德国舒伯特&萨泽滑窗阀在安阳卷烟厂香料厨房系统中的应用.doc

安阳卷烟厂香料厨房电控系统的升级改造
摘要：加香加料的料头料尾控制精度的升级改造。由于原生产线的工艺设计和设备布置的缺陷，经常出现加香加料的料头料尾控制精度，不能达到生产工艺的要求，从而造成原料不必要的损失。
关键词：控制精度 超调现象 滑窗式控制阀

安阳卷烟厂香料厨房于2009年3月进行了混丝和梗丝加香管路及相应的电控系统的改造工程。
由于全厂生产线的叶片加料、混丝加香、梗丝加香部分均是采用香料厨房远程加香方案，加香泵和加料泵安装在香料厨房，且在高于车间的二楼，导致一旦进入生产阶段，现场加料加香阀门打开的瞬间，由于高度差产生自流，加香或者加料的瞬时量一瞬间达到最高，然后回落到最低，严重超调；中间断料或者料尾同样有类似问题。而且同样的因为加香料泵远离现场，在生产过程中根据现场流量调整泵的转速频率会有一定时间的滞后。我们知道，在烟厂生产线控制中，加香加料的料头料尾控制一直是比较难的。烟丝流量稳定时PID回路控制是相对容易的，而在料头和料尾尤其是料尾阶段时，烟丝流量是非常不稳的，时而断，时而续，这时就要求控制香料流量的泵或者阀能够及时稳定的追踪。而本厂加香料由于是二楼香料厨房远控，一楼现场加香料管路上又没有能约束香料流量的调节阀门，导致所加香料在料头料尾或中间断料重新生产的时间段中时而猛上冲超调，时而一落为零。针对该情况，在本次改造中，作了两点改进一是把加香泵替换成较小功率的；二是在现场流量计后面加装一可调控制阀。
根据上述原因及特点，改造重点是放在现场的可调控制阀上，一是能够开闭迅速，即在加香阀打开开始加香瞬间控制阀能在闭合状态快速打开而不致使流量跟不上；二是能够反应灵敏，即在生产过程中根据烟丝流量快速调整阀门大小使香料实际流量与设定流量保持一致。
经过细致排比，我们首先排除了气动式阀门，气动式阀门虽然开闭非常快速，但在小开度时不易控制，很多气动薄膜阀在10-15%开度间有个临界值，小于该值液体无法通过，大于该值液体骤然上升，无法控制小流量。最后我们选择了德国舒伯特&萨泽公司的滑窗式电动控制阀。如下图。

图1
该型号阀门控制电源为24VDC，控制信号及反馈信号均为4-20mA，对应0-100%开度值。主要特点：
一、 密闭性高。采用面密封结构，不同于传统阀的线密封；图中可以看出，阀芯板为上下开闭，垂直于流体方向，压力越大，密闭性越高。
二、 高线性。阀芯板开孔非常规则，方便计算流量值，控制线形小于0.1%。
三、 量程可选范围大。与许多的气动薄膜阀不同，可提供很小的控制量程，在低流量下也可达到稳定的控制。
四、 高速度。在同类电动控制阀中领先，由执行机构的短行程特点决定阀门控制响应非常快。
五、 节省安装空间。由于能耗小，使得阀门驱动器尺寸小、重量轻，方便现场安装，对狭小空间更为适用。
另外，该阀还有磨损低，可承受阀前后压差大，适用温差-200至+530℃等特点。
下图为S22302型号阀门结构图。

图2
在改造过程中，经过调整阀门上下限和零点及100%开点后开始正式调试。加香预填充阶段、回料阶段、管路清洗阶段，控制阀门开度在90%；预填充结束后自动调整阀门开度至6%，此时加香喷嘴前的三通电磁阀门仍然打到循环回路位置，在电子秤有料信号产生延时结束进入生产状态时，三通阀门打到喷射滚筒位置，电动控制阀由6%迅速上升，流量计开始计量，但因为阀门是由小到大根据PID输出变化的，即使因为现场有高度差，香料流量也是无法大流量通过，产生超调现象，所以香料流量曲线比较平滑，实际值跟踪设定值也比较稳定；而在生产过程中间，烟料流量稳定，阀门输出处于PID微调，香料流量也随之稳定。在实际过程中，加香控制由香料厨房加香料泵与现场电动控制阀同时起作用，使得加香精度误差非常小，达到了预期效果。
下列四张图为改造前后加香设定与实际流量曲线图比较。（图3、4为改造前料头料尾，图5、6为改造后料头料尾）
我们从中可以看出，改造前加香的料头料尾阶段，超调现象非常明显，有一个很大的跳跃回落。而改造后，经过现场电动调节阀的平滑跟踪截流后，超调现象基本消失。

图3

图4

图5

图6
综上所述，在S22302型号的电动调节阀的有效控制下，料头料尾及过程控制中，加香设定和实际能很好的吻合，加香的精度也控制允许范围内。
适用范围推广建议：该类型的阀门在加水回路控制中应用也非常合适，一般加水是根据设定水份与滚筒入口水份差乘以烟料流量设定加水量，以出口水份作为补偿误差，以加水流量计实时流量作为反馈来调整阀门开度。在滚筒前后水份差别较小时，即加水量小而小开度控制阀门时比普通的气动薄膜阀能更精确地实现目的。由于烟料在滚筒内翻转充分调和，在出口能很容易达到使水份波动控制在很小范围内，实现加水精度的要求。而普通气动薄膜阀在小开度控制时，不容易达到纯线性的反馈效果，例如，8%开度可能无水通过，而PID输出继续调节加大阀门开度的话，到10%开度会使水流量突然上升到超出设定流量数倍，PID立刻回调，输出回到或小于8%后，水又无法通过，流量计流量降为0，如此来回，没有中间过程，波动异常大。如果改为小口径的阀门，又可能满足不了叶片叶丝大流量的要求。而电动阀门的线型控制反馈效果非常精确，无论大小开度都能保证水流的线型同步反馈。