自动控制技术在卷烟制丝设备控制中的应用探讨

引言：

卷烟生产是一个复杂的过程，其中制丝环节作为关键部分，对卷烟的品质起着决定性作用。传统的制丝生产过程依赖大量人工操作，存在生产效率低、产品质量稳定性差等问题。自动控制技术的出现为卷烟制丝设备的升级改造提供了契机，通过引入先进的自动控制技术，能够实现制丝过程的精准控制，提高生产的自动化水平，从而满足日益增长的市场需求，提升卷烟企业的竞争力。

1 卷烟制丝设备及工艺概述

1.1 卷烟制丝设备组成

卷烟制丝设备主要包括烟叶回潮设备、切丝设备、烘丝设备、加料加香设备等。烟叶回潮设备用于增加叶片的温度和含水量，使其更加松散均匀；切丝设备将烟叶切成符合要求的丝状；烘丝设备对烟丝进行加热干燥，控制烟丝水分在合适范围；加料加香设备则为烟丝添加特定的香料和添加剂，提升烟丝的口感和香气。

1.2 卷烟制丝工艺流程

卷烟制丝工艺流程一般包括烟叶预处理、松散回潮、切丝、烘丝、加料加香等环节。首先对烟叶进行预处理，去除杂质和不符合要求的部分；然后通过松散回潮工序，改善烟叶的物理性能；切丝工序将烟叶切成丝状；烘丝工序调整烟丝水分和温度；最后在加料加香工序中为烟丝赋予独特风味。整个工艺流程需要严格控制各个环节的参数，以保证烟丝的质量和稳定性。

2 自动控制技术在卷烟制丝设备控制中的应用分析

2.1 顺序控制在卷烟制丝设备中的应用

在卷烟制丝设备中，顺序控制可用于控制设备的启停顺序、物料的输送流程等。例如，在制丝生产线启动时，按照一定顺序依次启动各设备，避免因启动顺序不当导致设备故障或物料堵塞。在物料输送过程中，通过顺序控制确保物料在不同设备之间的顺畅传递，提高生产的连续性和稳定性。

2.2 过程控制在卷烟制丝设备中的应用

2.2.1 烘丝设备的过程控制

烘丝是制丝工艺中的关键环节，其过程具有非线性、大滞后和不确定性等特点。传统的烘丝设备控制方法难以满足精确控制的要求。采用自动控制技术后，可通过建立烘丝过程的数学模型，结合先进的控制算法，如PID 控制、模糊控制、模型预测控制（MPC）等，对烘丝过程中的热风温度、风量、筒壁温度等参数进行精确控制，从而稳定控制烟丝的出口水分，提高烟丝的质量。例如，拓扑公司在烘丝工序中创新研制基于 Sigmoid 曲线特性、mpc 预测控制的非稳态、稳态智能控制模型，通过多工序稳态、动态水分协同调控和物料水分的精准控制，实现烘丝前物料水分、烘丝后冷却水分的稳定性控制。

2.2.2 松散回潮设备的过程控制

松散回潮设备的主要任务是增加叶片的温度和含水量，由于物料进入设备的速度不固定且停留时间有限，精确建模难度较大。应用自动控制技术后，可以将控制对象转变为加水量，通过精确控制加水量来稳定出口水分。一些企业通过采集生产数据，利用预测模型得出最佳控制策略，并自动调整控制参数，大幅提升了松散回潮工序出口含水率的控制精度。如山东中烟济南卷烟厂在松散回潮工序应用智能控制系统，操作工只需设置出口水分目标值并进行授权操作，系统即可稳定运行，无需人工频繁干预，且出口含水率平均值与目标值的偏移量降低了 3% 。

2.2.3 加料加香设备的过程控制

在加料加香工序中，自动控制技术可实现对加料加香量的精确控制。通过传感器实时监测烟丝的流量和物料特性，根据预设的配方和控制算法，自动调节加料加香设备的执行机构，确保准确添加香料和添加剂，保证烟丝的风味一致性。例如，部分卷烟厂利用工业智能控制技术优化单工序过程控制，以预测出口水分的未来变化趋势进行先进预测控制为技术手段，实现传统控制向边缘大数据计算控制转变，大幅减少人为干预，实现“过程自纠偏”的智能化控制体系，精准控制加料加香过程。

2.3 工业以太网在卷烟制丝设备控制中的应用

工业以太网的应用为卷烟制丝设备的集中控制和信息化管理提供了基础。通过工业以太网，可将制丝生产线上的各个设备连接成一个有机的整体，实现数据的快速传输和共享。操作人员可以在中控室通过监控计算机对整个制丝生产线进行实时监控和远程控制，及时掌握设备的运行状态和工艺参数，提高生产管理的效率和准确性。同时，工业以太网还支持与企业管理系统的集成，实现生产数据的实时上传和分析，为企业的决策提供数据支持。例如，多地卷烟厂引入工业以太网后，降低了对卷烟加工流程进行控制的难度，显著提升了卷烟厂的信息化、现代化水平。

3 自动控制技术在卷烟制丝设备控制中的应用效果分析

3.1 提高产品质量

自动控制技术实现了对制丝过程各项参数的精准控制，有效减少了因人为因素导致的质量波动，提高了烟丝质量的稳定性和一致性。例如，通过精确控制烘丝和松散回潮过程中的水分含量，使烟丝的物理性能更加稳定，从而提升了卷烟的口感和燃烧性能。加料加香过程的精准控制则保证了烟丝风味的独特性和一致性，满足了消费者对卷烟品质的高要求。

3.2 提升生产效率

自动控制技术实现了制丝生产过程的自动化运行，减少了人工操作环节，缩短了生产周期，提高了生产效率。设备的自动启停和物料的自动输送，避免了人为操作的延误和失误，使生产过程更加流畅高效。例如，顺序控制确保了设备的快速、准确启动，减少了设备空转时间；过程控制实现了对设备运行参数的实时优化，提高了设备的运行效率。

3.3 降低生产成本

一方面，自动控制技术提高了生产效率和产品质量，减少了废品率和返工率，降低了原材料和能源的浪费，从而降低了生产成本。另一方面，自动化生产减少了对人工的依赖，降低了人工成本。例如，通过精确控制烘丝过程中的温度和风量，在保证烟丝质量的前提下降低了能源消耗；智能控制系统的应用减少了人工频繁干预，降低了人工操作成本。

3.4 绿色节能发展

在环保要求日益严格的背景下，绿色节能控制技术将成为卷烟制丝设备控制的发展方向之一。通过自动控制技术优化设备的运行参数，降低能源消耗，减少对环境的影响。例如，开发更高效的烘丝控制算法，在保证烟丝质量的同时降低热风温度和风量，实现节能目标。

结束语：

自动控制技术在卷烟制丝设备控制中的应用，为卷烟行业的发展带来了显著的效益。通过顺序控制、过程控制以及工业以太网等技术的应用，实现了制丝过程的精准控制和自动化运行，提高了产品质量、生产效率，降低了生产成本。然而，在应用过程中也面临着复杂工艺建模困难、设备集成与兼容性问题以及维护与技术人才短缺等挑战。未来，随着智能化控制技术的深入应用、与物联网技术的融合以及绿色节能控制技术的发展，自动控制技术将在卷烟制丝设备控制中发挥更大的作用，推动卷烟行业向智能化、绿色化方向持续发展。卷烟企业应重视自动控制技术的应用和研发，加强人才培养，积极应对挑战，抓住发展机遇，提升企业的核心竞争力。

参考文献：

[1]自动控制技术在卷烟制丝设备控制中的应用探讨.高长江;普绍清.山东工业技术,2018(13)

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[3]卷烟制丝设备故障的分析和防范探讨[J].钟志民.中国设备工程,2021(17)