺流程是实现精确控制的前提

《中国卷烟科技发展纲要》指出，“中国卷烟科技发展的方向和目标是以市场为导向，保持和发展中国卷烟的特色，大力发展中式卷烟，巩固发展国内市场，积极开拓国际市场，提高中国卷烟产品市场竞争力和中国烟草核心竞争力，保持中国烟草持续、稳定、健康发展。”因此在新形势下，制丝生产工艺流程应满足品牌加工特色，满足分组加工、柔性制造的需要，提升市场竞争力。分组加工在对片烟原料的加工特性、感官特性和化学特性进行研究、分析的基础上，将原料分为主料烟、辅料烟和填充料烟模块，分别进行分组加工，确定不同模块适宜的加工路径、加工参数，以彰显不同模块的原料特性。

根据品牌需求及生产线产能配制一条或多条能满足不同要求的加工路线，一般而言，可根据模块加工的需求，配置2～3条不同加工能力的制丝生产线，每条线具有不同的加工路线，关键设备可设置不同的加工参数，如叶片松散回潮机设定不同的热风温度、不同的加水量，针对不同模块，采取不同的加工强度，取得不同的处理效果；叶片处理既可以一次加料，也可以两次加料；加料前可以增温增湿，也可以不增温增湿；切后烟丝可以经过薄板式干燥机干燥，也可以经过高温气流干燥机干燥，还可以设定不同的干燥温度，等等。

2.2选择一流的工艺加工设备是实现精准控制的关键

一流的工艺加工设备性能稳定、效率高、可靠性高、故障率低，参数调节快捷、准确，是实现精确控制的关键。即可选择HAUNI、GARBUIO等世界领先的进口设备，也可选择秦皇岛烟机公司、昆船公司等国产设备。可以选择两段式烘丝机、具有断丝功能的切丝机、具有低温工艺处理的气流式烘丝机、具有片烟长度测量及调整切片宽度功能的切片机、多喷嘴回潮机、加料机等。

2.3基于MES系统、智能控制技术为一体的管控系统是实现精确控制的保障

制丝线管控系统主要由底层设备控制层、集中监控层和生产管理层三层体系结构构成。工业以太网在制丝生产线监控系统中得到广泛的应用，能满足PLC间通讯要求，TCP/IP通讯网构成上层通讯链路，满足集中监控层数据通讯要求，集中监控系统为ERP和MES系统提供生产、质量等数据。MES系统可监控从原材料进厂到产品的入库的全部生产过程，记录生产过程的工艺路线，以及加工过程中所使用的材料、设备，产品检验数据以及产品在每个工序上生产的时间、人员等信息。设备控制层主要实现对工艺段的设备进行控制，完成对阀门通断、电机启停等数字开关量和物料水分、工艺热风温度、电子皮带秤流量等工艺参数实施控制以及泵的频率调整、薄膜阀门开度等其它控制元器件的参数化控制。生产管理系统定位于生产现场管理的业务系统，系统通过与集中监控系统的配合，对MES系统没有进行管理的内容进行细化管理，实现对工单执行过程中的跟踪管理、操作工操作的跟踪记录、生产设备及其参数管理，以满足制丝线现场管理的需求。

2.4稳定的物料流量控制系统是实现精确控制的基础

制丝线物料流量控制系统包括切片机流量控制、叶片松散回潮机、润叶加料机、烘丝机、多丝掺配系统和混合丝加香机等流量控制系统。要求切片机切后烟片厚度均匀、相邻两片间隔时间相等。关键工艺设备前端的流量控制系统有多种形式，主要有喂料机+定量管+皮带秤三位一体的控制型恒流量控制系统、喂料机/定量管+皮带秤两位一体的流量稳定系统和喂料机流量均衡系统等，一般在关键工艺设备前端宜采用喂料机+定量管+皮带秤三位一体的流量稳定系统，其流量稳定性好、料仓缓存能力强，能保证进入关键工艺设备的物料流量恒定、不断料，为实现工艺参数的精确控制奠定基础。

3 制丝关键过程精准控制的探索

对制丝线工艺参数控制精度起关键作用的是设备控制层，以下是几个关键工序的典型控制要点。

3.1切片机流量控制

常用的切片机有三刀四片和四刀五片。通常片烟箱的长度有差异，102～115cm，如何均匀地分切是切片机分切的关键。选用具有片烟箱长度测量功能的切片机，根据烟箱的长度自动调节切刀的位置，同时优化切片机的控制程序，保证分切后每片厚度基本一致、两片之间时间间隔相等，并柔和卸料，均匀排列，为后道工序精确控制创造条件。

控制要点：准确测量片烟箱长度、等间隔分切。

3.2叶片松散回潮机水分控制

叶片松散回潮机前端配置调速皮带、控制型电子皮带秤，出口配置红外水分测定仪和温度传感器。回潮系统是多变量控制系统，当被控对象具有非线性、大滞后、强耦合等复杂特性，传统的回潮机只在入口配置双介质喷嘴，不能更好地满足加工工艺要求。可建立入口、出口双控制回潮系统，分别对滚筒内的物料进行增温增湿，入口回潮控制系统建立起水分调整平台，即“粗调”；出口回潮控制系统根据出口物料水分的瞬时值进行快速反馈调整，即“精调”。增加雾化水与物料接触面积，以提高出口烟叶水分的稳定性，提高卷烟产品内在质量的稳定性。

控制要点：稳定的物料流量、可靠的检测装置、优化的控制模型和灵敏可靠的执行机构。

3.3加香（料）施加精度控制

根据配方及工艺要求，设定加香、加料比例。要保证加香加料的精度和精准施加，来料流量应测量准确、稳定、连续，控制系统和执行系统稳定可靠，喷嘴雾化良好和喷射方向正确。既要保证加香加料的比例恒定，又要保证香料均匀施加到物料上，实现精准施加。

通常，在加香过程中，由于多丝掺配后形成的混合丝瞬时流量波动较大，导致加香料液流量瞬时波动较大、加香精度低。我们可以通过喂料机、定量管、皮带秤三位一体的恒流量控制系统来稳定混合丝流量，但这样做会增加造碎，通常仅配置一台计量型电子皮带秤，流量的瞬时波动是难以避免的。因叶丝主秤为控制秤，梗丝、 薄片丝、膨胀丝等为配比控制秤，从而在某一时间段（如60s），混合丝的累积量是稳定的（即单位时间内混合丝的流量是稳定的），因此建议采取流量移动平均值代替瞬时流量值对加香流量进行控制，减小混合丝流量波动引起的加香料液流量波动，提高加香的稳定性。另外，对于流量较大的加香机还可以采用进料段和出料段两个喷头实现加香，进一步提高加香的均匀性。

控制要点：配置高精度皮带秤，采取物料流量移动平均值代替瞬时流量值，提取稳定物料流量信号；配置雾化良好的喷头，精心调整喷射方向，实现精准施加。

3.4薄板式烘丝机水分控制

与回潮系统相同，烘丝系统也是多变量控制系统。在生产阶段，烘丝系统根据来料流量、来料水分、出口水分设定、干燥系数、出口水分实际值计算出炉壁温度设定值，炉壁温度由饱和蒸汽压力根据经验拟合求得，通过调节薄膜阀的开度控制蒸汽压力，使实际炉壁温度追踪设定炉壁温度，从而实现对烘丝水分的控制。图1所示是烘丝水分控制系统图。

图1 蒸汽压力控制系统图

以上是薄板式烘丝机的一般控制过程，设备的自动调整功能较差，仅能满足一般生产的需要。实际上影响烘丝机水分精确控制的因素有很多，如来料流量、来料水分的均匀性、系统控制模型的先进性、干燥系数的经验值、来料蒸汽的质量、水分仪、皮带秤精度和稳定性、控制参数的选定等。可对控制模型、控制程序进行优化，一是在一定范围内自动调节排潮风门的开度，以改变烘筒内排潮量、改变烘筒内温湿度环境，以快速改变出口水分，但风门调整范围要控制在一定范围内，避免引起系统的过度调整；二是在一定范围内，调整热风风量，调节系统的干燥能力；三是根据来料水分及系统的运行状况，自动调整干燥系数，从而改变烘丝机筒壁温度，实现设备的自动水分调整。

控制要点：来料水分稳定、流量稳定；控制模型先进；检测装置、执行机构灵敏可靠；调节排潮系统提高烘丝水分控制系统的反应速度。

3.5多丝掺配均匀混配

多丝掺配系统将模块叶丝、梗丝、膨胀丝、薄片丝等按比例掺兑，可保证配方组分的一致性，但各种配比丝按掺兑顺序依次与叶丝混合，但在形成混合丝的过程中，各丝在运输带上输送相对静止，未能很好地混合，虽经加香滚筒混合，但配方的均匀性得不到保证。在空间允许的情况下，可配置混丝预配柜，将整组配方都进入到混丝预配柜，然后再进行加香；如果空间紧促，可在多丝掺配后加香前增加仓储式喂料机或多组混丝辊来提高多丝掺兑后混合的均匀性，为实现精准加香奠定基础。

控制要点：组分温度、流量稳定，增加混丝辊或配置混丝预配柜，提高配方均匀性。

4 结语

打造一条精准控制的制丝生产线，不但需要具有特色的工艺流程、一流的工艺加工设备等硬件设施，更需要智能的管控系统和精准的关键工序设备控制等软件设施。只有两者的有机结合，才能打造出一流的产品，提高对卷烟产品质量的控制能力，充分发挥卷烟原料的特性和使用价值，为打造具有独特香气风格和口味的中式卷烟提供核心技术。

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图3 DEH+CCS控制一次调频试验曲线（±3 r/min→±8 r/min）

4 结语

通过对DEH、CCS一次调频逻辑检查和实际的试验，中新电厂1号机组一次调频性能指标如下：

机组参与一次调频的死区为±0.033Hz（±2r/min）；一次调频开关投/切显示与实际对应，满足机组一次调频投入的要求；由DEH与CCS联合完成调频任务时，DEH响应快，CCS响应则精确，两者结合，既能达到较快的响应速度，又能有较高精度的调频量。在电网频率变化超过机组一次调频死区时，响应时间和45秒内负荷变化都满足电网要求。因此，在CCS投运的情况下，DEH与CCS联合调频为机组最佳的一次调频运行方式。

参考文献：

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作者简介

徐誉玮（1977-），男，广东河源人，热工工程师，毕业于广东工业大学电气及其自动化专业，现就职于广州中电荔新电力实业有限公司，多年从事电厂热工控制、技术管理和设备可靠性管理工作。

雷增强（1981-），男，陕西渭南人，工学学士，热能动力助理工程师，现就职于广州粤能电力科技开发有限公司，主要从事电厂热工控制和调试工作。

彭佩（1988-），湖北孝感人，毕业于西安理工大学电气及其自动化专业，现就职于广州中电荔新电力实业有限公司，主要从事热控专业技术管理及设备可靠性管理工作。

Exploration on Precise Control of the Tobacco Primary Processing

This paper focuses on the main technical parameters and factors of the precise control in tobacco primary processing. The purpose of the study is to improve the ability to control the quality of cigarette products, take advantage of the characteristics of raw materials, and provide the core technology for Chinese cigarette production which has a unique aroma and taste of style.

Primary processing; Technical parameters; Precise control

B

1003-0492(2015)03-0086-03

TP273

牛序策（1974- ），男，山东文登人，工程师，研究生，现任山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂高级工程师，从事卷烟设备、工艺及企业规划研究工作。