烟机设备经常性升级改造趋势下相关配套系统方案设计及优化

0引言

目前我司配置的ZJ17—ZB45型常规硬盒硬条卷 接包连线机组是20世纪80年代末90年代初行业的主流机型,在烟草机械快速智能化、自动化、高速化发展趋势下,对标行业先进卷烟工厂的设备装备水平,存在很大差距。为逐步缩小这一差距,同时给实现企业战略目标、提升产品制造加工的硬实力及中高端规格卷烟的竞争力提供强有力的设备保障,迫切需要对烟机设备进行升级改造^[1]。

1设备升级改造的必要性

1)提升设备性能,稳定一类烟产品质量的需要。

在公司提出“以产品为中心,纵深推进精益工程”、强调高质量发展的背景下,卷烟产品工艺标准 及管控要求不断提升。但我司目前配置的ZJ17—ZB45 型卷接机组是20世纪80年代末90年代初行业的主流机型, 目前设备平均役龄已接近20年,机组在设计及性能方面已难以满足精准控制、提升产品内在质量的需要。同时,长时间使用过程中设备的部分传动机构、执行元件磨损较为严重,密封元件、电气元件也存在不同程度的老化或精度下降的现象,中高端产品质量及生产保障能力逐步弱化。

2)当前主流机型较ZJ17—ZB45型卷接包连线机组具有明显优势。

以行业当前主流ZJ118—ZB415型卷接包连线机组为例,其较ZJ17—ZB45卷接机有较为明显的优势:

(1)ZJ118卷烟机型中供料成型机(VE)采用流化床吸丝成型方式,有利于梗丝分离得更彻底,提升卷烟内在质量,同时流化床设计能有效降低烟丝造碎现象,较ZJ17型卷接机的抛丝成型方式具有显著优势。

(2)ZJ118卷烟机型VE部分配套的流化床冷却技术,可以有效降低流化床内旋涡气流的温度,减少烟丝水分和香气的散失,在提升卷烟内在质量方面具有明显的优势。

(3)在烟丝束重量调节方式上,ZJ118卷烟机型采用伺服电机直接控制压块上下移动从而调节烟丝束重量的方式,调节更加直接、可靠,克重控制更加精确。

(4)在电气控制方面,ZJ118卷烟机型配套的烟支全外观检测、吸阻检测及自动剔除等技术,更有利于产品质量控制。

(5)ZB415包装机型在检测装置方面采用全视觉集成检测系统,涵盖烟支模盒检测、五号轮检测、小包外观检测等,可在人机界面直观查看各点位检测情况,更加科学、全面。

(6)ZB415包装机型增加了智能管理系统,通过实时监测振动、油路、电机、气路等状态,对关键部位异常情况提前预警,减少了设备突发故障及因此产生的产品质量问题。

2 配套系统改造背景

基于设备升级改造计划,我司拟对标行业先进水平,新购置一组ZJ118—ZB415卷接包连线机组,并相应淘汰车间现10# ZJ17—ZB45卷接包连线机组。因新旧机组对于工艺除尘、风力送丝等系统的除尘风量、管道走向等需求以及空间布局位置存在差异,为保证新购设备能正常投入使用,本文根据新购设备配套需求,对现有卷接机组集中除尘系统、风力送丝系统、条烟输送系统、AGV辅料系统等设备设施进行了适应性改造设计及优化。

3 配套系统设计及优化

3.1 除尘系统计算及优化设计

车间现10#卷接机组对应工艺风力除尘系统参数如表1所示,布局如图1所示。

3.1.1工艺风力除尘系统

如表1所示,JBCC203除尘系统包含6#、10#、11#和12#四组机组,其中,卷接机组均为ZJ17机型, 目前系统风机已近满负荷运行状态。根据上述烟机升级计划,如将现有的10#机组由ZJ17机组替换成ZJ118机组,则会增大JBCC203除尘系统的风量,那么JBCC203系统极有可能出现因一台或多台机组跑条导致风机过载而停机的风险。为保障技术改造顺利进行,需要对JBCC203除尘系统的风机进行更换^[2]。

根据ZJ118机组工艺设计,正常生产时风量需达到2700m³/h。本文基于未来ZJ17机组常态化升级改

造现实需求,拟将JBCC203系统按照5台ZJ118机组布 置进行统筹设计,即风机至少需提供风量Q=5×2700× 1.1=14850m³/h(1.1为富余系数),除尘器过滤风速V=(Q/A)/60=(14 850/144)/60≈1.72 m/min,那么系 统风机需要提供的负压ΔP总=(ΔP主管+P除尘器+ΔP消声器)×1.15(1.15为富余系数)=(13000+1000+100)× 1.15=16215pa。

从上述计算可以看出,现有风机不能满足要求,现有除尘器能够满足过滤风速小于等于2 m/min要求,因此只需要更换系统风机。除尘风机选用方面主要考虑离心风机,风机最大风量不低于16 505 m3/h,最大全压不低于17 000 pa;风机需作双蜗壳降噪处理并配置减震装置,风机的所有旋转部件应做静态、动态平衡试验,整套风机(含电机)安全性能应满足国家和行业相关规范标准的要求;选型参考或相当于Ferrari、DLK、REITZ等规格产品,风机额定风量及风压应能满足JBCC203卷接工艺除尘系统中所有卷接机组的风量及风压要求。优化设计后工艺风力除尘系统参数如表2所示。

3.1.2梗签收集除尘系统

按上述方案升级改造后整个车间合计有17台卷烟机组,包括4台ZJ112机组,4台ZJ118机组和9台ZJ17机组。根据工艺流程,4台ZJ118机组流化床排出的热空气也接入梗签系统,每台设备理论流量为550 m³/h,4台ZJ118机组流化床总量为2 200 m³/h,每台机组梗签输送速度按22 m/s计算,每台需要的梗签排风风量Q=3.14×0.03×0.03×22×3600≈224 m³/h。梗签收集系统需要提供风量Q=(17× 224十2200)×1.15≈6909m3/h(1.15为富余系数), 目前车间梗签收集系统除尘风机风量为9680 m³/h,全压20700 pa,因而梗签系统的风机能满足需求。

根据上述计算结果,将新购置的一组ZJ118卷烟机梗签收集除尘管道并入JBCC501梗签收集除尘系 统,完成从ZJ118卷接机组供料成条机梗签收集管接口到钢格栅主管道梗签收集管道等的对接安装,能够保证从卷接机组剔出的梗签顺利被梗签收集除尘系统回收。

3.1.3自动控制

1)完成ZJ118卷接机组供料成条机、滤嘴接装机与原有电动风压平衡器间的对接安装及调试,实现风压平衡器能根据ZJ118卷接机组运行状态(例如停机、检修、生产)自动调节工艺除尘风力,确保除尘系统在不同工况下能够保证除尘风力稳定,满足ZJ118卷接机组的正常生产需求。

2)完成新购ZJ118卷接机组接入上述对应除尘系统的信号点采集、阀门控制、桥架及线缆敷设、程序及画面修改等安装调试工作,新增ZJ118卷接机组与现有卷接工艺除尘系统子站间的PROFINET网络,以实现除尘风力、风量等数据的交换。利用现有卷接工艺除尘系统上位机监控系统,结合项目实际对监控画面进行改造优化,以满足新增ZJ118卷接机组信号监控和参数修改要求,同时对供料成条机支管风量、支管压力、支管设定压力、支管阀门开度反馈及设定,以及滤嘴接装机支管压力、支管设定压力、支管阀门开度反馈及设定等各参数进行采集和记录^[3]。

3.2风力送丝系统计算及优化设计

1)目前10#卷烟机对应的风力送丝除尘系统参数如表3所示,规划布置如图2所示。

2)根据新购置的一组ZJ118卷接机组布局,将风力送丝回风管并入JBCC103风力送丝除尘系统,完成从ZJ118卷接机组供料成条机风力送丝回风管接口到钢格栅主管道风力送丝回风管等的对接安装,从而为新购一组ZJ118卷接机组提供烟丝输送所需的风力。那么,JBCC103系统为4组卷烟机提供负压风量,则风机需要提供风量Q=4× 1 000×1.1=4 400 m³/h(1.1为富余系数),JBCC103除尘系统的风机风量为5750m³/h,能满足新增设备后的使用要求,对应关系不需要改变。

3)对新增ZJ118卷接机组的风力送丝管道配置的料速检测装置及回风管上配置的风速检测调节装置进行调试,保证风力送丝控制单元能够根据检测数据和设定值自动、准确地修正相关参数^[4]。

4)在现有卷接除尘系统上位机监控系统基础上,结合项目实际对监控画面进行改造优化,以满足新增ZJ118卷接机组信号监控和参数修改要求,同时对风力送丝回风管风速、风力送丝回风管阀门开度等各参数进行采集和记录。

5)风力送丝管道的布置应充分遵循距离短、弯道少、走向美观、高度合理、方便检维修等原则。

3.3 条烟输送系统改造

1)根据原10# ZB45包装机组条烟出口位置与新购置的ZB415包装机出口位置偏差,对条烟提升机及出入配套设备进行适应性改造,对10#包装机条烟输送线进行改造,确保条烟出 口与条烟提升机准确对接。

2)输送线型材沿用原来组合式结构,两侧为护栏,中间为工字钢型结构,尺寸一致,连接与吊装方式统一。

3)输送线链板沿用原来C型结构,材质为LF—乙缩醛,具有原来链板的兼容性与使用寿命。

4)输送线导轨条沿用U型结构,导轨条与输送型材的配合为过盈配合,使链板与安装导轨后的型材之间运行顺畅。

5)根据改造完成的条烟提升机位置,合理安装10#条烟提升机控制柜。

6)因原条烟输送控制系统主控柜与各控制子站采用PROFIBUSDP总线连接。因此,改造后的10#条烟提升机控制子站也应采用PROFIBUSDP通信方式接入总线,当出现网络通信模块故障或脱网故障时应能提供完善的后备保护和控制功能^[5]。

7)完善滑道选通功能,满足10#提升机对应5台高位收储一体机的选通要求。

8)优化10#条烟提升机控制柜的人机界面,使之与10# ZB415包装机组生产条烟的牌号对应,与上下游机自动对接,联锁自动运行。

3.4AGV辅料系统改造

1)在原有ZJ17—ZB45卷接机组配置的4个自动输送材料托盘定置位(其中卷接机组1个,包装机组3个)基础上,根据新购置的一组ZJ118—ZB415卷接包机组布局对原有AGV辅料系统的输送路径及4个材料托盘定置位进行调整和优化,包括规划AGV路径信号反射板(无法安装反射板的机组采用安装反射板支架的方式安装)、测量相关区域各反射板坐标,将新反射板坐标导入路径程序并根据本次调整内容对应修改WCS、WMS系统等工作,确保辅料能通过 AGV自动导引运输车输送到新购设备定置位上。

2)因对接批次管理系统需要,需将AGV辅料系统配盘情形数据接口开放给批次管理系统进行对接,批次管理系统所需数据接口数据包括主要AGV 配送任务、配送任务状态、设备辅料配盘BOM及配盘BOM与牌号的对应关系等。AGV辅料系统开放批次管理所需的接口,与批次管理系统接口进行有效衔接和必要的交互^[6]。

3)通用设计要求:

(1)在AGV路径规划时充分考虑到AGV自动导引车的实际数量、操作方式、车身条件、行走指标以及场地的实际情况等因素,保证AGV自动导引车的行驶路径通畅无阻。

(2)反射板及反射板支架安装后不得影响现场整体美观,安装后的反射板能满足AGV小车路径导航及正常行驶的要求。

(3)AGV辅料系统改造后,应保证其他未改造调整机台原有物料呼叫、退料和空盘返回等功能正常。

4 结束语

本文以一组ZJ17—ZB45卷接包连线机组升级改造为ZJ118—ZB415机组为着力点,系统分析、计算、设计、优化烟机设备升级改造后相应的工艺除尘系统、风力送丝系统、条烟输送系统、AGV送料系统等配套设备设施方案,相关改造经验可以为行业烟机设备升级改造提供一个思路和方案,为产品高质量发展夯实设备基础。

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《机电信息》2025年第11期第15篇