卷烟企业的自动控制技术
发布于:2009-4-11 已被阅读: 次 
   
  改革开放20多年来,在国家的宏观经济政策和烟草行业主管部门的正确指导下,卷烟企业遵循依靠企业技术进步和现代化管理的战略思路,迅速发展壮大。

  10多年来,卷烟企业在追求技术进步的过程中,引进先进的技术装备使制丝生产、打叶复烤、卷接包的工艺和设备迅速赶上了国际先进水平,卷烟生产的自动化也达到较高水平。如今,工业企业现代化改造的方向是全面实现企业自动化的特征是自动控制技术、物流技术、信息技术的综合应用。发达国家已逐步实现的工业企业信息化,最初也是从企业自动化起步的,这为我们提供了很好的借鉴。因此卷烟企业的自动化是实现信息化企业的基础,自动控制技术的发展应用是未来几年烟草企业应该关注的重点。

  2 烟企业自动控制技术的发展历程

  2.1 自动控制技术的发展

  工业过程自动控制包括对生产设备连续顺序控制,压力、温度、含水率、掺兑、配比等的自动控制,产品物理结构、化学成分等的品质检测等,其应用的意义不仅仅在于将人们从繁重单调的劳动中解放出来,而且是保证大规模工业生产的生产效率和产品质量的有效手段。

  自动控制技术伴随着工业生产的规模扩大和对产品质量的更高追求不断发展,企业为追求更大的效益和更高的产品竞争能力也促进了自动控制技术的发展,国外自20世纪60年代出现第一套工业过程控制系统以来,已经历3个主要发展阶段:

  (1)工业生产线自动逻辑控制和模拟量PID调节等控制技术的应用,实现了工业生产线的连续自动生产。该阶段主要采用继电逻辑控制技术和工业二次仪表,由于控制技术落后,控制系统可靠性不高,工艺参数调节精度不高,加之检测手段落后,生产过程必须有大量的人工参与,生产效率和产品质量无法保证。

  (2)随着计算机技术的发展,出现了可编程序控制器(PLC)。由于采用了计算机技术,可以应用算法复杂的模糊控制技术等先进控制理论,控制软件取代了大部分硬件功能,控制系统的设计、制造、调试、更改和维护大大简化;同时计算机技术也促进了检测技术的发展,因此控制系统的可靠性和工艺参数调节精度大大提高。

  (3)计算机技术、通讯技术、控制技术的发展,便于集中管理的集中监控技术日趋成熟并得到广泛应用,控制系统更向全数字化、全分散式、全开放可互操作和开放式互联网络的新一代现场总线控制系统(FCS)发展。

  2.2 国内卷烟企业自动控制技术的发展历程

  20世纪80年代初期我国卷烟企业开始引进国外先进的生产设备,全自动的进口生产线(设备)反衬出国产烟机设备在自动化水平上与国际先进水平的巨大差距。经过10多年的努力,不断采用新的自动控制技术,从继电逻辑控制,到PLC控制,再到集中监控,发展到现在的工业现场总线控制技术和管控一体化控制系统,几次大的跨越迅速缩小了与国外的差距。

  20世纪90年代以前,采用继电逻辑控制的制丝生产线实现了生产过程自动化,先后为卷烟企业提供了20余条继电逻辑控制的制丝生产线,提高了这些卷烟企业的制丝生产自动化水平。

  20世纪90年代初,PLC控制技术应用于打叶复烤和制丝生产线等,使控制系统的结构简化,可靠性、稳定性提高,卷烟企业的自动化程度逐步接近世界同行业水平。

  随着技术水平的不断提高,集中监控系统也应用于打叶复烤生产线和物流系统中,为生产线的生产管理提供了现代化的管理手段;先后为卷烟企业提供了10多套集中监控系统,并采用现场操作站系统取代了电控柜上的大量指示灯、操作按钮、模拟显示屏等,极大地方便了现场的操作、查询、维修等。

  根据企业的信息网络化的发展要求,形成了管控一体化控制系统,提出车间数据管理系统的基本构架,为车间数据采集、数据管理及卷烟企业信息集成奠定了基础。

  20世纪末,基于工业现场总线的控制系统,将目前世界最先进的控制技术应用于卷烟企业,现已为卷烟企业提供了近10条基于工业现场总线技术的控制系统。

  2.3 卷烟企业的新需求

  随着烟草产品市场竞争的需要,卷烟企业提出了提质降耗、精细加工、小批多品、开发新品、管控结合的新需求,对自动控制系统提出如下具体需求:1、高可靠性、高稳定性,保证设备较高水平的有效作业率;2、先进的简化的电控系统结构,投资建设、运行维护的低成本;3、完备的检测项目,先进的检测手段,便于产品的质量跟踪和控制;4、稳定的流量控制,精确的开环、闭环调节控制,便于稳定的质量控制;5、完善的牌号管理和工艺参数(配方)管理体系,适应小批量多品种的生产方式;⑥全面可靠的数据自动采集和人工录入系统、完善的数据处理系统,以满足对生产、工艺、质量、设备、能源进行综合管理的需要。

  3 卷烟企业自动控制技术的发展趋势

  为保持和增强企业竞争力,卷烟企业的技术进步必须与国际发展趋势保持同步。从国际自动控制技术发展趋势来看,随着产品市场竞争的加剧。工业企业对工业过程控制提出了更高的要求、同时新技术的发展和新产品的应用也为工业过程控制技术的发展提供了条件。

  随着网络技术、通讯技术、人机接口技术等信息技术的应用,工业过程控制技术正逐步实现网络化智能化。在控制系统结构方面正开发和应用更优化的集散系统结构和网络结构;在硬件方面正开发和应用可靠性更高、速度更快、配置更灵活的控制器、通讯模块、开发维护工具等;在软件方面正开发和应用工业控制组态软件、数据管理软件、通讯软件、故障的自动诊断软件和强大的开发工具软件等。

  在工业过程控制中实现分散控制系统的集中监控,系统故障的自动诊断,友好的人机对话接口,生产、工艺、质量历史数据的自动采集、长期保存和追溯等,并逐步向成为企业信息集成的子系统过渡已成为工业过程控制技术正在发展的趋势。

  结合工业过程控制技术的发展趋势,卷烟企业的自动控制技术有以下几方面的新发展。

  3.1 网络化、智能化、数字化

  3.1.1 网络化

  每种工业产品从原材料到成品的制造过程要经过十几道,甚至上百道工序才能完成,一条工业自动化生产线需要几十台,甚至上百台设备组成,某些制造工艺复杂的工业产品需要分成若干条生产线才能完成,控制的对象十分分散。对工业过程控制系统而言,必须将工业自动化生产线分解为若干个控制子系统,但这些独立的控制子系统之间如不进行有效协调、集中监控管理,整个生产线就无法正常生产。网络化就是将各个控制子系统通过通讯网络建立数据交换联系,并实现集中监控,相互协调生产、工艺、质量参数,接受管理人员的工作指令;还可以实现远程多条生产线的集中监控管理,合理调配各项生产要素,最大限度地降低制造成本。这就是建立在网络化基础上的集散型控制系统。

  3.1.2 智能化

  在复杂的工业自动化生产线中,各控制子系统的控制任务重、实时性强,不可能通过通讯网络集中控制,控制子系统必须独立完成控制任务,并向中控传送控制状态、控制参数、报警信息等,接受中控指令。另外工业过程控制系统应具有预警提示、故障寻迹提示、辅助决策等智能功能。控制器、检测设备的智能化才能使工业过程控制实现真正的集散控制。工业过程控制系统的智能化减少了人工干预,但需要人工调度指令、维护保养、分析决策等,因此仍需要人机接口;同时系统的智能化使人工工作量大大减少,信息量大大增加,需要表达清晰,操作简便、友好的人机接口,提高人员的参与程度和工作兴趣。开发具有大屏幕显示、动态指示、实物动画、人机对话等功能的更加友好的人机接口也是智能化的方向。

  3.1.3 数字化

  在工业过程控制系统中有许多控制变量需要处理,传统的模拟量传输精度低、抗干扰能力差,影响控制回路的控制精度;同时数据采集量不准确会影响数据处理及科学分析,检测器、传感器、执行器、控制器的数字化是实现精确控制和科学分析的基础。

  网络化、智能化、数字化使控制系统的配置简洁灵活,满足生产过程的精确控制,便于生产工艺的调整,满足多品种小批量生产的需要,适应柔性化生产和敏捷制造的潮流。

  3.2 实时在线质量检测

  工业自动化生产线的首要目标是保证产品质量,由于生产过程不可能进行过多的人工干预,产品质量的保证只能依赖在线质量检测设备和仪器,监视产品质量参数,为控制器提供准确的测量值和检测状态。

  在线质量检测设备和仪器在保证可靠性和检测精度的基础上,应具有上网通讯功能,以提高数据传送精度和速度。对工业过程控制系统而言,在生产线中选择合理的检测工位,针对不同产品增加检测项目,准确完整地反映产品质量信息,都是需要进一步研究的课题。

  因此实时在线质量检测设备和仪器网络化、智能化也是工业过程控制技术发展的趋势之一。

  实时在线质量检测在卷烟企业的制丝生产线中尤为突出,现在的制丝线除物料流量检测、含水率检测和温度在线自动检测外,对物料其他质量参数无在线自动检测手段,因此对烟丝的填充值、长丝率、烟碱、糖分和焦油等采用离线检测,只能对烟丝质量事后跟踪和分析。

  新型制丝线中应完善对烟丝的填充值、长丝率、烟碱和糖分的自动检测,并参与电控系统的实时控制。检测设备有在线和离线两种配置方案:在线配置即在生产线上设置检测设备;离线配置即在制丝线附近设置检测中心,由制丝线通过分料设备和输送带定时自动为检测中心提供样品。各检测设备无论是在线或离线配置,均与中控室建立数据通讯,自动生成检测数据,并自动存入车间数据库,避免人工操作的人为偏差,为烟丝质量跟踪、分析和控制提供可靠的数据来源。

  3.3 实时数据自动采集

  实时数据自动采集是保证产品质量可追溯性、便于质量和工艺改进、便于设备改进和维护的有效手段。数据自动采集保证了数据的真实性和有效性,有利于数据的计算机管理。目前发展的方向是保证数据的真实性和有效性,建立完整的数据采集体系,为决策提供可靠的依据。

  卷烟企业的生产线通过近几年的改造实现了基本的数据采集功能,但现有数据采集有2个问题:一是生产线中某些检测和控制设备还没有上网通讯;二是生产线控制不需要但车间综合管理需要的数据和信息,特别是文字信息没有录入。因此数据不全面,无法为生产线的生产、工艺、质量、设备、能源的综合管理提供全面的数据。

  3.3.1 解决信息孤岛问题

  对无上网通讯功能的设备进行智能化升级,在新改造线中选用的检测设备或单机控制设备,首先必须满足上网通讯功能,彻底消除生产线中的信息孤岛,为车间管理层提供尽可能多的数据来源。

  3.3.2 建立数据人工录入体系

  对无法自动采集的数据(信息),需要通过人工录入数据库。为了保证数据的唯一性、真实性,有必要建立一套数据人工录入的规则,指定数据的录入终端、口令及数据录入格式。

  实现数据自动采集,建立完善的数据采集体系是企业信息化的基础,是自动控制技术发展的趋势。

  3.4 设计调试、故障自诊断技术

  要实现控制系统设计安全可靠、简洁合理、功能完善、投资费用低、建设工期短,就必须有较强的设计、调试手段和工具,工业过程控制技术的发展离不开设计、调试手段和工具的发展。

  工业过程控制系统的硬件平台主要是通用计算机、专用计算机和PLC控制器等,硬件平台的发展依赖计算机技术的发展,因此目前设计手段和工具的发展主要是软件技术的发展,如:控制系统方案设计软件、控制系统方案仿真验证软件、通用通信接口和驱动软件、网络通讯管理软件、数据管理软件、仿真调试软件、远程异地调试、诊断、维护软件。

  随着工业自动化生产线自动化程度的提高,控制系统越来越复杂,设备维护和控制系统维护工作更加庞杂,系统故障的查找和排除费时费工,对工业自动化生产线的生产效率和生产成本影响极大。因此在简洁系统设计,选用高可靠性的硬软件的同时,开发强大有效的故障自诊断软件也势在必行。

  3.5 数据自动管理

  面对自动采集和人工录入的庞大数据,数据管理的主要任务是对数据进行分类,可靠地保存,便于数据交换、数据查询和报表的生成。

  3.5.1 数据分类

  生产线的数据分类应该依实际情况而定。以制丝生产线为例,数据可分为生产、工艺、质量、设备、能源5大类:

  (1)生产数据:包括烟叶、烟梗的投入量,糖料、香料的消耗量,烟丝的产出量和牌号,各小线的作业时间和班次等数据(信息)。

  (2)工艺数据:包括各工艺点含水率、温度、加香、加料、梗丝配比、打叶指标、烘丝指标、填充值、长丝率、烟碱、糖分、各贮柜的贮料时间等工艺指标。

  (3)质量数据:包括所有工艺指标的实测值。

  (4)设备数据:包括报警记录、故障记录、维修记录、设备故障频次统计、设备故障分布、车间设备备件管理、维修工具管理等数据(信息)。

  (5)能源数据:包括水的耗量和水压记录、蒸气的耗量和蒸气压力记录、电的耗量和电压记录、压缩空气的耗量和气压记录等数据。

  由于各类数据需要交叉应用,因此数据的时间标识,班次标识和牌号标识很重要,这也是数据分类的依据之一。

  3.5.2 建立车间管理数据库

  建立车间管理数据库是实施车间综合管理的关键,可便于数据的保存、交换、查询和生成相关报表。

  3.5.3 数据应用

  获取了大量有用的数据(信息)后,对数据进行全面分析,为管理决策提供依据,服务于制丝线节能降耗、控制产品质量和车间综合管理的最终目标,应该是数据(信息)应用的最高境界,但这个问题涉及到烟厂全面质量管理和管理方式。虽然可以用计算机软件进行分析,但必须与烟厂分析方法和管理方式紧密结合,与烟厂CIMS系统密结合。

  在小型企业或未进行CIMS系统规划的企业,实现车间的数据自动管理,满足车间全面管理的需要,为企业CIMS系统规划打好基础,也是卷烟企业自动控制技术发展的趋势。

  4 结束语

  近10年来国产烟草成套设备由于采用了先进的控制技术和控制器件.电控系统的可靠性、稳定性、可维护性和控制精度得到了很大的提高,并且随着计算机和网络技术的应用,电控系统的操作性和数据采集处理能力也大大提高。只要卷烟企业和烟机企业共同把握自动控制技术的发展趋势,结合烟草行业的实际需要,就能与国际先进水平保持同步。

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