引言卷接机组集中工艺风力供给技术已在我国大部分卷烟厂中应用。随着卷烟厂卷接设备的不断更新，其控制技术也在不断更新与完善，对集中工艺风力系统的稳定性及可靠性要求越来越高[1-2]。卷烟压力处于合适的范围且具有相对的稳定性是确保烟支质量的必要前提。吴文韬[3]提出，将卷烟机除尘支管上的手动风压平衡器升级为自动风压平衡器，并在每台接嘴机除尘支管上安装1个气动平衡阀，通过设置和检测压力值，可自动调控风压平衡器和气动平衡阀到相应位置，使除尘系统风力更加稳定。目前，卷烟机工艺风力风压平衡的主流方法是在卷烟机VE支管上安装压力传感器，由压力传感器、电动风压平衡器和机台I/O箱构成一个PI闭环控制回路。电动风压平衡器在阀体内形成一个密闭的空腔，移动导向杆可以带动导流体流动，通过控制导流体进风端与进风导流椎体的开度控制风压[4]。电动风压平衡器只是一个执行机构，不能独立完成平衡控制任务，需要通过多线制方式与I/O箱进行连接，从而完成风压平衡自动控制任务。多瓣调节阀智能控制装置自带一个触控一体控制器，触控一体机包含触摸屏、可编程逻辑控制器(PLC)、通信模块、电源及控制电器等，具有完全独立的控制功能，可根据设定压力调控多瓣阀开度，从而实现目标支管风压自动平衡与自动控制任务。因为不需要外部控制箱、网络等部件参与本地控制任务，多瓣调节阀智能控制装置具有响应速度快、可靠性高、控制性能更好的优点，并且通过触摸屏可以监测管道的实时压力、多瓣调节阀状态、卷接机组信号等参数，方便进行风压平衡设备的调试和维保。1多瓣调节阀简介1.1多瓣调节阀结构多瓣调节阀智能控制装置结构如图1所示。图1多瓣调节阀智能控制装置结构10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.030.F1a110.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.030.F1a2多瓣调节阀智能控制装置主要由多瓣调节阀和触控一体机组成。多瓣调节阀包含阀体与调节机构。阀体包括芯体、阀板，阀板包括以管道中心为圆心的多块阀瓣；调节机构包括驱动盘、驱动件。在驱动盘顺、逆时针转动下，多块阀瓣同步向流体通道的中心逐步收紧运动并将流体通道闭合或自流体通道的中心同步向流体通道逐步向外展开运动并将流体通道打开[5]。1.2多瓣调节阀工作原理多瓣调节阀智能控制装置设置多块同步运动的阀瓣，各阀瓣互为导向（联动）。多瓣调节阀接收智能控制装置给出的指令信号（4~20 mA控制电信号）与反馈信号，经触控一体机内部控制器处理后得到阀位偏差信号，并通过内部控制算法对偏差进行处理，输出相应的控制压力信号以调整工艺风力。多瓣调节阀的阀门在开、关时阀板垂直于管道，并且呈现多边形设计，克服了蝶阀在前段行程中无法控制流量的情况，可控范围在10%~80%，可调比大[5]。阀瓣打开时，以流体通道为中心向外周展开，流体经过阀瓣节流后在后面区域形成对称的紊流区域，配合文丘里结构的导流管，实现流体压力及流量的精密控制，从而达到节能的效果。此外，阀瓣运动过程中能够将阀瓣表面附着物刮除，实现自清洁。1.3多瓣调节阀的压力调控特性阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质参数（温度、压力和流量）的管路附件。多瓣调节阀的阀瓣打开时，阀瓣运动产生的位移变化l与阀体流通截面积S的关系如下：S≈πl2 (1)式中：S——多瓣调节阀的截面积，cm2；l——阀门径向运动行程，cm。电动风压平衡器的风阀在一定范围内变化，从而调节风压而不是改变风量[6]。基于经验法的风压平衡控制，电动风压平衡器与系统管道相连且全开时，系统最少存在600~800 Pa的初始阻力，导致工艺风力支管上的压力调节范围变小。多瓣调节阀与管道相连时，阀门面积与管道截面的面积几乎相等，多瓣阀全开时初始阻力小于50 Pa。为了保证卷烟机组风力系统提供的工艺风力具有相对的稳定性，卷烟厂多品牌卷烟机组要求工艺风力的压力有较宽的调节范围，与电动风压平衡器相比，多瓣调节阀智能控制装置终端得到的压力更高，说明多瓣阀调控装置的压力调节范围更广、调节能力更强，更加节能。2多瓣调节阀智能控制装置设计2.1工作原理多瓣调节阀智能控制装置中控制器的主程序主要完成一些内部模块和寄存器的设置、存储器资源配置、A/D转换及存储功能。操作人员通过触摸屏给出指令信号与反馈信号，经触控一体机内S7-200 A/D转换处理，得到阀位偏差信号，通过S7-200内部运算后得出风压、风速值。将风速、开度设定值与其实际值进行对比，通过控制阀门开度实现阀门的开、闭控制，反馈风速信号经智能控制装置内部控制算法处理，输出对应的控制压力信号以调整相应的工艺风力。2.2智能控制装置的硬件设计2.2.1硬件组成智能控制装置硬件组成结构如图2所示。触控一体机是智能控制系统的核心，智能控制装置由触摸屏、通信模块、PLC、压力传感器和阀门执行器等组成。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.030.F002图2智能控制装置硬件组成结构2.2.2I/O分配表在多瓣调节阀结构设计的基础上，开展智能控制装置的设计。该装置支持以太网TCP/IP协议、PROFIBUS-DP方式与PLC通信。选用S7-200作为主控PLC，具体分配了输入/输出（I/O）信号。主控PLC包含16个输入点和16个输出点，主要接入卷烟机风机信号、风室门信号、烙铁信号、压力传感器等。智能控制装置系统I/O分配如图3所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.030.F003图3智能控制装置系统I/O分配2.2.3控制原理多瓣调节阀智能控制装置通过触控一体机直接控制多瓣调节阀。利用触控一体机（控制器）、多瓣调节阀、目标支管道压力传感器及风机构成闭环控制系统，控制器将系统风压的实时值与设定值进行比较，根据偏差值调控多瓣调节阀开度，从而实现目标支管风压自动平衡与自动控制任务，通过触摸屏对目标支管风速、压力、开度等数据进行实时监测。智能控制装置控制原理如图4所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.030.F004图4智能控制装置控制原理2.3智能控制装置的软件设计2.3.1HMI界面设计在PLC完成硬件组态和I/O地址定义及创建数据块的基础上，定义变量、通道和节点参数（指定地址），与PLC控制器之间建立网络连接，使触摸屏可以访问S7-200的各种资源，实现整个智能控制装置的数据交换。为了保障集中工艺风力系统安全运行，系统设置用户登录窗口，涉及多瓣调节阀控制方式及风速、开度等参数设定操作，为不同操作人员分别建立用户账号和口令，以限制非法用户的使用。在运行过程中，一旦出现故障，系统会自动发出报警提示。工艺风力平衡控制系统HMI界面如图5所示。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.030.F005图5工艺风力平衡控制系统HMI界面2.3.2PLC程序设计开度控制程序的主要功能是检测实时开度是否在开度设定值的范围内。如果实时开度值小于开度设定值，在开启阀门的同时关闭阀门指令锁定（清零）；如果实时开度值大于开度设定值，在关闭阀门的同时阀门开启指令锁定。3智能控制策略与应用效果3.1控制策略智能控制装置具有多模式智能切换功能，能够实现远程监控、本地自动控制、位式控制+连续控制混合控制模式等。装置还具有故障诊断功能，实现故障检测、故障判断、故障自动处理等。控制程序具有自动/手动切换功能。系统中设备数量较多，单台设备控制故障停机将造成极大的经济损失。在系统运行过程中，程序不断扫描操作命令，允许运行中的设备由手动切换到自动或由自动切换到手动。如果系统选择手动控制，PLC只对系统状态进行监视。控制程序具有手动写入开度、风速等设定值功能。在卷烟工艺风力系统中，相邻机组工作回路状态变化会引起系统风量波动及管道阻力变化，从而引起卷烟机支管工艺风力的压力波动，应对风压进行控制，克服生产过程中的各种扰动，为卷烟机组提供稳定的工艺风力，保证卷烟质量。3.2应用效果在湖南某厂的卷烟机工艺风力支管上安装多瓣调节阀智能控制装置进行应用效果测试，实际运行的压力历史曲线如图6所示。智能控制装置不依赖于除尘中央控制系统的网络，通电后即可独立运行，卷烟机卷烟过程卷烟除尘支管的卷烟工艺风力风压波动在±1.5%以内。10.3969/j.issn.1004-7948.2024.01.030.F006图6实际运行压力历史曲线4结语多瓣调节阀智能控制装置能独立工作，兼顾了与集中工艺风力除尘中央控制器的网络通信，具备工艺风力风压检测、风压自动平衡、多模式智能切换、故障诊断与智能控制等功能。安装多瓣调节阀智能控制装置将卷烟除尘支管的卷烟工艺风力风压波动控制在±1.5%以内。