两段式滚筒烘丝机含水率分区控制研究

陶 芳，陈 杰，徐永虎

(安徽省中烟工业有限责任公司合肥卷烟厂，安徽合肥 230601)

目前，安徽中烟工业有限责任公司黄山精品线叶丝干燥工序采用HAUNI公司定制的KLD3-2Z两段式滚筒烘丝机，热风流向为逆流式，具有2个独立控制的干燥区域，具备多种不同加工控制模式。对于两段式滚筒烘丝机的研究，国内烟草行业有较多的关注和分析[1-3]，但对于KLD3-2Z型两段式滚筒烘丝机控制模式含水率控制的研究报道较少[4-5]。因此，笔者重点从含水率分区控制角度出发，对出口烟丝含水率的波动和响应情况进行研究，利用统计分析方法对不同分区控制情况下含水率出现波动后的响应时间和稳定性进行分析，并依据分析结果优化加工过程中的设备工艺参数，从而提高烘丝工序产品质量以及过程稳定性控制水平。

1 材料与方法

1.1材料“黄山”A 牌号烟，安徽中烟工业有限责任公司生产。KLD3-2Z 型两段式滚筒烘丝机， BSA223S-CW型电子天平，FED115烘箱，YGD450型填充值测定仪。

1.2测试方法分别运行两段式烘丝机不同控制模式，在保证参数调整过程中烘丝机入口水分标偏低于0.05%的情况下，每组参数状态下保证稳定过料15 min(过程中设备自动控制，不予人工干预工艺和设备参数)，自控稳定后将出口水分设定值在设计值±0.3%以内调整，具体如下：出口水分达到设定值13.2%稳定15 min后，调整至13.5%稳定15 min(第1阶段)，再调整至12.9%稳定15 min(第2阶段)，最后恢复原设定值13.2%(第3阶段)。

出口含水率调整过程中观察不同控制模式下水分控制情况，采集中控数据，并分别记录调整过程中出口水分达到设定值的时间、扰动响应时间，调整过程水分标偏[响应时间判定：利用KURT函数(返回一组数据峰值)对出口水分达到设定值之后的数据进行分析；对于扰动响应时间的判定是通过计算出口水分达到设定值之后的数据的KURT函数的峰值得出的，当峰值达到正值后，判定出口水分达到稳定]以及达到稳态后的各项指标[6-7]。

2 结果与分析

2.1水分控制独立性对工艺参数响应的研究目前两段式烘丝机在用的控制方式为含水率波动后1区与2区筒壁温度调节的幅度相同，即1区与2区的水分控制独立性均是50%。该研究基于水分控制独立性参数设定不同梯度，调整两段式烘丝设备1区与2区水分控制独立性，待设备控制和参数达到稳定后进行分析。

表1 3种水分控制独立性分区控制比例控制模式参数组合

图1为3种控制模式下将烘丝机出口水分设定值从13.2%调整到13.5%的过程中，1区筒温、2区筒温、热风温度以及出口水分随时间变化的曲线图。从图1中可以看出，将出口水分设定值提高之后，水分控制独立性为70∶30(试验2)和水分控制独立性为30∶70(试验3)加工状态下，工艺参数以及出口水分的变化趋势较为接近，具体为热风温度基本固定，1区筒温和2区筒温快速下降。对比可以发现，相对于试验3，试验2在筒温起始温度接近的情况下，1区筒温下降较快，2区筒温下降较慢。试验1、2和3的出口水分分别约在300、500和530 s时达到稳定，与此对应1区筒温和2区筒温也达到相对稳定。

图1 试验出口水分13.2%～13.5%时各参数变化趋势Fig.1 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 13.2% to 13.5%

图2为3种控制模式下将烘丝机出口水分设定值从13.5%调整到12.9%的过程中，1区筒温、2区筒温、热风温度以及出口水分随时间变化的曲线图。从图2中可以看出，将出口水分设定值降低之后，水分控制独立性为70∶30(试验2)和水分控制独立性为30∶70(试验3)加工状态下，工艺参数以及出口水分的变化趋势较为接近，具体为热风温度基本固定，1区筒温和2区筒温快速上升。对比可以发现，相对于试验3，试验2在筒温起始温度接近的情况下，1区筒温上升较快，2区筒温上升较慢。试验1、2和3的出口水分分别约在570、510和650 s时达到稳定，与此对应1区筒温和2区筒温也达到相对稳定。

图2 试验出口水分从13.5%～12.9%各参数变化趋势Fig.2 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 13.5% to 12.9%

图3为3种控制模式下将烘丝机出口水分设定值从12.9%调整到13.2%的过程中，1区筒温、2区筒温、热风温度以及出口水分随时间变化的曲线图。从图3中可以看出，将出口水分设定值降低之后，水分控制独立性为70∶30(试验2)和水分控制独立性为30∶70(试验3)加工状态下，工艺参数以及出口水分的变化趋势较为接近，具体为热风温度基本固定，1区筒温和2区筒温快速下降。对比可以发现，相对于试验3，试验2在筒温起始温度接近的情况下，1区筒温下降较快，2区筒温下降较慢。试验1、2和3的出口水分分别约在570、520和570 s时达到稳定，与此对应1区筒温和2区筒温也达到相对稳定。

从出口水分设定值调整过程数据中分析得知，在固定热风温度控制筒温控制模式不变的情况下，不同水分控制独立性比例对于出口含水率的波动，设备在自控状态下参数调整的趋势为一致的，均通过调整1区温度和2区温度跟踪出口水分。水分控制独立性越高，该区域筒温响应越快。

图3 试验出口水分从12.9%～13.2%各参数变化趋势Fig.3 The variation trend of the parameters of the test outlet water from 12.9% to 13.2%

2.2水分控制独立性对含水率稳定性控制的研究从表2中可看出，出口水分设定值改变时，相对于水分控制独立性为30∶70(试验3)，水分控制独立性为70∶30(试验2)加工状态下出口水分从调整到稳定的总时间更短，特别是出口水分调整的扰动响应时间明显更短。这反映出水分控制独立性1区占的比例越高，含水率调整时间越短，脱水速率响应越快。

表2 3种水分控制独立性比例下含水率调整时间和水分标偏

2.3两段式烘丝工序水分控制独立性优化根据以上对两段式烘丝机设备的基础研究，控制模式以及分区控制比例的研究结果，项目判定两段式烘丝机分区水分控制独立性对脱水速率影响显著，项目对比研究了不同水分控制独立性比例参数的加工状态，并根据调整过程中水分标偏，脱水速率响应以及物理指标等结果，优化两段式烘丝机加工控制策略，并对烘丝出口水分标偏进行了比对验证，见表3、图4。

表3不同水分控制独立性比例下水分调整过程中水分标偏对比

Table3Waterstandarddeviationintheprocessofwateradjustmentunderdifferentwatercontrolindependenceratio

水分控制独立性比例Independenceratioofwatercontrol调整过程Adjustmentprocess13．2%～13．5%13．5%～12．9%12．9%～13．2%50∶500．120．260．1470∶300．080．210．1030∶700．110．250．1260∶400．100．240．1340∶600．130．280．16

图4 烘丝出口水分标偏对比Fig.4 Comparison of water standard deviation of drying wire outlet

根据加工过程数据分析以及物理检测等结果进行综合判定，选取水分控制独立性为70∶30的工艺加工参数进行加工，对比2016年，2017年同期A 牌号烟两段式薄板烘丝出口含水率标偏均值从0.097%降低至0.072%，出口含水率标偏降低20%以上，烘丝出口批内含水率精准控制稳定性大幅提升。通过水分控制独立性参数的优化提高工序产品质量以及过程控制稳定性，保障并提升烟丝含水率的稳定性水平[8]。

3 结论

通过对两段式烘丝机分区控制的研究，发现采用筒温前高后低控制模式的两段式烘丝机烘丝机1区水分控制独立性越高，1区筒温跟踪出口水分响应度更高，脱水速率响应越快。通过对两段式烘丝机分区控制参数的优化，提升了出口水分精准控制水平，保证了烘丝工序加工质量精准控制水平和产品质量。

[1] 国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M].北京:中央文献出版社,2003．

[2] 陈良元.卷烟生产工艺技术[M].郑州:河南科学技术出版社,2002.

[3] 张炜，刘江生，王道宽,等.KLD2-3 两段式滚筒烘丝机控制模式研究[J].烟草科技,2013,46(3):8-11.

[4] 林天勤,钟文焱,郭剑华,等.滚筒烘丝机烟丝含水率控制系统的改进[J].烟草科技，2013,46(12):14-16.

[5] 陈河祥，李斌，李华杰，等.滚筒烘丝机控制方法的改进与对比分析[J].烟草科技，2011(9)：12-15.

[6] 国家烟草质量监督检验中心.烟草及烟草制品 试样的制备 和水分测定 烘箱法：YC/T 31—1996[S].北京：中国标准出版社，1996.

[7] 秦前浩.卷烟工艺测试与分析大纲[M].成都：四川大学出版社，2004.

[8] 方汀.DMAIC方法提高烟丝出口水分的稳定性[J].现代国企研究，2016(10)：114.