【《烟草打叶复烤生产线总体设计案例》9500字】

烟草打叶复烤生产线总体设计案例打叶复烤是卷烟工业的重要环节，其主要功能是将原烟先进行打叶去梗，然后分别对叶片和烟梗进行复烤。一般情况下，打叶复烤生产线按工艺过程可简单的划分为：打叶线(含真空回潮)、复烤线(叶复烤和梗复烤)、预压打包线(叶打包和梗打包)。各流程之间既可相互独立工作，又可线间连锁实现全线生产。通过创新控制系统设计和完善主要设备结构以达到烟叶高质、高效生产的需求。1.1打叶复烤生产线总体设计及特点1.1.1打叶复烤生产线总体流程设计烟叶复烤是卷烟工业的重要环节，传统的做法是初烤烟在复烤厂挂竿复烤，卷烟厂制丝前打叶去梗。实践证明，这种做法存在着很大的缺点。现正在全国推广的打叶复烤工艺是直接在原烟产地建立打叶复烤线，将原烟先进行打叶去梗，然后分别对叶片和烟梗进行复烤[12]。打叶复烤同传统的挂竿复烤后再在卷烟厂打叶去梗相比主要有如下的明显优点：复烤厂可提高劳动生产率1-3倍，产品的经济附加值高，效益明显，同时烟厂减少了设备投资，使烟叶加工进一步合理化。复烤前打叶可减少烟叶造碎，平均提高利用率约4个百分点。烟叶中叶片的产率(出片率)约为70%。因此，无论是醇化、贮备或发酵量均可大大减少，减少了烟厂的仓储费用。复烤厂打叶能排除烟叶原料中5%-8%的废料，向烟厂提供规格化的叶片和烟梗，能节约包装费用和管理费用，改善烟厂的劳动环境，提高制丝质量。卷烟厂的打叶是按配方将若干等级烟叶掺混在一起进行的。由于这些烟叶产地、等级、烟把大小不同，即使在同一回潮条件下，打叶前烟叶的含水率也不会均匀一致[12、13]，在技术上难以处理，最终影响打叶质量。而复烤厂不存在这些问题，有利于打叶质量的提高。一般情况下，打叶复烤生产线按工艺过程可简单的划分为：打叶线(含真空回潮)、复烤线(叶复烤和梗复烤)、预压打包线(叶打包和梗打包)[14]。基本过程是烟包进入车间后，首先对其进行计量，验明等级，开包去皮，挑出霉变烟叶及杂物，并对烟叶进行重新选叶和整理(如果烟叶水分降低或结饼，应首先进行预回潮处理)，经整理后的优质烟叶被送到打叶线烟叶预处理段前端设备处。经打叶风根据密度进行处理后分为叶、梗、碎片三部分，并分别进行复烤[17]。复烤后的叶片被打包成型；复烤后的烟梗经筛分后分别装包；复烤后的碎片和碎梗经处理可用于制作烟草薄片。打叶复烤生产线的总体设计思路即按照整个工艺过程对生产线进行划分，使各线相对独立的电控和线间、段间联锁，构成整个打叶复烤线的电控系统，以实现全线的自动化生产或分线的自动化生产[22]。打叶线即能自动将烟叶进行叶、梗分离的机械化生产线，其早期一般使用在在卷烟厂的制丝车间，用于将醇化好的烟叶进行叶、梗分离，以便工人针对叶片和烟梗的不同特性采用不同的加工方法和工艺流程分别进行加工处理，制成叶丝和梗丝。根据制丝生产过程中相应阶段的工艺规范和工艺配方将二者按照适当的比例均匀地掺混起来，加工成为供卷制烟支使用的烟丝。随着烟叶深加工的发展、卷烟制丝工艺技术的精细化和城市制约卷烟厂发展等因素影响，打叶线已开始走出卷烟厂，进入复烤厂。用于打叶复烤的打叶线与传统的卷烟厂制丝车间的打叶线在打叶原理上是一样的。为了适应打叶复烤的具体特点。复烤厂打叶线设备的选型配置发生了一定程度的变化，主要体现在以下几点：单品种烟叶打叶，基本取消了配叶工艺工序，设备选型和配套也随之变化。初烤原烟含水率一般为16%-18％，可不用真空回潮。但根据复烤厂所处地域的气候情况，选择是否在烤季后期采用真空回潮，即使用真空回潮，回潮周期也将发生变化。更加严格控制烟叶加工处理的温度和湿度。复烤厂生产的叶片是等级严格的商品，需要更加严格控制烟叶加工处理的温度和湿度。且要有选叶工序。生产出口烟叶的打叶线，须配有选叶机。复烤厂主要经济支柱是烟片，设备选型更注重打叶线烟叶的出片率(尤其是大、中片率)，工艺过程更加细腻，工艺流量、设备配套和占地面积等均较大。复烤打叶工艺上一般多采用全叶打叶，该工艺打出的叶片舒展、纯净度较高，叶片形状、规格较为均匀、理想。烟厂的最新趋势是采用全叶打叶和梗把头打叶柔性组合的打叶方式。打叶线工艺指标(按C3F考核)：叶中含梗率≤25％，梗中含叶率≤1％，短梗率≤15%(参照《卷烟工艺规范》)，大中片率≥80%—90％(根据设备选型、配套而定)，碎片率≤1%。从系统功能上分析：复烤厂打叶线(后面简称打叶线)的中心是叶、梗分离系统(卧式打叶机组)，围绕这个中心，前有原烟预处理(真空回潮机和打前预处理段)，后有烤前叶片处理(叶片段)、配套的碎片处理(碎叶线段)、烤前梗处理(梗段)、全线的除尘(除尘系统)和由各分系统电控组成的全线电控系统(打叶线电控系统)。因此，整个打叶线工艺流程可分为：真空回潮、打前预处理、卧式打叶机组、叶片段、梗段、碎叶线和除尘七个相对独立的工艺段[12]。即打叶复烤生产线按此顺序进行设计，如图2-1所示。图2-1打叶线工作流程1.1.2打叶复烤生产线总体控制设计1.生产线电控系统控制范围：如图2-2所示，一般来说按照工艺流程划分为预处理段，打叶风分段，除尘段三大部分。真空回潮一般情况下自带电控系统，与整线电控有硬件连锁关系，也可以根据厂家的要求，纳入全线通讯网络，成为全线设备的一个分站。图2-2电控系统全线控制范围上图只是一个一般的工艺配置，风选除杂及选叶不是必选工艺设备，用户可以按照自己的需要进行合理的选择。1.生产线电控系统控制模式(1)集中控制模式[23]：动力配电、电机启动主回路、控制回路的元器件以及可编程控制器及I/O，都集中放在电控柜里，电控柜按照工艺段分成组，每组一排电控柜，所有电控柜集中放置在一所房间里。(2)集中、分散控制模式[23]：简称集散控制模式，动力配电、集中放置，电机启动主回路、控制回路的元器件以及I/O都放在现场。(3)电控系统与其它单机设备及厂级计算机网络系统的关系：一般情况下，单机设备厂家自带电控系统，如：光电除杂机、电子皮带秤、金属探测仪等，这些设备的电控系统与主线电控系统有信号连锁关系，也可采用现场总线连接[29]。根据需要和工艺要求确定。主线电控系统也可通过上位机与厂级计算机网络系统联网，把生产信息传送到厂级计算机网络系统。3.生产线电控系统网络结构设计设计时合理分配各个站的通讯负载，合理地进行网络布局，适当选择网速，适当选择中继器数量，合理布置变频器。安装时严格按照设计进行网络布局，尽量选取最近的距离进行走线，网络桥架严格与动力桥架分开，并且之间保持足够的安全距离，不能走桥架的地方必须穿金属管，网络各站要可靠接地。周围避免强电磁场设备和大功率用电设备。电控系统网络结构应进行如下的层级划分：(1)设备层：采用PROFIBUS-DP，或PROFINET;适用于PLC与现场级分散的I/O设备之间的快速、循环的数据交换，具有快速的响应时间和高抗干扰度[61]。(2)控制层：将整个车机车间分散的设备层各控制段组织起来，实现生产线上的各控制主站间、控制主站与监控管理层间的数据交换，完成各工艺段相关数据及重要参数的设定更改等指令的传递。光纤以太网的使用更大幅提高了其网络的性价比和技术性能。(3)监控管理层：采用TCP/IP协议的以太网控制技术[37]，实现对生产线的监控、生产调度与管理。系统配置数据采集服务器、监控计算机、数据库服务器、管理计算机，实现对生产线上所需数据的采集、控制、分析和记录，并可控制各工艺段启停各自控制的分系统。1.1.1.1电控系统硬件设计指标(1)根据总体工艺要求和电控系统方案确定系统网络层次和控制模式，根据用户需求确定，可编程控制器类型。在确定技术方案后，选定硬件系统。(2)熟悉各种硬件系统中各个部件的使用方法和图形结构。(3)根据工艺要求确定工艺段，每一段用一组电控柜控制，既每一段一般有一个CPU，作为系统主站。计算本工艺段所有用电容量大小，确定电控柜配电方式。根据电机控制方式确定哪些电机需要软启动器控制，哪些电机需要变频器控制。选择PLC系统各部分硬件和软启动器、变频器的类型。(4)根据工艺布局确定系统子站数量，进行子站系统设计。(5)利用画图软件例如AUTOCAD等进行电原理图设计。1.1.1.2电控系统软件设计指标(1)先确定输入输出关系：包括有多少数字量的输入点、多少数字量的输出点；有多少模拟量的输入点、有多少模拟量的输出点；(2)熟悉生产工艺，掌握设备工作原理。(3)利用编程软件来编写控制程序。一般采取模块化、结构化的方式编写[62]，主要有：主程序、报警程序、启动准备程序、电机启动控制程序、人机界面接口数据传送程序、模拟量控制程序、复杂设备控制程序、通讯程序。(4)程序设计方法:程序设计中程序结构设计和数据结构设计是非常关键的部分，如何优化PLC的内存资源和合理确定程序结构，将对编程时间、程序调试、程序的可靠性有很大的影响。以西门子PLC编程软件STEP7为例[39]，一般有以下三种程序设计方法：线性化编程、模块化编程、结构化编程。线性化编程线性化编程是把全部用户程序放在循环组织块OB1里面，在PLC循环扫描时执行OB1中的全部指令。其特点是结构简单、全部集中，但由于所有指令都在一个块中，程序的某些部分可能不需要多次执行，而循环扫描则重复扫描所有指令，会造成资源浪费，效率低[36]。另外，相同的操作需要多次执行，在程序中需要重复编写，同样造成重复编程；同时程序的管理、调试也不方便。所以在编写大量程序时，尽量避免采用线性化编程。模块化编程模块化编程是把程序根据功能分成不同的逻辑块，每一个块完成不同的功能。在OB1中可以根据条件调用不同的功能块，其特点是便于分工合作，调试方便。由于逻辑块是有条件调用的，所以可以提高CPU的使用效率。结构化编程结构化编程是把控制过程要求相同或相似的任务归类，在功能或功能块中编程，形成通用的解决问题方法，通过不同的参数调用相同的功能或不同背景数据块调用相同功能块[38]。结构化编程与模块化编程不同，通用的数据和代码可以共享。其特点是：编写通用模块，对不同的设备输入不同的地址和参数，使更多的设备和过程可以使用这个通用模块，因此具有很高的编写和调试效率。程序结构层次清晰，标准化程度高[40]。非常适合于复杂的控制任务，同时支持多个程序人员协同工作。由于结构化编程必须对系统功能进行合理分析、分解和综合，所以对程序设计人员要求较高，另外，当使用结构化编程时，需要对数据进行管理。1.1.2打叶复烤生产线特点为响应当前构建节约型社会的号召生产线应为高效节能型打叶生产线，在多年深入探究打叶生产线技术研究和实践的基础上，还应考虑当前国内外各类打叶生产线的技术特点，该生产线设计还需满足国家关于节能减排的发展要求，满足打叶复烤企业合并重组、缩短鲜烟储存时间对于大流量打叶机组及工艺质量指标个性化的需求。按此方案设计后，高效节能型打叶生产线产量将由9000Kg/h增加至12000Kg/h以上。1．生产线的主要特点(1)多种技术并存，相互补充、丰富。增强了设备的适应性、可靠性、可维护性。(2)采用标准化、系列化、通用化设计。减少设备、备件的规格和品种，且由于具有以上特点，设备故障时也便于快速维修，减少误工时间。(3)预处理工艺合理、实际，采用两次润叶、一次筛砂。二次润叶前恒流量控制，其后进行两次金属输出，并配有解把和选叶工序。(4)生产线为全打型配置。可与梗把头机组组合成柔性打叶机组。(5)高效节能打叶机组结构紧凑，减少了物料温度、水分的散失；缩短了机组长度，体现了节能环保和节省空间的特点。高速皮带机取代节能型打叶机组级间网带输送和抛掷器，降低了设备加工制造难度和成本以及机械挤压造成的烟叶造碎；风机数量减少，同时风机、落料器等设备采用降噪设计，机组噪音显著降低；打叶机组较大工艺流量情况下通过能力强，不易堵料现象；设备调试参数调整范围大，适应性强，可满足不同用户的个性化需求；风分器分离仓室高大，易于工艺指标调整和控制；可单独设置回梗打叶器用于回梗后物料的打叶，提高了梗指标的可控性；设备相对MAC型、节能型打叶机组小型化，能耗低，故障点少，故障率低，有效作业率高[33]；配套设备采用模块化设计，易于维护操作，运行成本低。(6)电控系统为二层集散型控制。生产线自动控制、车间级监控、厂级管理联网；生产线自控系统结合国情，实现了高效节能式设计的目标。(7)全线综合技术指标优越。大中片率高、叶片结构合理、叶中含梗率、梗中含叶率指标好、梗长度适中，满足了卷烟厂对于生产优质精细烟的需求。1.生产线的技术性能指标(1)产量：12000kg/h(按含水率12％折算)(2)真空回潮后增加水份：3±1％(3)真空回潮后烟叶回透率：≥98％(4)解把率：≥80％(5)一次润叶后水份：17％---19％一次润叶后温度：55±5℃与(6)二次润叶后水份：19％一21％二次润叶后温度：60±5℃(7)打叶后水份：16％—19％打叶后温度：25℃—40℃(8)叶片结构：83％—92％(≥l/2”)≥13％(1/4”l/2”)3.5％(1/8”—1/4”)1.0％(≤1/8”)(9)叶中含梗率：≤1.5％(梗直径大于l.5mm)叶中含粗梗：≤0.4％(梗直径大于3/32“)(10)梗中含叶率：≤l.0％1.2打叶复烤生产线子系统设计1.1.1真空回潮在烟叶加工过程中，烟叶的水分起着非常重要的作用。烟叶中水分含量的多少，不但直接影响烟叶的物理性质，同时也影响烟叶的生物化学变化，在打叶过程中，水分对打叶质量的影响极其重要[15、16]。若烟叶太干，烟叶本身脆性增大，打叶时会造成大量破损，直接影响片型和大、中片率等工艺指标；若烟叶水分含量太高，则烟叶变色，或粘结在设备上造成加工困难，降低设备的生产能力，甚至造成堵料停产。(1)工艺目的：增加烟叶的含水率和温度，使烟叶松散柔软，增强韧性，提高抗破碎性。(当烟叶含水率低于16％时，要求真空回潮)；(2)工艺指标：烟叶回潮后含水率16%-18％，温度≤80°C，无水渍烟叶(指含水率大于25%的烟叶)。烟叶回透率≥98%，烟叶质量不得下降；(3)来料要求：来料烟叶按含水率12％折算为标准质量。；(4)主要设备：真空回潮机，真空回潮机的配套选用仿奥式概三级引射式，单台最大产量6000kg／h，按产量配套，设备结构简单、性能稳定、可靠性好、并且便于维护。1.1.2打前预处理(1)工艺目的：松散烟叶，均匀增温增湿，增加烟叶、烟梗的韧性，提高叶、梗的可分离性[12]，同时缓冲控制流量，剔除金属异物，筛选出混杂在烟叶的碎小烟叶和砂土，挑选出霉变、劣质烟叶和杂质。(2)工艺指标：烟叶含水率19%-21%，温度55℃-65℃，瞬时工艺流量控制偏差±1%，碎小烟叶和砂土筛净率≥90%，不含霉变、劣质烟叶和杂质，烟把散开率≥95%。(3)来料要求：烟叶等级品种一致，烟叶含水率16-18%，不低于环境温度，碎片及含砂率≤1%。(4)主要设备：铺叶解把机、润叶机、筛砂机、选叶机、风选除杂机、带缓冲功能的喂料机、计量管、电子皮带秤(或计量带)、金探仪(5)工作流程：1.将烟叶把均匀地摆放在铺叶皮带上，按照解把机所设定流量进行解把，由于喂料机斜升带上有限制料厚的均料辊，能使输送的烟叶厚度相对均匀，但解把率较低；1.经解把均料后的烟叶由振动输送机送入第一级滚筒式润叶机，在筒体中烟叶螺旋翻落前进。烟叶把松散后在水蒸气喷嘴和循环热风的共同作用下，使烟叶获得一定的温湿度[23]；此时烟叶再由振动输送机或皮带机送入筛砂，筛出碎小烟叶和砂土；未筛出烟叶进入选叶机，并被均匀地分配到备选叶工位，人工选出霉变、劣质烟叶和杂物，以提高最终产品(叶片)的质量；3.筛选后的烟叶进入风选除杂器，将混杂在烟叶中的轻质杂物剔除后再进入由喂料机、计量管和电子皮带秤组成的流量控制及缓冲单元；计量管上设有三对光电管[22]，分别控制着喂料机斜升带的启停、高低速切换和堵料报警，以保证烟叶均匀地进入电子皮带秤；电子秤将秤重结果与流量设定值比较后自动调整电子秤带速，以保证生产线工艺流量的恒定，具有一定贮存能力的喂料机可保证前级设备不会因恒流控制而造成频繁启停[23]；经恒流后的烟叶一般还需进行第二次润叶，保证打叶所需的温湿度；4.为防止较大的金属异物进入打叶机损坏打辊和打刀，打前预处理最后还设有金探仪[21]，当金探仪探测到金属异物后，向后级双向皮带机发送动作信号，以便使含金属异物的这一部分烟叶排出生产线。(6)设备性能：1.铺叶解把机解把率≥80％，不会对烟叶形成造碎，安全保护可靠；1.第一级润叶机视烟叶具体情况设定增加含水率2—4％，温度自控。出料温度3.可控范围50—60℃，第二级润叶机视烟叶具体情况设定增加含水率2--4％，温度自控，出料温度可控范围55—70℃，润叶机加水喷嘴雾化性能好，并具备一定的松散效果；4.筛砂机能将碎烟片、砂石、尘士分离出来，筛分效率≥90％，不损坏烟叶的工艺品质，符合环保要求：5.选叶机或选叶带分料均匀，带速合理，符合工人处理速度；6.各喂料机喂料均匀，斜升带带速可调，均料辊位置可调，光电管信号正常，仓式喂料机寻堆式布料。接近开关、行程开关工作正常、可靠，翻箱喂料安全保护可靠；7.计量管内壁光滑，无落料死角，出料顺畅，光电管位置可调，工作可靠：8.电子皮带秤自带电控柜，接受打前预处理电控分系统监控，秤量精度±0.5％。流量控制精度±1％，具有自动、手动调速、校秤、皮带自动调偏、张紧等功能；9.金探仪工作灵敏、稳定、可靠，灵敏度可调。打前预处理电控系统具备手动、自动操作、紧急停车、故障自动检测显示、报警、信号联络控制联锁、调零暂停、参数预置、瞬时流量累计量显示、内控启停、外控启停等功能[30]。1.1.3卧式打叶风分机组(1)工艺目的：将经过打前预处理的烟叶的叶片从叶梗上撕离下来，进行叶、梗分离，并将分离出来的叶片和梗分别送入叶线、碎叶线和梗线。(2)工艺指标：叶中含梗率≤1.5％，梗中含叶率≤1％。短梗率≤15％，大中片率≥80—90％(根据设备选型、配套而定)，碎片率≤1％。(3)来料要求：烟叶等级品种一致，来料松散烟叶含水率19—21％，温度55—65℃，工艺流量偏差±1％(金探仪探测到金属异物发生流量波动除外)，不含3毫米以上金属异物，不含霉变、劣质烟叶和杂质。烟把散开率≥95％。(4)工作原理：经预处理工序的烟叶，经喂料系统作用下，烟叶均匀地沿整个打叶机组宽度方向进料；由比例分料器采用可调节拨料辊将烟叶从总物料流中均匀地拨落出来，送入相应的打叶器；1.进入打叶器后烟叶的含水率为19—21％，温度55-65℃，在此条件下，叶片的强度高，韧性好，而叶片在烟梗上结合处强度则有所下降，在打叶器高速旋转的带有打刀的打辊带动下，物料紧贴框栏高速运动，在打刀和框栏开档棱边的摩擦、撕拉综台作用下，就会使叶片和烟梗脱离，被撕解烟叶由框栏开档处排出，经风力输送或喂料输送送入风分器[27]；通过调节风分风速，将低于一定含梗率的叶片分离出来，未分离出来的烟叶物料继续进入下级风分器或打叶器；经过多级类似的打叶风分过程(打叶级数和风分次数要根据工艺要求和设备选型配套而定)完成筛分。1.未从最后一级风分器风分出去的烟叶物料将从最后一级风分器排出，这些烟叶物料将经过回梗系统送至前级打叶或风分处，与该处的烟叶物料合并，未被吸入的烟叶物料将送入梗线[27]；各风分器分出的叶片被筛分，大于6毫米的叶片汇集后送入叶片线，小于6毫米的叶片汇集后送入碎叶线；(5)设备性能1.刮板喂料机和调节喂料机构成的喂料系统喂料均匀、流量可调、不漏料，光电管信号正常；1.比例分料器能将烟叶均匀的分配给处于同一级的多个打叶器，保证打辊负荷的一致；3.打叶器打辊转速可调，打叶效率满足工艺要求，并有安全保护装置；4.风分器能完成叶片、烟梗的分离，高速皮带机和风分风速可调。风分效率和风分出来的叶片符合所制定的工艺指标，空气循环系统密封性良好，各部位进风、排风风量可调，各部位气流分配合理，并配有除尘装置；5.风力输送系统送料均匀，风速合理，不堵料，造碎要小，一般采用闭环风送，以利保温保湿，循环系统密封性良好，各部位进风、排风风量可调，各部位气流分配合理，并配有除尘装置[35]；6.回梗系统回梗针对性明确，回梗位置合理，各部位进风、排风风量可调，各部位气流分配合理，并配有除尘装置；7.系统噪音及排尘量符合国家有关规定，配套的电控系统具备手动、自动操作、紧急停车、故障自动检测显示、报警、信号联络控制联锁、工艺参数预置和中间调整等功能。(6)技术要点：电源电压、蒸气压力、水压、压缩空气压力和品质均应符合设备的设计要求，烟叶流量恒定，且不超过打叶设备的工艺制造能力，必须根据不同类型、品种、等级烟叶的具体情况，做好打叶风分风量、风速、框栏规格、打辊转速等的技术调整，系统参数要有专人调整设置，不得随意调节，按照设备使用维护说明书进行操作、巡检、日检、周捡、月检、半年检和相应的设备维护保养，确保系统工作正常，除尘效果良好，排入环境空气中的含尘量不超过国家规定的标准。1.1.4烤前叶片处理(1)工艺目的：后续生产线故障，叶片临时缓冲贮存，保证叶片品质短时内不被破坏。(2)工艺指标：能贮存30—60分钟的叶片量。(3)来料要求：符合工艺流量的≥6毫米见方的叶片。(4)主要设备：贮叶柜、点动输送机(5)工作原理：直接将打叶机组分离出的大于6毫米叶片收集后连续不断送给后续的叶片复烤线，当叶片复烤线或预压打包线出现故障等原因造成停车时，根据电控接到的联锁信号[42]，自动启动点输送机和贮叶柜将风分出的叶片送入缓冲贮柜，待后续设备正常后再将叶片从贮叶柜送出，以保证前级生产线生产的叶片品质不会因后续设备短时间故障而破坏[41]，若20到40分钟内(视具体工艺设计而定)，故障依旧不能排除，则打叶线全线停车。(6)设备性能：采用寻堆式布料方式，光电管、接近开关、行程开关信号正常，布料均匀，物判出料方式为先进先出，出料均匀、松散，出料彻底。和打叶机组共同组成