基于制丝线控制系统的工艺安全技术探究_杨露.pdf

149工 艺 与 装 备基于制丝线控制系统的工艺安全技术探究杨露缪祥坤王仕宏缪祥凯权发香（红云红河烟草（集团）有限责任公司会泽卷烟厂，曲靖 654200）摘要：随着科学技术的发展，我国卷烟企业的制丝线控制水平取得了快速进步，尤其在制丝线精度控制方面进步明显。在多品牌、小批量的精益加工模式下，柔性制丝技术成为卷烟企业适应市场需求、提高综合竞争力的主要手段。然而先进的生产工艺系统往往比较复杂，如果生产过程中出现故障，会出现混牌、加错料等情况，给企业带来严重损失。当前卷烟企业主要采用人工多层级审核排查方法，以避免出现类似事故，但效率和稳定性低，无法满足企业的发展需求。因此，重点分析研究制丝线控制系统的工艺安全技术，旨在为卷烟企业解决上述问题提供借鉴。关键词：制丝线；控制系统；工艺安全技术Research on Process Safety Technology Based on the Control System of Silk ThreadYANG Lu,MIAO Xiangkun,WANG Shihong,MIAO Xiangkai,QUAN Faxiang(Huize Cigarette Factory of Hongyun Honghe Tobacco(Group)Co.,Ltd.,Qujing 654200)Abstract:With the progress of science and technology,China s cigarette enterprises have made considerable progress in the control of the silk thread,especially in the precision control of the silk thread.Under the lean processing mode of multi brand and small batch,flexible silk manufacturing technology has become the main means for cigarette enterprises to adapt to market demand and enhance their comprehensive competitiveness.However,advanced production processes are often characterized by relatively complex systems.If faults occur in the production process,they will directly lead to mixed brands,wrong materials and other situations,which will bring serious economic losses to enterprises.At the current stage,cigarette enterprises mainly adopt manual multi-level audit and troubleshooting to avoid similar accidents.However,due to the low efficiency and low stability of this model,it still cannot meet the needs of enterprise development.Therefore,this paper analyzes and studies the process safety technology for the control system of the silk making line,hoping to provide some theoretical reference for cigarette enterprises to solve the above problems.Keywords:silk thread;control system;process safety technology目前，我国各大烟草集团竞争日趋激烈。优化并完善卷烟生产过程中的制丝工艺，成为各大烟草公司提高产品质量和综合竞争力的重要方式。在传统的制丝生产过程中，由于卷烟牌号具有多样性，对应的加工方式不尽相同，易出现错牌问题，影响企业生产进度，增加了企业生产成本。本文基于制丝线控制系统设计了一种由生产单元、控制单元及工艺安全判断单元 3 部分组成的工艺安全保障体系，经过科学合理的任务划分，有效解决卷烟生产过程中出现的错牌、混牌问题，保障生产加工过程的工艺安全。1制丝线控制系统结构分析随着科技的发展进步，各种新兴技术在制丝线控制系统中获得应用，提高了系统的科技水平。目前，大部分制丝线控制系统已经发展成经典的 3 层次架构模式，即设备层、集中监控层及生产管理层。1.1设备层设备层主要由电气柜、输入/输出（Input/Output，I/O）站、开关柜、终端设备、变频器、红外分水仪、传感器、智能仪表以及独立单机等部分组成。它采用现场总线布局方式，通过网络系统控制各部分设备。红外分水仪、智能仪表等元器件直接和现场总线相连。传感器、自动调节阀等设备则以模拟量转化为数字量的方式采集并显示运行数据，主要功能是控制工艺设备按照设定的工艺流程进行生产操作，并控制生产流程中的各种阀门、电机实现安全生产1。设备层的各种设备元器件能够依据具体生产工艺要求灵活设置，以控制生产全流程和分段工艺流程，最大限度满足生产需求，节约成本。1.2集中监控层集中监控层主要由可编程逻辑控制器（Program-mable Logic Controller，PLC）系统、监控计算机、应用对象服务器（Application Object Server，AOS）、数据库服务器以及以太网系统等部分组成。集中控制层中的主干网络是构成以太网环网的主体结构。网络各个部分使用光纤连接，并配备有冗余电源，以便最大限度确保网络信号的稳定性2。集中监控层的主要DOI:10.16107/ki.mmte.2023.0178现代制造技术与装备1502023 年第 3 期总第 316 期功能是将设备层中各个设备和元器件统一连接，并通过各种设备实现对生产现场的信息采集、报警监控以及连锁控制等功能。通过集成监控层可以实现设备层和管理层之间的数据信息交换，且集中监控层保留有人机交互界面接口，连接相应设备，可以显示现场生产数据和状态。1.3生产管理层生产管理层采用光纤和交换机构组成工业光纤环网，运行稳定，可靠性高，能确保生产管理层网络运行的质量。生产管理层利用以太网监控全生产流程的设备运行状态，并将对设备的管理和控制集中于同一网络平台。车间及管理层的数据库具有和厂级数据网络相互连通的功能，因此利用数据管理系统可以归类整理并计算分析管理层设备收集的现场数据3。车间级数据管理系统向下可以实时调度生产状态，监控生产关键环节的工艺参数和管理控制。车间级数据管理系统向上可以作为烟草企业制造执行系统（Manufacturing Execution System，MES）中 的 一 个子系统，为企业进行战略决策和优化工艺流程提供数据支撑。2制丝线控制系统生产单元划分生产单元是一种以生产工序或缓冲设备作为起点和终点的一段流水生产线。生产单元具有以下特点：具有独立的手动/自动模式切换功能；同一生产单元只能接受一个生产任务；只有生产单元接收具体生产任务后，才能发送启停命令，此时生产单元中的设备参数会自动切换为该生产任务；待生产单元完成启动后，需将完成信号发送给生产线中的其他与其有连锁关系的单元4。对于生产线中设备较多的工艺段，将该段划分为多个独立的生产单元。在该工艺段采用相同路径可以同时生产两个不同的任务，有效缩短了因生产批次不同而产生的等待时间，降低了因批次不同进行转换的出错概率。依据生产线中各种缓冲设备的具体分布位置，对制丝工艺布局进行规划的流程为“润叶加料贮叶柜进料预混柜出料定量喂料流量控制松散回潮预混柜进料出料分片真空回潮翻箱喂料切丝定量喂料切片开包”“贮叶柜出料定量喂料”“计量加香贮丝增温增湿叶丝回潮干燥”“梗丝柜定量喂料配比计量”。各单元所包含的设备如表 1 所示。表 1制丝线控制系统生产单元设备明细单元名称设备名称出料单元片烟高架库出料、开包前输送机真空回潮单元片烟高架库出料、翻箱喂料机提升带开包单元开包机、切片机前输送机切片单元切片机、控制型电子秤的长输送带松散回潮单元控制型电子皮带秤、松散回潮筒、预混柜布料车预混贮叶柜单元预混贮叶柜出料底带、加料前喂料机底带加料单元加料前提升带、加料机、贮叶柜布料车贮叶柜单元贮叶柜出料底带、切丝机前喂料机底带切丝单元切丝前喂料机提升带、切丝机、超级回潮前和滚筒干燥前的喂料机底带干燥单元超级回潮前喂料机提升带、HT 增温回潮-滚筒梗丝掺配单元梗丝柜、喂料机、配比计量称加香单元叶丝主秤、带式输送机、振动式输送机、加香机、输送机、贮丝柜布料车3制丝线控制系统工艺安全运行逻辑3.1任务控制系统任务指的是制丝流程中各工艺段的具体生产任务，是车间生产管理人员在获取具体的生产计划后，使用控制系统分解出包含生产任务具体生产要素的指令信息。任务通道包含有任务的批次信息、牌号信息、配方信息以及路径信息等。制丝线控制系统包括设备层、集中控制层及生产管理层。在实际生产过程中，MES 系统将工艺段的生产任务发送至制丝线的中控系统，待控制系统将任务转换为 PLC 系统可以识别的信号后，再将其发送至 PLC 设备控制系统执行生产任务的任务通道5。任务控制系统一般被设计在制丝线控制系统的设备层，主要功能是控制工艺段设备、信息传输、任务转换及工艺安全判断等，是制丝线控制系统中的关键组成部分。为控制制丝线加工生产全过程，任务控制系统可以依照具体任务选择的工艺路径控制对应的生产单元执行相关生产任务。3.2生产单元工艺安全判断制丝线生产中的工艺安全判断指的是在具体生产过程中由任务控制系统自动判断各个生产单元的工艺安全状况，并将判断结果发送至与其相关联的上下游生产单元。上下游生产单元依据该结果信息自动判断是否满足供料条件。该判断结果作为生产单元之间连锁控制信号的一部分，与设备连锁串联控制工艺段6。上游生产单元会在这个连锁信号的控制下完成对供料设备的启停命令。上游生产单元与下游生产单元生产151工 艺 与 装 备任务指令完全相同时，才可以开启上游生产单元包含的生产设备。生产单元工艺安全判断依据缓冲类设备型号的不同，可以分为仓式喂料机、贮柜进料、贮柜出料及加香加料料液罐 4 种不同种类。仓式喂料机。为确保梗丝干燥生产时制丝线生产单元可以连续性作业，在梗丝干燥生产单元加装仓式喂料机，依据仓式喂料机的工作特征设定具体的生产条件和参数，以便利用仓式喂料机控制梗丝干燥生产单元出料。贮柜进料和贮柜出料。对于贮柜的进料和出料单元来讲，系统主要判断贮柜生产信息和生产批次，生产牌号及任务工单中的批次、牌号信息是否保持一致。如果这两对信息中出现不一致的情况，那么贮柜在任务控制系统的控制下将会停止出料或进料操作，从而确保制丝线生产工艺的安全7。在贮柜进料电机因生产任务批牌发生冲突无法正常运行时，任务控制系统会自动发出报警信息，提示现场操作人员检查并修正生产系统。解除故障、改正生产工艺错误后，才能开始进行正常的贮柜进料和出料操作。要想确保贮柜进料、出料操作正常运行，需要同时满足以下 3 个工艺生产条件：第一，贮柜进料和出料生产单元的生产任务批次不能冲突；第二，贮柜进料和出料生产单元生产牌名不能冲突；第三，选中贮柜状态信息为“出料”（当需要进料时）或“进料”（当需要出料时）。加香加料料液罐。香料厨房系统采取射频识别（Radio Frequency Identification，RFID）技术跟踪并识别生产工艺中的加料加香单元牌号信息。香料厨房完成灌装任务后，香料厨房系统会自动将加料加香牌号的相关内容写进移动罐的 RFID 标签中。料液移动罐离开香料厨房前，系统二次读取写入 RFID 标签中的信息，并实时比对其与生产任务的牌号。如果牌号信息完全一致，系统会将待生产任务的批次信息写入RFID 标签，即制丝线管理控制系统先获取 MES 工单并解析其中的生产命令，然后将经过解析的生产信息发送至 PLC 控制系统和香料厨房系统。料液移动罐被运送至系统中的加料或加香生产单元后，制丝线控制系统中相关联生产单元的中央控制系统会实时读取生产现场的加料加香罐 RFID 批次数据信息，然后自动将该批次包含的数据信息和相关工艺段包含的生产任务批次数据信息进行一一比对。比对后两者完全一致，则加料加香系统开始工作，对料液罐进行预填充，最大限度确保香料液准确无误。在制丝生产工艺中，为最大限度保证工艺安全，将生产单元之间的任务号进行比对。对于生产任务分支较多的情况，可以在对任务号进行比对的基础上进行生产批次号信息比对。贮柜进料、贮柜出料控制过程中引入工艺安全判断，可提高整个制丝生产工艺的安全性。在香料液移动罐生产单元使用 RFID 技术完成对写入标签信息的比对确认，可有效避免出现 错误。4结语卷烟制造厂作为一种典型的混合流程制造型企业，生产任务类型多、批量小、流程工艺较复杂，增大了制丝生产工艺出现错误的概率，为企业正常生产带来了损失。随着科学技术的进步，各种高科技的应用为工艺安全的优化和创新提供了基础。文章构建了一套完整的牌号工艺安全保障体系，将其应用于制丝线生产控制系统，优化并改造工艺流程中的仓式喂料机、贮柜进料、贮柜出料及加香加料等生产单元，实现了对工艺安全的自动判断，大大降低了在多路径、多分支制丝生产过程中出现错误的概率，避免出现牌号错误等严重问题，完成了对卷烟生产过程的精细化和标准化管理，可为提高卷烟企业的经济效益和综合竞争力打下坚实基础。参考文献1 杨萍，朱瑞龙，林硕.制丝线生产管理系统研究与设计 J.电脑知识与技术，2022（10）：58-60.2 苏冁，冯超.烟草制丝线辅联设备控制技术探讨 J.科技创新与应用，2021（29）：100-102.3 郭昌耀，高复高，董伟，等.制丝线加香加料防差错控制系统设计 J.设备管理与维修，2021（15）：99-101.4 高复高，董伟，郭昌耀，等.制丝线柜式喂料机铺料控制系统设计 J.设备管理与维修，2021（11）：120-122.5 普云伟，方瑞萍，肖智斌，等.卷烟制丝线异味处理系统增配风机电机烧毁原因研究 J.中国设备工程，2021（3）：96-97.6 吕忠闯，王志强.基于制丝线控制系统的工艺安全技术研究 J.设备管理与维修，2017（9）：36-37.7 胡艺川.制丝中控系统的工艺安全保障体系研究 J.中国新技术新产品，2013（13）：179-180.