打叶复烤自动化精准配方投料设备的设计与应用

打叶复烤自动化精准配方投料设备的设
计与应用
2贵州烟叶复烤有限责任公司贵州贵阳550000
摘要: 烟草企业安全生产管理信息系统的设计与实现，可以大大降低安全隐患，提高烟草企业的管理质量。

本文对烟草企业的安全生产进行了全面的分析，进而探讨了烟草企业生产管理信息系统的设计与实现。

关键词：打叶复烤；自动化；精准投料；均质化
引言
大数据技术与烟草动力设备的全面融合，动力设备自动化水平逐步提高，推动了烟草行业发展新常态，也推动了烟草设备的智能化控制和管理，为整体生产效率的提升奠定了基础。

1系统设计
1.
a.
系统组成
设备主体分为两个部分，投料控制单元和自动化进料装置。

投料控制单元是设备控制中枢，负责对自动投料设备下达工作指令以及收集反馈信息；自动化进料装置负责执行投料指令，实现配方烟叶自动投料，均匀混配。

1.2粉料自动投料装置组成
设计采用行业先进的３Ｄ视觉扫描成像技术，引导工业机器人智能、自主地定位抓取料袋，配合拆包机、输送机、废袋收集桶等单元设备完成自动投料作业
任务。

粉料自动投料装置由拆垛模块、小型拆包机、输送模块、废袋收集模块、
安全防护模块及自动控制模块等组成。

1.3投料控制单元
投料控制单元主要由控制中心、控制平台、称重器、通信器组成，图1为该
单元的结构示意图。

通信器接收到投料信息后，将其发送至控制中心，控制中心
根据投料信息、投料工位数计算投料轮次，并依据投料种类和投料轮次对各工位
对应的控制平台下达具体投料指令，称重器对各工位的投料进行称重，并将重量
信息实时反馈至控制平台，同时将流量信息发送至显示器，视频监控设备实时显
示投料情况。

在实时检测、调控中，实现配方投料的在线设计、自动投料的精准
执行、投料精度的在线反馈，减少投料失误。

1.43Ｄ视觉识别系统
利用结构光三维成像原理，３Ｄ视觉识别系统可快速对料袋进行三维扫描定位，获取料袋的３Ｄ空间位置数据。

它由３Ｄ相机、３Ｄ控制器、显示器、键盘、鼠标等组成，３Ｄ相机安装于机器人末端，引导机器人准确定位并抓取料袋。

1.5硬件设计
系统使用的电流为220V，经过MP175电源转换单元将电压降为6V左右，然
后给LED恒流驱动单元和光电模块进行供电，STM32单片机、迪文屏和openMV模
块需要保证用电的安全性，因此，其都采用隔离电源；整个控制系统的核心是STM32单片机，其内部带有高级定时器和多路串口通信接口，并且可以产生高精
度的伺服电机，可与迪文屏和openMV进行通信；而且在连接上都加入了光耦隔
离芯片，可以防止干扰信号造成的四级与损毁。

1.6设备工作模式的实现
为实现多等级配方投料，此自动化精准配方投料设备设置为并联单元，假定
使用6台投料设备，在并联结构下，物料走向逆向排序分别为6、5、4、3、2、1，各模块原烟经各自动化进料装置进行自动投料，通过定量喂料，连续均匀地落入
汇总皮带处，如图2汇总皮带7。

设备运行后，1号投料设备布料至汇总皮带，
物料经汇总皮带运送至2号投料设备下方时，2号投料设备开始布料，直至6号
投料设备布料开始，在并联结构下，最终汇总皮带输出截面为6台投料设备所投
物料的完整组合，实现层铺式输出。

该设备能消除人工投料不确定因素的影响，
实现自动化精准投料，且物料的层铺式输出使各等级烟叶在投料阶段就能完成初
次预混，混配均匀度高，可有效提升配方打叶的精准度和混配的均匀性。

设备机
械手通过模拟人工，对烟框内不同方向、不同位置的烟叶进行抓取作业，使烟框
内烟叶在抓取作业时得到松散，达到框内烟叶初混的效果，与翻箱喂料等其它自
动化投料生产手段相比，投料颗粒度极大地减小，在提升投料自动化水平的基础
上保证了投料的颗粒度，更有利于烟叶均匀混配。

2应用效果
2.1应用效果
（1）系统运行稳定，避免了由于电液推杆故障造成的无法加料或滑料的现象，保障自动化冶炼及生产的需要；（2）闸门关闭紧密，避免了由于闸门开关
不到位而出现的扬尘、冒烟、冒火等安全、环保事件的发生。

2.2大数据分析流程
首先，在数据抽取阶段获取合同主题表、合同制程表、合同各工序工艺参数表、公共参数表、全流程工序主题表等，抓取多年的合同信息、质量设计信息、
物料实际生产信息的数据。

其次，针对获取的海量数据，通过数据评估判断对异
常数据清洗，评估异常数据；除了异常值处理外，还要进一步完成数据清洗，包
括空值处理、数据合并、数据白化等；接着，需要完成数据探索性分析，进行数
据降维等，即对获取的有效数据，利用描述性统计分析等方法，挖掘数据的类型、统计特征和分布等情况。

第三是特征工程，即利用机器学习分析对成材率影响的
重要因素，保证模型效果，减小模型复杂度，提高模型精准度。

通过决策树和xgboost算法完成的特征重要性排序，从中剔除不重要因子，找到影响投料系数
的关键值。

第四，在采用决策树训练模型过程中，通过程序设置合理的剪枝参数，并提取规则形成推荐投料系数表。

最后，监控当前各机组标准投料系数应用实绩，并从投料量、合同欠量等维度展示当前投料系数应用情况；按工序分机组进行对
比展示，并基于判异规则对投料系数异常进行提醒，定时或人工触发推荐方案更新；在线增加自学习功能，对大数据分析获得的投料系数进行在线动态调整，完
善智能控制模型。

2.3考核评价系统设计
烟草企业还应建设考核评价系统。

传统的考核评价一般由人工来完成，过程
过于繁杂，效率低下。

为了促进烟草安全生产的落实，在系统中加装安全生产考
核系统是十分必要的。

考核系统设计过程中，设计人员应当依据相关法律法规与
生产安全细则对系统进行合理的设计，还应当加装责任分析系统，明确各生产环
节各部门所应当肩负起的安全生产责任，根据责任的划分自动对各部门进行评价，确保评价的客观性与公正性。

在管理系统中加入考核评价系统既能够使烟草企业
进行自查，同时也方便上级领导的巡查，提高了烟草企业对安全生产工作的重视
程度，保障了烟草生产的安全性。

3结论
结果表明，精密自动化配方进料设备运行良好，能够根据设计流程完成进料
任务，进料流程在1.5%小时内波动，流动稳定，受外部环境和精密自动化配方进
料设备通过配方烟叶层进料实现原料预制备，混合均匀误差约为0.2%，手动进料
不确定，混合均匀误差为精密自动化配方进料设备烹饪后卷烟和碱的CV值比手工进料低0.68%，对叶片再生均匀化过程有很大贡献；以天昌餐饮厂的生产线为例，自动化精密进料设备全面投入使用后，将大幅提高图纸恢复的机械化和自动化水平，减少每天200名工人的使用，每年节省200万元的成本。

结束语
综上所述，随着大数据技术的熟练应用，烟草企业动力设备逐渐向自动化和智能化方向发展，进一步提升了烟草企业的生产效率，促进其现代化管理水平。

要结合动力设备自动化控制系统运行故障问题，采取精准化的解决策略，保障动力设备自动化控制系统的可靠性运行，强化人员自动化控制能力，保障烟草企业综合实力的提升，为其长远发展奠定基础。

参考文献
[1]林强.卷烟厂RFID信息管理系统[J].自动化博览,2020(03):74-75.
[2]胥强.烟草行业工业网络安全解决方案[J].自动化博览,2019(12):78-80.
[3]熊竹.烟草设备自动化系统常见问题及解决措施[J].中国设备
工,2019(22):169-170.
[4]池明,金轲,赵安民.自动化控制技术在恩施烟草行业的应用前景探讨[J].现代制造技术与装备,2019(11):176-177.
[5]朱玉波,蔡小尧,倪敏.烟草种植移栽自动化应用分析[J].粮食科技与经济,2019,44(01):103-105.。