卷烟厂风力送丝系统的优化与实现.docx

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卷烟厂风力送丝系统的优化与实现

摘要

随着时期的进步，卷烟厂也得以长足进展，企业生产治理和设备治理的要求也不断提高，精细化治理、TPM、数字化工厂的概念也不断的被提出、落地实施。

对风力送丝系统的要求也不断的提高，原先只关切可否把烟丝从制丝车间送到卷包车间，现在开始关切系统的各个细节。

例如：

烟丝如何送到卷包车间、速度如何、操纵是不是稳固、是不是具有数据搜集功能、保护是不是方便、是不是能够做到免保护、不同速度对烟丝品质的阻碍如何等等一系列问题。

基于国内卷烟厂不可能对原有风力送丝系统进行换代的现状，同时又要知足现代化工厂的生产和设备治理之所需。

因此，本文为提高风力送丝系统稳固性、知足现代化工厂生产治理和设备治理的需要，进行对第二代风力送丝系统进行优化并实现。

本文以浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂风力送丝系统的优化与实现项目为例，运用六西格玛方式探讨如何对风力送丝系统进行优化与实现。

通过增加上位机系统，分析优化PLC程序，采纳西门子WINCC等技术，优化整个操纵系统，实现运行状态的可视化、远程操纵监视、实现数据搜集、与企业网络（MES）的通信等功能。

从而提高风力送丝系统的稳固性（回风管风速操纵在：

12±1米/秒），提高产品质量。

关键词：

　卷烟厂风力送丝系统，上位机系统，PLC，六西格玛

Abstract

Withthedevelopmentofthetimes,cigarettefactoryhasmadeconsiderableprogress.Therequirementsofproductionmanagementanddevicemanagementarealsoincreased,andtheconceptssuchasmeticulousmanagement,TPM,digitalfactoryarealsoconstantlyputforwardandimplemented.ThedemandsofTobaccoPneumaticConveyingSystemareincreasedgradually.TheCigaretteFactoryonlyinterestedinwhetherthetobaccofromsilkwrappingworkshoptoworkshoporiginally,nowbegantocareaboutallthedetailsofthesystem.Forexample:

Howtowrappingtobaccoshop,speedoffeeding,stabilityofthecontrol,theavailabilityofdataacquisition,difficultiesofthemaintenance,theinfluenceonthetobaccoqualityatdifferentspeeds,etc.

AimingatthestatusoforiginaldomesticCigaretteFactoryimpossibilityforwindgenerationfeedingsystemandalsoformeetingtheneedsofmodernfactoryproductionanddevicemanagement,thesecondgenerationofTobaccoPneumaticConveyingSystemwasoptimizedandimplementedinthispaper.

TakingZhejiangTobaccoIndustryCo.,Ltd.NingboCigaretteFactoryTobaccoPneumaticConveyingSystemoptimizationandrealizationprojectforexample,theSixSigmamethodologywasusedonhowtooptimizeandimplementthewindwiresysteminthispaper.Byincreasingthehostcomputer,usingSiemensWINCCtechnologyetc.,analyticalandoptimizePLCprogram,theentirecontrolsystemwasoptimized.Theoperationalstatusvisualization,remotecontrollingandmonitoring,dataacquisition,andenterprisenetworks（MES）forcommunicationwasachieved.Therebythestabilityofthewindfeedingsystem（returnductvelocitycontrol:

12±1m/s）wasenhancedandproductqualitywasimproved.

KeyWords：

　TobaccoPneumaticConveyingSystemforCigaretteFactory,PCsystems,PLC,SixSigma

图目录

表目录

第1章绪论

1.1课题来源及类型

目前，浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂现有18套卷烟机（PT）设备，风力送丝系统是上世纪“九五”技改时期设计建设，是属于把烟丝从制丝车间靠风力送到卷包车间概念提出的第二代产品。

在“十五”技改中，厂房进行了接长，并增加了2套卷烟机组，送丝管路距离大大增加，风速操纵加倍不稳固，故障率也大大增加，为此顾客抱怨不断。

该系统相较于本世纪先进的风力送丝系统，在风速操纵稳固性和故障率方面存在较大差距。

风力送丝系统中风速的稳固性的提高对提高烟丝品质和降低不良烟支剔除率有较大阻碍。

基于此，本文要紧结合宁波卷烟厂风力送丝系统的现状和特点，运用“六西格玛”方式，研究如何对卷烟厂风力送丝系统进行优化和实现，以提高风力送丝系统的稳固性。

1.2卷烟厂风力送丝系统项目概述

卷烟厂风力送丝系统（pneumaticconveyingsystemofcut-tobacco）主若是指烟丝依托负压风力为载体，烟丝实现从喂丝机（制丝车间）到卷烟机（卷包车间）的远距离输送操纵系统（如图）。

图1.1风力送丝系统宏观流程图

目前许多烟厂已经或将要实施烟丝风力输送的系统，作为柔性制丝的最后环节，其意义是重大的。

比较卷烟工业企业中振筛、皮带、人力小车和风力输送等诸多输送方式，基于烟丝输送性能特点和烟丝品质比较来看，风力输送方式具有长距离输送，造碎低，设备简单等优势。

风力输送方式又是一种全封锁型管道输送系统，布置灵活，无二次污染。

高效节能便于物料输送和回收、为无泄漏输送。

风力输送系统以壮大的优势，将取代传统的各类机械、人力输送方式。

1.3国内外风力送丝系统进展概况

气流输送技术是随着物料搬运和一些工业进程的需要而进展起来的，该技术在相当长的一段时刻内，只能用于输送固粒为稀相的情形，20世纪中后期,气力输送[1]技术取得了普遍的应用，原有的一些限制也不断的被冲破，目前气力输送已普遍的应用于电力、制药、食物、塑料、水力、化工、采矿、冶金及烟草等行业[2]。

另外，气力输送在烟草行业领域也取得了推行，1866年显现了烟丝的气力输送装置，1891年在英国Docnranzhi制出负压气力输送装置，等对烟丝做了大量的实验，以后气力输送在烟草行业取得应用[3]。

关于烟草物料（叶片，烟丝，烟梗等）的搜集、运输、加工以分选，采纳气力输送能够减少物料的损伤及污染[4]。

在卷烟加工进程中,烟丝输送是将贮丝柜中的烟丝输送至卷烟机的工艺环节。

当前国内大多通过气力送丝的方式或小车送丝的方式来进行烟丝的输送。

小车送丝的输送方式有个最大缺点确实是在保护进程中比较困难而且故障常常发生,运行的本钱也较高，而且容易致使搓牌，引发严峻的质量事故。

当前小车输送方式陆续被风力送丝所取代，生产规模稍大的卷烟工业企业都已经利用了风力送丝系统。

卷烟行业中的风力送丝[5-6]，是指通过风力在送丝管道中产生负压来实现烟丝从喂丝机到卷烟机组的输送，是目前国内外卷烟机自动化供烟丝的要紧方式之一。

因其具有布置灵活、治理方便、适用于各类距离的水平、垂直和曲线输送的特点，同时还能够起到松散、去杂、除尘、干燥和冷却等作用[7]而应用普遍。

从技术进展的角度，风力送丝系统的演进，大致经历了以下几个时期：

第一代：

单管风力送丝技术

90年代之前，风力送丝技术在西欧显现，那时由于卷烟机械的比较掉队，风机运行效率底等，采纳的只是单管风力送丝技术，该系统由喂丝机、送丝管、调剂阀、集丝箱和除尘器、风机等组成，每组可供十台之内卷烟机的用丝。

强调的是实现烟丝输送的功能，减轻劳动强度为目的，开始向自动化方向转化。

由于一根料管同时供多台卷烟机，在最后的几台卷烟机处会显现供丝不足和烟丝造碎严峻等缺点，故障率超级高，且噪音高粉尘大，目前大体被淘汰。

第二代：

多管风力送丝技术[8-9]

进入90年代以来，随着高效率卷烟机械的显现，最具代表性的确实是德国HUANI公司的PROTOS-70卷烟机（产能为：

7000支/分）的显现，单管风力送丝技术已经无法知足多台PROTOS-70生产之所需，迫使气力输送技术不断进步，从单管送丝进展到多管风力送丝。

一台卷烟机单独配备一根供料管，多台卷烟机配备一个除尘器的技术显现，最典型的确实是德国NEO公司的风力送丝技术。

宁波卷烟厂95技改式选用的风力送丝系统确实是NEO公司生产的。

该时期的多管风力送丝技术开始注重送丝速度的稳固，开始关切风速对产品品质的阻碍，开始注重操纵自动化，PLC技术普遍利用。

但该时期的系统稳固性不高，送丝风速波动较大，对系统的保养保护要求高，缺乏远程操纵等功能，与现代化工厂理念打造的要求仍是存在专门大差距。

第三代：

现代多管风力送丝技术

进入21世纪后，德国RIEDEL公司推出了全新的新型风力送丝系统，利用了SACU操纵器，他以操纵送丝管的速度为目标，送丝速度加倍稳固，操纵在±1米/秒，而且系统加倍节能，稳固大大提高，大体上处于免保护状态，具有远程操纵功能，给系统的保护和调整带来极大便利。

但该系统的实施所用本钱超级高，一个100万箱生产规模的卷烟工业企业风力送丝系统所需项目资金在4000万元左右。

1.4风卷烟厂风力送丝系统优化和实现的提出

自从2000年左右全国卷烟工业企业进行大范围技改后[10-12]，自今未有大范围的技改。

尽管各个烟厂有小的技改或扩建项目，但风力送丝系统未改换本钱世纪先进的系统，因为第二代送丝系统改换成第三代需对整个系统进行改换。

假设换代那么会造成以下几方面的问题：

1）全厂停产。

风力送丝系统是连接制丝车间和卷包车间实现烟丝输送的系统，假设无该系统，烟丝无法通过人工进行输送，就会致使全厂停产，而且人工输送对烟丝品质阻碍超级大。

2）投入本钱高。

100万箱/年标准产能的卷烟工业企业，新系统的投入本钱约需要4000万元人民币，因此投入本钱超级高。

3）所需时刻长。

系统的换代要通过新设备采购、旧系统拆除、新系统安装、新系统调试等环节，一样所需时刻在6个月左右，而且部份卷烟工业企业还不具有新系统的安装条件。

没有一个卷烟工业企业能够同意6个月的停产，对企业造成的损失是超级庞大的。

鉴于以上缘故，目前，国内卷烟厂烟丝从制丝车间到卷包车间输送的实现方式仍是以第二代风力送丝系统为主。

尽管已进入到21世纪，但仍是未进行换代。

随着时期的进步，卷烟工业企业也得以长足进展，企业生产治理和设备治理的要求也不断提高，精细化治理、TPM、数字化工厂的概念也不断的被提出、落地实施。

对风力送丝系统的要求也不断的提高，原先只关切可否把烟丝从制丝车间送到卷包车间，现在开始关切系统的各个细节。

例如：

烟丝如何送到卷包车间、速度如何、操纵是不是稳固、是不是具有数据搜集功能、保护是不是方便、是不是能够做到免保护、不同速度对烟丝品质的阻碍如何等等一系列问题。

基于国内卷烟工业企业不可能对原有风力送丝系统进行换代的现状，同时又要知足现代化工厂的生产和设备治理之所需。

因此，本文为提高风力送丝系统稳固性、知足现代化工厂生产治理和设备治理的需要，而尝试进行对第二代风力送丝系统进行优化并实现。

1.5本文研究的内容、目标

1.5.1本文研究内容

优化并实现风力送丝系统上位机系统（如图）。

知足以下需求：

1）总管风速实时值和历史曲线、报警等显示

2）每台卷烟机组的风速、阀门的实时、历史曲线、状态报警显示

3）每台卷烟机组风送调剂的P参数，I参数和调剂延迟时刻的调剂

4）每台卷烟机组S7-200的通信，模块的状态和故障报警。

5）与厂级MES系统通信的数据：

每台卷烟机组的风速，状态和报警记录

图1.2上位机与原系统的网络结构

风力送丝系统的系统（如图）参数研究。

系统的压损计算，是设计通风、除尘、风送相关系统的要紧内容，关于分析系统问题，合理设计管网和风机、除尘器等动力系统有直接的指导作用。

本次项目的压损计算，要紧作用是查验系统设计和各项参数的合理性。

系统压损包括有物料（烟丝）输送部份压损H1和尾气（辅助）部份压损H2两部份。

H1是由烟丝通过喂丝机—丝管—卷烟机集丝箱的途径进程中产生的，H2那么是烟丝卸料以后含尘空气通过聚集管—总管—除尘器—风机—排出管的途径产生的压损。

图1.3风力送丝系统图

单台卷烟风送操纵的研究。

风速检测装置是检测风速大小，该信号送至PLC通过和设定值比较PID计算后输出操纵EP阀，从而达到风速大小，稳固的操纵。

该装置内部的取压口长期处在含尘空气中，若是由于粉尘堵塞，会造成风速检测不准，操纵失调。

1.5.2本文研究目标

本文以浙江中烟工业有限责任公司宁波卷烟厂风力送丝系统的优化与实现项目为例，结合现代卷烟工业企业生产的要求和风力送丝系统的现状、特点，探讨如何对第二代风力送丝系统进行优化与实现，以达到或接近第三代系统的水平。

具体体此刻：

实现远程操纵监视功能、实现数据搜集和企业网络（MES）的通信功能；提高风力送丝系统的稳固性（回风管风速操纵在：

12±1米/秒）。

1.6本文组织结构

本文将详细介绍卷烟厂风力送丝系统的优化与实现。

第一章绪论论述了课题的来源及意义，详细分析了国内外现状，课题的提出并论证了论文研究的价值所在，提出了本文研究内容和目标。

最后对本文的要紧工作及章节安排进行了说明。

第二章本章介绍了风力送丝系统的优化与实现所涉及到的概念和相关的技术。

重点表达了系统优化时所用到的六西格玛方式论、PLC操纵技术、OPC体系架构等内容，为系统的优化和实现打下基础。

第三章第一简单介绍了风力送丝系统所基于的系统环境。

通过运用六西格玛分析得出风力送丝系统的优化与实现是需要通过硬件手腕和软件手腕两边面结合完成的，硬件的优化是比较明确的，本文将不做重点描述，本文重点描述软件方面的改善，包括：

增加上位机系统和PLC程序的修改。

进行了用户需求分析、功能分析、界面需求分析，在此基础上又介绍了系统的设计目的和开发环境。

第四章对系统的整体设计原那么进行了描述，论述了上位机系统的设计图，明确上位机系统需设计的模块，指出PLC程序如何优化，给出了“PLC站点参数表”和“发送接收地址表”为系统的具体提供基础。

第五章是本文的重点。

本章要紧分两部份对系统实现进行论述。

第一部份论述了对上位机系统的配置和上位机系统的具体实现进程。

第二部份要紧论述了PLC程序的修改良程。

第六章依据六西格玛方式，只有通过C（操纵）时期项目才是完美的，核算了为宁波卷烟厂制造的经济价值，和估算能够为其他卷烟厂制造的价值。

第七章是全文的总结，并展望了以后。

1.7本章小结

本章详细介绍了课题的来源及意义，详细分析了国内外现状，课题的提出并论证了论文研究的价值所在，提出了本文研究内容和目标。

第2章系统相关理论基础与技术

本文论述的课题是卷烟厂风力送丝系统的优化与实现，利用六西格玛方式对本系统进行优化，而且本系统是架构在PLC、上位机、网络通信的一个操纵治理系统。

对此，咱们为六西格玛方式、PLC、上位机、网络通信、的相关理论作一个介绍。

2.1六西格玛方式

六西格玛[13-14]是一套系统的、集成的业务改良方式体系，是旨在持续改良企业业务流程，实现客户中意的方式。

它通过系统地、集成地采纳业务改良流程，并对现有进程进行进程界定（define）、测量（measure）、分析（analyze）、改良（improve）、操纵（control）－简称DMAIC流程，排除进程缺点和无价值作业，从而提高质量和效劳、降低本钱、缩短运转周期，达到客户完全中意，增强企业竞争力。

统计数据是实施6σ治理的重要工具，以数字来讲明一切，所有的生产表现、执行能力等，都量化为具体的数据，功效一目了然。

咱们能够从各类统计报表中找出问题在哪里，真实把握系统的缺点情形等，而优化的功效，如本钱节约、质量提升等，也都以统计资料与财务数据为依据。

2.1.1系统进程界定（define）

进程界定（define）是六西格玛DMAIC方式的第一步骤，也是超级重要的一步。

六西格玛项目是从界按时期开始的，一样说来，在初选出项目时，对欲解决的问题往往仅有比较宏观的考虑。

咱们需要通过界按时期的工作，明确问题或流程输出Y及其测量，明确Y的标准。

咱们还需要明确项目的关注领域和要紧流程，将项目界定在一个比较合理的、能够把握的范围之内。

通过界按时期的工作，咱们要明确项目的目标，测算项目预期收益，确信项目核心团队成员等。

一些工具和方式，将帮忙团队完成上述工作。

经常使用的方式和工具有：

顾客需求（VOC）分析、卡诺模型（Kanomodel）、SIPOC分析、相关方分析、排列图等。

所有这些工作的结果，将纳入项目立项表（Projectcharter）或特许任务书的文件，并取得主管领导的批准。

2.1.2系统测量（measure）

测量时期是DMAIC进程的第二个时期，它既是界按时期的后续活动，也是连接分析时期的桥梁。

测量是项目工作的关键环节，是以事实和数据驱动治理的具体表现。

从测量时期起就要开始搜集数据，并着手对数据进行分析。

通过测量时期的数据搜集和评估工作，能够取得对问题和改良机遇的定量化熟悉，并在此基础上取得项目实施方面的信息。

正如前面所指出的，任何进程的输入输出关系均能够表达为：

Y=f（X）

式中，Y为进程的输出结果；X为阻碍Y的进程输入。

正是那些关键的输入变量X决定了输出变量Y。

六西格玛项目的实施进程，确实是不断地揭露二者之间关系的进程。

测量时期的工作重点是在界按时期工作的基础上，进一步明确Y的测量，并通过搜集X和Y的测量数据，定量化地描述Y。

专门是通过进程分析，熟悉Y的波动规律，揭露进程改良的机遇，识别实现项目目标的可能途径和改良方向。

在那个时期，需要大量的工具和方式帮忙项目咱们完成上述工作。

比如，各类进程分析工具，文档和图形分析工具和进程能力分析方式等。

为了保证测量数据的准确靠得住，咱们还需要对测量系统的能力做出评估。

2.1.3系统分析（analyze）

分析时期是DMAIC各个时期中最难以预见的时期。

咱们所利用的方式将在专门大程度上取决于所涉及的问题与数据的特点。

在这时期，DMAIC咱们应详细研究资料，增强对进程和问题的明白得，进而识别问题的缘故，利用各分析步骤来寻觅“问题本源”。

有时，问题的全然缘故是显而易见的，现在，咱们能专门快通过度析找到；有时，阻碍问题的缘故很多，而且超级复杂，连年来许多人都依照他们适应的方式去工作，而没有考虑和证明其合理性。

当这种情形发生时，咱们可能需要花几周或更长的时刻，利用各类工具和试用各类不同的观点去分析，才可能得出正确的结果。

咱们用循环分析方式来实现对缘故的探讨。

那个循环从数据的测量开始，通过对进程的分析，提出对缘故的初始推测或假设；接着搜集和关注更多数据和其他看的见的证据，对这些推测或假设做出进一步的判定；分析循环继续进行，各类假定不断地被确认或被拒绝，直到真正的问题本源通过严谨的数据分析被明确识别出来。

分析步骤中最大的挑战之一是正确利用工具，能够用简单工具找到全然缘故，就不用复杂工具。

有时缘故是深藏而不易识别的，有时问题与其他较多因素相关联而被纠缠混杂在一路，这是就需要用到更高级的统计技术或其他治理技术来确信和验证全然缘故[15]。

2.1.4改良（improve）

通过前面三个时期的项目工作，咱们对要解决的问题和引发该问题产生的全然缘故等有了比较准确的把握，奠定了从全然上解决这些问题的基础。

至此，咱们进入了关键性的“改良”时期。

改良时期的目标是形成针对全然缘故的最正确解决方案，而且验证这些方案是不是有效的。

一样来讲，为了达到上述目的，需要完成以下方面的工作：

1）产生解决方案。

通常这些解决方案的产生需要专业知识和对流程的熟悉与体会等。

2）评判解决方案。

改良方案产生后，需要对其好坏进行评判。

一样将从改良方案的可行性、本钱投入、周期等方面，评判改良方案的优势与劣势。

3）完成改良方案的风险评估。

一个好的改良方案，是不能够以给顾客或企业带来较高的风险为代价的。

4）改良方案有效性验证。

任何改良方案均需要验证其有效性，才能最终被确以为团队将采取的方案。

2.1.5操纵（control）

作为DMAIC进程的最后一个时期，操纵十分关键。

要维持改良的功效，需要将改良时期对流程的修改或新的流程作业指导书纳入作业标准和受控的文件体系，并成立进程操纵系统。

操纵时期的要紧目的是幸免回到旧的适应和程序，对人们的工作方式形成长期阻碍并得以维持。

咱们不仅需要测量和监视结果，还要不断说服和推销观念，二者都是必要的。

六西格玛操纵细节应该包括：

1）成立监视进程，明确已经取得的改良。

2）制定应变方案。

3）确信关键操纵点、操纵参数和操纵方式。

4）形成新的程序文件或作业标准。

2.2西门子PLCS7-200

SIMATICS7-200PLC[16]是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各类场合中的自动检测、监测及操纵等。

S7-200PLC的壮大功能使其不管单机运行，或连成网络都能实现复杂的操纵功能。

PLC工作原理（如图）：

当投入运行后，其工作进程一样分为三个时期，即输入采样、用户程序执行和输出刷新三个时期。

完成上述三个时期称作一个扫描周期。

在整个运行期间，PLC的CPU以必然的扫描速度重复执行上述三个时期。

图2.1PLC的组成框图

PLC编程语言：

依照国际电工委员会制定的工业操纵编程语言标准（IEC1131-3），PLC有五种标准编程语言：

梯形图语言（LD）、指令表语言（IL）、功能模块语言（FBD）、顺序功能流程图语言（SFC）、结构文化本语言（ST）。

梯形图语言（LD）是PLC程序设计中最经常使用的编程语言。

它是与继电器线路类似的一种编程语言。

由于电气设计人员对继电器操纵较为熟悉，因此，梯形图编程语言取得了普遍的欢迎和应用。

梯形图编程语言（如图）的特点是：

与电气操作原理图相对应，具有直观性和对应性；与原有继电器操纵相一致，电气设计人员易于把握。

　梯形图编程语言与原有的继电器操纵的不同点是，梯形图中的能流不是实际意义的电流，内部的继电器也不是实际存在的继电器，应历时，需要与原有继电器操纵的概念区别对待