薄板烘丝出口水分稳定性研究

山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂 山东 青岛 266101

前言

随着卷烟工艺技术的不断进步，精细化、柔性化加工控制已经成为制丝生产的发展方向，烘丝工序作为制丝生产线的重要环节，其对烟丝感官质量的影响尤为突出。HAUNI公司的KLD-2两段式薄板烘丝机生产过程以筒壁干燥为主，烘丝筒壁温度的控制对出口烟丝的实际水分有着关键的影响。正常工作时，烘丝筒壁温度的控制由前馈数学模型和实际水分反馈共同决定。然而随着烟草行业精益化发展的要求不断提高，KLD-2现有的控制方法已无法满足精益化发展的需求，其出口水分的稳定性较差，生产过程中存在以下问题：

①生产前无法预知待生产物料的状况，导致初始生产参数设置不合理；②头料和尾料的控制方法单一，无法根据物料的特性实时调节，导致头料和尾料出口水分波动较大；③生产过程中人为干预的次数较多，生产结果因人而异，并且极大增加了员工的劳动强度；④生产过程中对物料变化的响应速度较慢，参数调节存在较大的滞后性[1]。

1 烘丝机控制流程分析

受设备控制原理和控制流程的影响，生产过程中操作工需要根据来料的水分实时调整设备的相关参数，调节参数主要包括：热风速度、一区炉壁温度、二区炉壁温度、脱水量、烘前流量等。通过统计五千烘丝20个批次的生产过程，统计结果显示人为干预的次数约为20次，人为干预次数较多，且出口水分的批件稳定性较差。

2 烘丝机各参数对烘丝出口水分的影响研究

根据生产过程中采集的五千烘丝工艺参数、生产过程历史数据，用散点图、回归分析法、相关性分析法等对数据进行初步分析，研究五千烘丝设备工艺参数(滚筒转速、卸料罩压力、烘丝入口叶丝流量、烘丝来料水分、热风温度、热风速度、HT蒸汽流量、HT出口叶丝水分、滚筒炉壁温度一区、滚筒炉壁温度二区、烘丝出口水分等)与出口水分之间的关系，结合相应的特征工程，找到影响出口水分稳定性的关键因素[2]。

3 建立水分控制模型

考虑到五千烘丝生产过程中存在不同的阶段，包括头料阶段，生产阶段，尾料阶段。不同阶段的加工方式不同，每一段需要采用不同的处理方法，也就需要采用不同的控制模型，从而保证物料的加工强度和出口水分的稳定性。

阶段一：头料阶段，烟丝未到达滚筒出口，此时没有出口水分的反馈信息，需要从批次整体方向来考虑，根据回潮工序物料加工过程、加料工序物料加工过程、物料醇化时间、环境温湿度等参数，预测待生产物料的相关特性，得出初始化加工参数，并根据物料的变化实时调节，从而提升头料阶段出口水分稳定性。

阶段二：生产阶段，入口水分和烘前物料流量达到相对稳定的状态，且出口可检测到物料水分，采用机器学习过程控制模型，当来料特性发生变化时，模型可迅速做出响应和决策，输出相应的控制参数，并将结果写入设备控制点位，实现设备的反向控制，保证生产过程出口水分的稳定性。

阶段三：尾料阶段，物料流量逐渐减少，滚筒内的物料比较稀薄，加工强度不易过大，模型可根据物料状况输出相应的加工参数，保证出口水分的稳定性[3]。

4 效果验证

为了确保模型可应用于实际生产，在模型投入生产前需要对其准确性进行分析验证。在五千烘丝操作终端增加虚拟点位，并将控制结果写入虚拟点位，分析输出结果否符合生产要求，如不符合要求则对模型进行优化。当模型输出结果符合生产要求时，即可将其部署到生产环境，实现五千烘丝出口水分的自动控制。

5 结束语

本论文通过分析烘丝机工作原理，明确烘丝机设备控制流程，找到调节烟丝水分的关键参数及控制过程中的短板。利用生产过程中的历史数据，分析各关键参数与烘丝出口水分的相互关系，结合机器学习自适应、自优化的特点，建立数据驱动型的烘丝控制模型。模型可在生产前通过预测物料状态，输出合适的初始加工参数；在生产过程中可根据来料的变化，自动调节相关参数，消除人为干预，提高烘丝机控制水平，实现出口水分自动控制，提高产品质量稳定性，同时还可降低了操作工的劳动强度。