基于PLC的烟草加工烘丝机自动控制系统研究

李培培

（河南中烟有限责任公司安阳卷烟厂，河南安阳，455004）

0 引言

我国作为传统的农国，农业相关产业在我国经济发展中占据着重要的位置。在我国农业发展期间，除了粮食农作物的生产以及加工外，经济作物的生产预加工的地位有也是不容忽视的。我国众多经济作物当中，烟草的种植是最为广泛也是最为普遍的，其发展速度较快。烟草在加工过程中，烘丝机起着非常关键的作用，能够把烟草中的水分进行烘干，提高成品的整体质量，对未来烟草企业的发展有着举足轻重的积极影响。伴随着计算机的应用范围不断增长，烘丝机的自动控制水平也得到了较为明显的提升，表现最为突出的莫过于PLC的应用了，PLC有效的提高了哄自己自动控制系统的综合效率。

1 烘丝机控制系统与PLC技术概述

1.1 烘丝机控制系统

烘丝机自动控制系统主要由电气系统、传动系统、热风系统以及管道系统组成，其中传动系统主要是由主传动电机按变频器给定的频率输送转速，通过链传动实现传动轴的第一次降速，再将小齿轮与烘干机上的大齿轮对合并实现二次降速。管道中的系统由空气管路、初潮管路以及蒸汽管路三部分组成。热风系统中主要由管道、热风风机、散热器等众多部分组成热风系统最主要的功能就是将干燥速度加快，电气系统则是利用PLC技术进行自动化控制。

1.2 PLC技术

PLC技术也被统称为可编程序控制器技术，此技术会对烘丝机整体进行诊断，并且该技术会使烘丝机的干扰性得到加强，可靠程度变高。而自动控制系统当中PLC技术通常情况下都采用编程的方法，主要原因为，编程方法容易让人理解，掌握起来不复杂。除此之外，基于PLC技术的自动控制系统的灵活性较为突出，在电力系统等领域应用范围极广。PLC技术在烟草加工烘丝机自动控制系统当中主要的工作流程分为三个阶段：采样输入、执行程序与系统输出刷新。烘丝机在正常运作的过程当中，可以依靠I/O映像区的单元来储存数据，不同的数据所储存的单元不同。PLC技术对自动控制系统的过程为控制器参数设定，控制器通过设定的参数对执行设备下达命令，执行设备控制对象进行动作运行，在此过程当中，需要针对这一过程进行反复测量。

2 烘丝机自动控制系统构成、工作原理以及功能

2.1 系统构成

烘丝机的自动控制系统主要由四大部分组成分别为管路系统、热风系统、电气系统、传动系统。其中传动系统由主驱动干燥机M、热风机电机M2、旋转网络电机M3以及水泵电机M4组成。M1和M2马达均安装了变频调速器，可以设置转速。而这其中的热风系统是为了提高烘干效率而安装的热风装置，主要有管道、风机以及散热器等构成。管路系统则由压缩空气管道以及蒸汽管道所构成[1]。蒸汽管道直接会烘供热桶上面的供热办并传给散热器，而另一头会供给进入前室的喷吹饱和蒸汽装置，以提高在料头、料尾时的烘筒内的空气湿度，减少干头干尾的烟丝，如图1所示。

图1 烘丝机控制系统

2.2 工作原理

从储放柜取出的烟叶都含有一定的水率，切丝机切割成烟丝以后在通过电子传输带进行称重，其次由回潮机对烟丝增温或者增湿，在进入薄板式滚筒烘干机，再送至导热板，再使烟丝充分受热，同时热风会朝着顺流方向，使烟丝干燥的速度加快，在烘干桶中随着温度和热风程度不变的情况下，随着蒸汽逐渐加强烟丝里面的水分会逐渐蒸发掉，所蒸发出的湿热空气以及粉尘全部由排潮管道排出[2]。

2.3 烘丝机自动控制系统的功能

烘丝机在整体运行的过程中，烟丝会从烘丝机的进料口进入。烘干筒的在运作的过程当中，烟丝会在里面不断翻滚，然后完成后会从烘丝机的后方出料口落出。在此过程中，蒸汽压力会随着管道进入到烘桶当中，对烟丝进行加热处理。除此之外，自动控制系统还会自动识别烟丝来进行实时传送以及检测。将烟丝放入进料口中以后，系统会自动识别并且自动运转，并检测烟丝在进料口的断料时间，自动选择出最优工作状态，来确保烟丝彻底烘干以后，使烟丝烘干的效率得到提升。此外，烘干机还具备以下功能。

2.3.1 检测功能

烘丝机自动控制系统会实时检测烟丝在入料口的全部数值，并根据烟丝的水分、温度自动调节征求压力以及阀门开度值，为此来得到更好的控制以及效率。

2.3.2 显示功能

烘丝机在运作过程当中，自动控制系统可以为设备的整体运作状态实时显示，所检测的各项参数有参数记录、运行参数以及整个运作得流程等。

2.3.3 控制功能

烘丝机在运作的过程中，自动控制系统会对整体设备有效控制。整个控制过程具有明显的多输出、多输入、滞后的特点，因此有必要对设备的硬件配置和软件编程进行控制。在现实运行当中，生产工艺条件也有着很明确的标准，如蒸汽压力以及烟丝流量时间等都着着很高的要求[3]。通过自动控制系统可以进行实时监测控制，可以清楚的看到烘丝机在运作过程中的各项参数，以此来控制烟丝烘干工作的整体进程，保证烟丝在出货的时候始终控制在最高标准。

2.3.4 诊断功能

诊断作为自动控制系统中最核心、重要的功能，不仅可以监控设备运作状态，还可以及时发现运作过程中出现的问题并发出警报并采取处理措施，防止影响更严重。

3 烘丝机自动控制系统PLC硬件配置

3.1 系统硬件配置

烘丝机自动控制系统运作过程中所使用的PCL硬件首先要以控制对象以及设计为第一考虑点。PLC硬件的应用还需考虑到烘丝机的整体结构、系统要求以及运行状态，首先设备整体结构要采用完全封闭式，运作过程依靠滤尘网的风扇进行通风，可以有效的提高防护等级。由于整体结构是封闭式而且较为完整，可以有效的提升控制、以及信息输出和出入的效率。PLC硬件配置需要率先考虑烘丝机的运行、结构以及具体的系统操作要求。首要，结构上要采用封闭式，在实际工作过程当中需利用滤尘网中的风扇进行通风，将防护等级提高。出于对提高信息控制、输出以及输入效率的焦虑，应保持烘丝机内部结构的完整性。其次，在针对PLC系统中硬件的设置中，人机交互界面的设计工作得到了高度重视。人机交互的操作与控制界面十分简约，整个运行过程都可以实现人机对话的触摸操作，便于工作人员对参数实时查询。此外，PLC控制系统在运行中可以利用异步交流电机，有效控制和调节烘丝滚筒的转速。

3.2 控制通道主回路

烘干机的整体设计结构中控制通道主回路是最为基础的设计，其作用就是控制蒸汽压力。通常，烘丝机在运作过程中烟丝进入烘桶的转速以及温度基本都处于稳定的状态，而蒸汽压力和入口烟丝水分会把出口的烟丝水分影响到，为此PLC的应用主要是蒸汽压力的控制，根据实时监测出来的数据，以最为合适的方法来控制蒸汽压力，确保最后生产出是最高标准的烟丝。

3.3 人机交互画面设计

在PLC的应用中，人机交互屏的设计对其应用的方便性有较严重的影响。人机交互画面的设计效果直接决定PLC的系统是否可以正常使用。现如今的交互以及显示都是在Windows95 环境下，使用 ProTool软件以填入式的方式来构建，最后把整个应用过程中需要用到的模块编辑到界面上，进行链接并设置对应的参数，让设备在运行当中可以对整体的状态以及工作参数进行监测与现实[4]。

3.4 软件设计

烘丝机自动控制系统中的最为核心的关键就是PLC技术，PLC技术作为梯形图结构的主要核心控制程序，操作终端需要将出口处烟丝中所含的水分转变为参数，PLC技术会把所在的参数转变为控制变量，后通过对相关设备进行命令。主要操作步骤如下：烟丝会在烘丝机的入口进行称重，然后进入烘丝机内部，利用终端控制蒸汽压力、烘桶转速以及温度等，实现OID闭环控制。

4 烘丝机的主要控制变量以及控制方案

4.1 蒸汽压力对水分的影响

蒸汽压力会死者弧形以及辐射型热交换板期间使烟丝充分受热，烟丝的水封会随之蒸发变得干燥。在烘干筒整体温度不变的情况下，蒸汽压力逐渐提升，烘丝机的出口水分会随之降低，相反，蒸汽压力降低那么水分也会随之增高。

4.2 热风温度对水分的影响

热风温度产生的机器为热风风机，其温度是通过角行程执行器来使冷热空气进行改变。当转速以及温度达到一定时，烟丝的水分蒸发取决于风的温度。因此，随着空气温度的升高，烘干机的出口水分减少，反之亦然。

4.3 烘筒转速对水分的影响

烘筒转速决定烟丝在烘筒内滞留时间，时间越长，水分蒸发越多。由于在烘烤过程中，伴随着一定的化学反应，以提高烟丝的内在品质，其过程需要一定时间，不宜过短，也不宜过长。

4.4 排潮风门对水分的影响

排潮风门的大小直接影响着热风流速，风门越大随着流速就会越大，烟丝水分蒸发就会越快。排潮风门如果处于关注的状态，则烟丝无法进行烘干[5][6]。系统还会根据特定的控制方式来对物理量进行调整，来使出口处的烟丝达到规定的要求，从上述几个可以得出，烘干筒的转速主要有变频器来控制，根据系统调节主要分为三个档位，预热状态的转速为6r/min，烟丝如果彻底进入烘丝机以后会朱建生省委11r/min，当烟丝的转速到达最后的到料状态时，转速会提升为16r/min，来把烘丝机中的最后剩余烟丝进行导出，防止烟丝太过于干燥[7]。排潮风门的设计也是有工艺段来进行调节的，烘丝机在正常的运作过程中，排潮风门的开启状态会一直报纸。系统的主要控制变量和方案如图2所示。

图2 主要控制变量以及控制方案

5 结语

烟草企业在生产过程中运用计算技术的现象已经逐渐普遍，计算机技术使烟草生产的生产效率以及产品质量得到很大的提升，使烟草企业的发展更进一步。而在此生产过程中，烘丝机占着很重要的位置，烘丝机的整体效率直接影响着烟草的质量。烘丝机自动控制系统中PLC的应用，提高了烘丝机运行的自动化水平，还有效的提高了烘丝机的运作效率以及烘干烟丝的质量。