杭州卷烟厂建立冷却风选风门自动控制系统

1、建立冷却风选风门自动控制系统2017年烟草行业优秀质量管理小组成员发表会成果交流制丝车间技术创新QC小组浙江中烟杭州卷烟厂前言/PREFACE杭州卷烟厂自十一五易地技改以来，基于柔性生产和精确控制，选用就地风选设备代替了原有的冷却机设备，来实现烘丝后的烟丝冷却功能。冷却风选主要工艺任务是完成对经过烘丝机后的烟丝进行冷却、定型；此外，还承担湿块剔除、及部分梗签剔除功能，对烘后烟丝的水分、温度、填充值及烟丝纯净度等指标有较大影响。公司技术中心出于精益质量控制的考虑，对烘后烟丝纯净度提出了更高的要求，这就需要冷却风选设备降低风速来实现更多烟梗的剔除。由于冷却风选风力由动力车间除尘系统提供，管路长、弯

2、头较多，运行过程中风速波动大；而目前，冷却风选的风速通过机械风门进行调节，无法满足生产过程精确控制的要求，当风速波动范围太大时，就会导致冷却风选堵塞，从而使整个烘丝段停机，更会影响产品品质。为解决冷却风门降低风速和风速降低后过程稳定性之间的矛盾，建立冷却风选风门自动控制系统，实现冷却风选运行过程中风速的精确控制，对保证过程稳定性的同时提高烘后烟丝纯净度有十分重要的意义。 0102030405目录CONTENTS0607080910111201小组简介小组简介小组简介技术先行、持续创新活跃在车间生产一线提高产品质量提高设备运行效率围绕重点难点工作各类专业人员组成QC小组2014年度浙江省十佳QC

3、小组荣誉称号2014年国际质量管理小组大会（ICQCC）金奖奖杯2015年全国“海洋王杯”优胜奖02选题理由选题理由风选运行示意图选题理由 冷却风选主要工艺作用是通过风冷使烟丝冷却定型，并达到烘后水分要求，并剔除烘丝形成的湿块以及烟丝中的梗签。随着精益质量的不断推进，公司技术中心对烘后烟丝纯净度提出了更高的要求，要求冷却风选剔除的梗签每批次在10Kg以上，而目前每批剔除的梗签量在4.1Kg左右。批次20140411A20220140422A10320140523A10220140626A20120140722A10120140821A10320140824A20120140915A102201

4、41016A10120141126A103风选湿块与梗签剔除量（kg）4.6 4.94.03.84.23.54.83.94.13.8选题理由动力车间除尘风机距风选本地设备1234水平距离约210米垂直距离约20米风阻系数大风管弯头超过10个生产线D线E线F线最大风速（m/s）16.817.520.9最小风速（m/s）13.914.816.1风速波动值（m/s）2.92.74.8 出于烘后烟丝纯净度要求剔除更对的梗签，风速要尽可能小。但由于除尘风机风管长度长、弯头多少的偏差，风速波动大，三台最小波动值也要超过2.7m/s，无法满足冷却风选在降低风速后仍保证过程稳定，当风速低位运行超过100秒时，

5、冷却风选就会发生堵料，从而导致整条烘丝生产线停机。选题理由 根据公司技术中心规定，烘丝段每停机一次，需锁定停机前后共5箱约600Kg烟丝，该部分烟丝需进行降级使用（由高牌号如利群等降级为底牌号如雄狮等）。由此，冷却风选堵料问题，也直接造成了加工原料的浪费。小组成员统计了2014年3月至2015年2月以来，因冷却风选堵料而引发的烘丝停机28次，平均2.33次/月；共锁定并降级的物料达14400Kg。选题理由 小组成员通过中国知网、中国学术期刊、万方数据进行相关的文献搜索，检索词为“风门自动控制”，检索出11篇相关文献，检索结果如下，通过查新，我们发现目前针对风门自动控制在煤矿、空调机组等的应用已

6、经成熟，风门的自动控制可以实现，为冷却风选风速的实时控制提供了理论基础。选题理由选定课题：建立冷却风选风门自动控制系统03目标设定目标设定小组成员对此次课题提出目标：将冷却风选堵料次数降低为0.4次/月04目标可行性分析目标可行性分析人员技术能力 项目组成员涵盖机械、电气、工艺等各专业人员，具有设备改进、软件开发、工艺验证等各领域较多的实际工作经验，且项目组各成员长期活跃在创新改进工作中，且荣获“浙江省十佳QC小组”、“2014年国际质量管理小组大会（ICQCC）金奖奖杯”、“2015年全国“海洋王杯”优胜奖等奖项，有资质及能力完成本课题。目标可行性分析类似风速自动控制装置调查车间烘丝机通过对

7、风门的自动控制，来调节烘丝机罩压力，使其在合理范围内。通过对烘丝机数据采集，在风门的自动调节下，烘丝机罩压力输出数值稳定，实现对烘丝机罩压力的精确控制。目标可行性分析设备运行参数调查生产线A线B线C线最大风速22.822.922.8最小风速22.422.322.3风速波动值0.40.60.5选取E线冷却风选作为对象，对冷却风选运行期间的风速情况进行了数据采集，数据表明风选堵料与风速有直接关系，只要保证风速稳定，就可减少堵料的发生。对三台叶片风选的运行风速也进行了测量，由于叶片风选配置本地风机，三条线的叶片风选风速可实现基本一致，且风速波动较小。小组成员统计了叶片风选14年3月至15年2月因风速

8、问题引起的停机，发现三条线停机次数均为0。目标可行性分析冷却风选堵塞现象统计堵料现象剔除口堵塞进料口堵塞出料口堵塞输送带断裂传动链条损坏堵料次数241111 冷却风选机剔除口堵塞造成的停机多达24次，占冷却风选堵塞原因的86%，造成该部位堵塞原因为风管内的风速波动。小组认为解决了冷却风选机内风速波动的问题，便在降低冷却风选风速的同时仍能将风速控制在合理的范围，可解决因风速波动造成的堵塞，即理论上堵塞次数可降低至0.33次/月，设定0.4次/月的目标切实可行。理论测算目标可行性分析目标可行性分析：课题目标可行05提出并确定方案提出并确定方案整体方案提出提出并确定方案整体方案提出方案选择表小组经过

9、讨论认为，只有同时满足以下条件时，才能确定为最佳方案功能性能在设定风速条件下进行风门制动调节，并保证风速稳定通用性适合车间全部3台风选设备经济性满足制作成本50000的要求便捷性对设备改进尽可能小，施工周期5天/台难易程度可否独立完成提出并确定方案整体方案提出功能性能实现风门自动控制能实现风门自动控制能实现风门自动控制通用性3台风选均适用3台风选均适用3台风选均适用经济性1.需购置新风门、控制元件2.控制程序可自行修改总费用可控制在5万元以下需将动力车间控制系统与制丝车间集控系统进行数据连接，费用在20万元以上1.需购置控制元件2.需对风管进行改造，总费用可控制在5万元以下方案方案一：重新设置

10、风门实现自动控制方案二：除尘风机实现自动控制方案三：利用本地风门实现自动控制方案方案一：重新设置风门实现自动控制方案二：除尘风机实现自动控制方案三：利用本地风门实现自动控制便捷性1.能根据现场风管情况选择合适的安装位置2.每台施工周期为4天1.需跨部门放置数据线，同时需对线槽进行改进2.跨部门间信号传输，信号兼容性需转换3.每台施工周期在15天以上1.需对现场风门的连接方式进行改进2.需对现场风门前段的风管进行改进3.每台施工周期在7天以上难易程度可独立完成不可独立完成可独立完成综合评价该方案功能全面实现，具有实施便利性及通用性该方案成本高，需跨部门协调，不易操作对原有设备改进大，风险较高提出

11、并确定方案整体方案提出采纳提出并确定方案方案分解提出并确定方案方案分解备选方案选择依据1.可实施性：能就近布置信号线，施工周期1天2.稳定性：数据信号传输的稳定性，数据线长度2m3.控制系统便利性：能接入集控系统信号传输方式提出并确定方案方案分解信号传输方式方案指标描述方案一：PA信号传输方案二：4-20mA信号传输可实施性施工周期小于1天需从最近的HUANI烘丝机设备引PA信号线并重新铺设线槽，施工周期2天可从钢格栅上的风管旁线槽内直接引4-20mA信号线，施工周期0.5天稳定性数据线长度小于2m数据线长度再15米左右数据线长度1.5米控制便利性能接入集控系统可先接入HUANI控制系统再进入

12、集控界面可直接接入集控系统合计1“”3“”采纳提出并确定方案方案分解信号采集点位置备选方案选择依据1.信号采集数据稳定，且数据变化成趋势；2.采集方便提出并确定方案方案分解信号采集点位置风门开度（%）020406080100风速（m/s）方案一0510172328方案二0815202835方案三00.81.41.92.53压差值（Hpa)方案一0-2.2-4.1-5.5-8.1-10方案二0-2.3-3.9-6.1-8.2-10方案三车间本地风管采集方案一动力车间风管采集方案二风选箱内采集方案三表1风门开度由小到大所测量的风速、压差值通过风选机本地风门开关调节，测量风速、负压变化提出并确定方案

13、方案分解信号采集点位置车间本地风管采集方案一动力车间风管采集方案二风选箱内采集方案三时间（min）369121518均值方差风速方案一151819161816172方案二201720231519196.3方案三1.71.81.81.71.71.71.730负压方案一-5.3-4.8-5.1-5.6-4.6-5.2-5.10.1方案二-3.1-5.2-3.5-5.5-4.8-6.3-4.71.2方案三风门固定开度（60%）后不同时间点测量的风速、压差值通过风选机本地风门开关调节，测量风速、负压变化提出并确定方案方案分解信号采集点位置车间本地风管采集方案一动力车间风管采集方案二风选箱内采集方案三风

14、门固定开度（60%）后不同时间点测量的风速值通过风选机本地风门开关调节，测量风速、负压变化风门固定开度（60%）后不同时间点测量的风速值提出并确定方案方案分解信号采集点位置车间本地风管采集方案一动力车间风管采集方案二风选箱内采集方案三风门固定开度（60%）后不同时间点测量的压差值通过风选机本地风门开关调节，测量风速、负压变化风门固定开度（60%）后不同时间点测量的压差值提出并确定方案方案分解信号采集点位置车间本地风管采集方案一动力车间风管采集方案二风选箱内采集方案三1.风门开度逐渐增大，测得风速范围在028m/s、压差值在-100HPa ；风门开度60%固定后，测得风速方差2、压差方差值0.1

15、 。数值稳定成趋势2.采集点在车间内部，易实施1.风速测量值太小，参与控制难度大，且负压数据无法采集采纳综合评价1.风门开度逐渐增大，测得风速在035m/s、压差值-100HPa ；风门开度60%固定后，测得风速方差6.3、压差方差值1.2。数据成趋势，波动相对较大2.采集点在动力车间，数据传输难度大提出并确定方案方案分解信号采集类型备选方案选择依据1.直观性：信号能直接或间接反映风速变化2.可实施性：实施周期1天3.经济性：元件成本1.5万元4.维护便捷性：后期维护周期1年提出并确定方案方案分解信号采集类型方案指标描述方案一：采集风速信号方案二：采集负压信号方案三：采集除尘器压差信号直观性信

16、号能直接或间接反映风速变化能直接反映风速信号能通过负压转换反映风速信号通过压差数据及计算出风速信号可实施性实施周期1天安装方便，实施周期1天安装方便，实施周期1天需跨部门传输信号，实施周期15天以上经济性元件成本1.5万元西门子风速传感器1.4万元/件西门子压力变送器1.2万元/件需进行软硬件改造，改造费用10万元以上维护便捷性后期维护周期1年采集信号时需在风管内插入传感器探针，需定期清理，清理周期3月/次校准周期2年改造好后再网络稳定的下，维护周期1年以上合计3“”4“”2“”采纳提出并确定方案方案分解自动风门调节方式备选方案选择依据1.可靠性：能实现自动无级调节的功能2.可实施性：实施周期

17、1天3.经济性：元件成本3.5万元4.维护便捷性：后期维护周期3年提出并确定方案方案分解自动风门调节方式方案指标描述方案一：开度可调气动执行器控制方案二：气缸带动连杆调节方案三：直连式欧玛调节可靠性能实现自动无级调节的功能能通过开度控制风门在任意位置可通过旋转气缸进行调整，调整角度30180，基本满足运行时风门开度能实现任意位置调节可实施性实施周期1天实施方便，周期1天实施方便，周期1天实施方便，周期1天提出并确定方案方案分解自动风门调节方式方案指标描述方案一：开度可调气动执行器控制方案二：气缸带动连杆调节方案三：直连式欧玛调节经济性元件成本3.5万元需配置气动执行器和风门，成本为3.5万元需

18、配置压力调节器、旋转气缸、风门，成本4.2万元需配置欧玛及风门，成本超过10万元维护便捷性后期维护周期3年根据膨胀线经验，气动执行器使用周期超过5年气缸密封件易损坏，更换周期在2年左右根据膨胀线经验，欧玛周期超过5年合计4“”2“”3“”采纳提出并确定方案方案分解自动风门安装位置备选方案选择依据通过调节风门开度能反映负压与风速的直观关系提出并确定方案方案分解自动风门安装位置方案一:信号采集点前端（靠近除尘风机侧）方案二:信号采集点后端（靠近风选箱体）VS不同风门开度负压与风速的关系不同风门开度负压与风速的关系当风门开度超过40%时，两个采集点的风速和负压成正向比例，但风门开度小于40%时，由于

19、采集点的不同，方案二的负压急剧上升，与风速不成比例，尤其当风门全关时，负压接近采集设备量程上限。采纳提出并确定方案方案分解操作界面显示方式方案方案一：本地触摸屏显示操作方案二：中控室显示操作调查分析本地触摸屏可实现本地操作人员实施控制、操作，但本地操作人员无法全局掌握生产线整体情况中控室触摸屏可掌握生产线整体情况，并根据前后工序变化进行实施控制采纳提出并确定方案确定最佳方案06对策制定对策制定对策目标措施实施人实施地点完成时间风速控制信号采集选择合适的负压变送器型号1.可实现4-20mA信号输出2.量程在5kPa型号为EJA430A压力变送器吴贵平金军杰风选机现场15年5月压力变送器安装1.固

20、定支架可靠2.数据采集可靠1.现场测绘压力变送器固定支架，并制作2.安装后观察数据稳定性吴贵平金军杰王有利杨凯华风选机现场15年6月自动风门制作安装设计、制作风门1.风门与风管直径尺寸误差5mm2.风门调节板与风管间隙均匀3.利用12吋扳手力矩测试力矩在10Nm以内1.根据设备风管测绘风门，并加工制造2.测试风门各项参数符合标准吴贵平金军杰陈奇盛谢 峰风选机现场15年8月风门及控制气动执行器安装1.管路坡度不小于8%2.固定支架可靠3.数据采集可靠现场安装气动执行器并测试吴贵平金军杰谢 峰风选机现场15年9月实现自动控制增加上位机控制程序1.程序与原有生产程序兼容性强2.控制界面友好，且易操作

21、1.修改控制程序，增加PID控制窗口2.设置操作权限王有利杨凯华中控室15年10月调节参数测试及固化数据符合实际生产需要1.在生产过程中测量负压、风速数据2.通过数据分析相应关系并进行固化吴贵平金军杰陈奇盛中控室16年2月07对策实施对策实施实施一选择合适的负压变送器型号根据4-20mA的数据传输及量程在5kPa的要求，最终选定负压变送器型号为JA430A压力变送器目标1.可实现4-20mA信号输出；2.量程在5kPa实施过程目标检查该压力变送器信号传输为4-20mA的数据传输，量程为4kPa，符合实施要求对策实施实施二压力变送器安装根据方案确定，在风选风管上安装负压变送器，小组针对该方案，选

22、择了一段直管进行安装。原因为直管内风速、负压均比较稳定。目标实施过程目标检查1.管路坡度不小于8%；2.固定支架可靠；3.数据采集可靠1.实测风管坡度为1.2%，符合安装要求2.压力变送器通过4颗M8螺栓固定在安装支架上，固定可靠3.通过固定风门，读取数值变化范围在0.2KPa以内，数据采集有效对策实施实施三设计、制作风门小组成员根据压力变送器信号采集点直管管路测绘并加工风门点1点2点3点4点5点6点7点84mm3mm5mm4mm4mm5mm4mm4mm1对风门直径与风管直径进行比较，直径差值为3mm，符合标准；2.对风门调节板随机取8点进行间隙测量，间隙均匀3.通过扭矩测试，利用12吋扳手力

23、矩测试值为8.35Nm，符合目标值。目标实施过程目标检查1.风门与风管直径尺寸误差5mm；2.风门调节板与风管间隙均匀3.利用12吋扳手力矩测试力矩在10Nm以内对策实施实施四风门及控制气动执行器安装 将风门安装在负压监测点前（靠近动力车间源头风机一侧），并在风门上安装由可调节开度气动执行器，来调节控制风门的开度。 1.风门两侧法兰与风管法兰连接，固定可靠；气动执行器与风门连接固定可靠2.通过现场调节启动执行器开度，调节灵敏。目标实施过程目标检查1.固定可靠；2.控制可靠对策实施实施五增加上位机控制程序 将采集的负压在中控室上位机上进行监控。并通过PID控制，实现定负压值的风门自动调节目标实施

24、过程目标检查 1.程序与原有生产程序兼容性强；2.控制界面友好，且易操作 1.增加程序对整个生产控制程序属于外挂型嵌入，不影响生产程序，兼容性强；2.现场操作人员反馈界面友好，操作简单对策实施实施六调节参数测试及固化（1）冷却风选正常运行所需的风速小组选取了E线冷却风选进行验证，对冷却风选运行期间的风速情况进行了数据采集，结果显示：将冷却风选内风速控制在16.8-17.5m/s范围内，便可保证其正常运行不堵塞。对策实施实施六调节参数测试及固化（2）正常运行（风速16.8-17.5m/s范围内）所需的压差值通过统计，将作为监控的负压值设定在-5.00.3HPa的监控范围内，可将风速控制在16.8

25、-17.5m/s范围内，从而保证冷却风选正常运行不堵塞，此时风门开度67%左右变化。对策实施实施六调节参数测试及固化目标检查通过数据固化后，根据数据进行控制，冷却风选运行稳定，统计16年3、4月份停机记录，因风速波动导致的堵料次数为0次/月08效果检查效果检查建立冷却风选风门自动控制系统，通过PID自动调节，保证冷却风选风管内风速保持基本恒定风速自动控制功能实现效果检查对2016年3月到2016年12月，冷却风选堵料次数进行统计如下表，平均每月堵料停机次数为0.1次/月，其中2016年5月份停机原因为冷却风选本地设备与动力车间除尘设备的通讯故障闪断，并非风速波动引起的停机。降低风选堵料停机次数时间16.316.416.516.616.716.816.916.1016.1116.12堵料/次0010000000效果检查E线的湿块和梗签剔除量进行抽样检验，项目实施前每批湿块及梗签剔除量大约为4.1Kg，项目实施后，湿块与梗签剔除量均在11.9Kg以上，每批多剔除梗签7.8 Kg，达到了公司技术中心提出的每批大于10Kg以上的梗签剔除量，提高了烟丝纯净度。湿块与梗签剔除达标效果检查冷却风选风门自动控制系统所选用主要零部件如压力变送器、气动执行器、风门等所需的成本如下，累计需花费材料成本4.7万元。2014年3月至2015年2月间风选堵料停机造成了共14400kg烟丝被判定为并降级。