烟叶分拣机安全防护改善

2023-11-20黄毅涛沈宇浩

科学技术创新 2023年25期

甘华，黄毅涛*，沈宇浩

（广西中烟工业有限责任公司，广西南宁）

引言

近年来，随着企业对设备安全要求的不断提高，如何有效保护操作人员的人身安全，是每个企业都需要面对的问题，遵循安全第一始终是企业的宗旨，提升设备的安全防护是必不可少的。烟叶分拣机具有烟叶摊薄、水平加速输送、烟叶和杂物识别、杂物剔除、允收物输送等功能，是用于烟叶内杂物分拣的专用设备。但是烟叶分拣机由于设计初期对安全防护考虑不完善，出现保养检修仓门打开无法停机的情况。通过对光学箱仓门和保养检修仓门加装打开检测信号，以及完善分拣机PLC 安全控制逻辑，实现烟叶分拣机安全防护改善。此文为一个烟叶分拣机安全防护改善简介，实现了对分拣机机操作人员人身的有效保护，以及降低因检修仓门打开对操作人员的损伤。

1 烟叶分拣机概况

1.1 烟叶分拣机简介

在烟叶的生产过程中，除去杂质一直是一项耗时且繁琐的任务。随着科技的不断进步，烟叶分拣机已经成为一种革命性的工具，用于改善烟草生产的效率和质量。光学识别检测在烟草生产中用于检测烟叶中的杂物[1]。这些系统结合了光学技术和图像处理算法，可以高速而准确地检测并排除杂质，从而提高烟草产品的质量[2]。

分拣光学识别的核心原理是利用光学射线的特性来探测和分类物体[3]。在烟叶分拣机中，将光学射线投射到经过传送带的烟叶上，然后通过反射和散射来检测叶片表面的特定特征。这项技术的关键之处在于其高精度和高速度的识别能力，使其成为烟叶处理过程中的理想选择[4]。

1.2 烟叶分拣机结构

烟叶分拣机有两个部分，分别为烟叶输送部分和光学分拣部分。烟叶输送部分由一个输送振槽、三条高速皮带、一条杂物输送皮带、一条合格烟叶输送皮带组成。光学分拣部分由两个光学箱、剔除气枪、冷却水供应装置和空压气吹扫系统组成。光学箱仓门位于光学箱通道侧面，见图1。保养维修仓门位于光学箱扫描区上方。

图1 光学箱仓门示意

1.3 烟叶分拣机工作原理

1.3.1 烟叶输送部分工作原理烟叶输送部分的工作原理是，由输送振槽将前端输送来的烟叶进行摊薄，摊薄后的烟叶进入高速皮带进行加速，三条高速皮带对烟叶两次加速后，使烟叶高速通过光学分拣部分的扫描区，通过扫描区后的烟叶以平抛运动的方式落入合格烟叶输送皮带，并输送到下一工序，如果被扫描区判定为杂物，则杂物被剔除气枪内的空压气喷吹，改变运动方向，落入杂物输送皮带，将其输送到杂物回收箱中。

1.3.2 光学分拣部分工作原理光学分拣部分的工作原理是，两个光学箱从箱内发出光学射线，并将光学射线投射到扫描区，光学箱通过识别反馈回来的光学来辨别扫描误物的性质，烟叶等物料经过扫描区，如果被判定为杂物，光学箱则启动剔除气枪剔除杂物。冷却水供应装置为两个光学箱提供冷却水。空压气吹扫系统为两个光学箱的光学通道空压气吹扫，保证光学通道无粉尘堆积。光学箱反馈识别原理见图2。

图2 学箱反馈识别原理

烟叶分拣机识别和分类各种类型的烟叶和杂质需要建立烟叶模型，建立烟叶模型收集大量的烟叶样本数据。采集的数据可能包括高分辨率的烟叶图像，每个图像都应该包含单独的烟叶和可能的杂质。建立烟叶模型的过程均在DSP 工控机上完成。在DSP 工控机上烟叶建模见图3。

图3 烟叶建模

1.4 烟叶分拣机操作流程

1.4.1 开机、系统初始化每次操作前，确认分拣机的光学箱仓门和保养检修仓门关闭，必须将冷却水供应装置的开关合上，保证冷却水一直处于供应状态。光学箱启动指示灯常亮后表明启动完成，将控制屏上的本地/远程钥匙开关旋转至远程状态，光学箱进入等待状态。

1.4.2 光学箱状态确认光学箱进入等待状态后，打开操作屏状态显示界面，进入反馈信号采集图，此时未有物料通过扫描区，从而反馈信号采集图应采集到的信号应在优良品区，如果反馈信号采集点有在不良品区，表明在此状态下扫描区内有异物，需要清理扫描区内的异物，直至采集信号全部在优良品区内。

1.4.3 线启动操作流程在控制柜上的操作面板将设备装置设置为远程自动状态，确保烟叶分拣机能够接收到线控设备的启动信号。烟叶分拣装置接到线控启动信号后，切换到牌号信息界面，确认线控下发的牌号信息与实际生产牌号信息一致。检查运行指示灯是否亮起。以上状态检查无异常后，可确认烟叶分拣机启动正常。

1.5 烟叶分拣机存在问题

目前制丝线的烟叶分拣机上光学箱仓门和保养检修仓门在打开状态下，烟叶除杂机的输送皮带仍然能够运转，并且无报警提示，当保养人员现意外坠落情况，设备仍在运转，从而对操作人员的人身安全有一定的安全隐患，如果生产过程中仓门打开，也会给产品质量带来一定的隐患。保养检修仓门在设备上的位置见图4。

图4 保养检修仓门位置

当烟叶分拣机工作时，光学箱仓门和保养检修仓门打开，有可能因为其他物体落入光学箱通道内，导致光学箱通道堵塞，从而烟叶分拣机不断启动剔除气枪，使大量烟叶被误剔至杂物输送皮带，容易造成杂物输送皮带堵塞的安全隐患，也对设备形成一定的损伤。

2 烟叶分拣机改善方案

2.1 选择仓门检测

（1）采用行程开关，具有精确控制电路的通断时间，并且包含闭合、断开两种信号状态，操作简单，安装方便。（2）采用光电开关，具有检测距离长，受检测物体的限制少。分辨率较高，可以作为高精度的位置检测。（3）

采用接近开关，具有防水、防震、耐腐蚀性，应用寿命长，抗干扰性强，频率响应快，性能稳定。

根据现场观察，发现烟叶分拣机内部粉尘较大，容易产生积尘，如果采用行程开关或光电开关作为仓门检测，容易造成行程开关内触点接触不良或者光电开关误检测，降低仓门开关信号的可靠性，因此采用接近开关作为仓门检测开关。

2.2 仓门检测信号接入方式

（1）采用接入皮带电机控制回路，该方式能够迅速切断皮带电机运行，防止仓门打开后有异物落入，造成设备与异物的碰撞。（2）采用接入光学箱控制回路，该方式能够立即切断光学箱的电源，防止光学射线的外溢，避免光学射线对人体的伤害。（3）采用接入安全继电器回路，此方式能够同时切断烟叶输送部分和光学分拣部分的电源，保护范围大。

综合各方面的因素，分析三个接入方式的利弊，决定采用接入安全继电器回路，既能保障设备的安全稳定运行，又能切实防止光学射线对人的伤害。

2.3 烟叶分拣机控制逻辑

由于加入了仓门检测开关信号，因此需要对控制逻辑进行调整，在初始化完成后加入判断，判断仓门是否关闭，如果没有关闭，一直在初始化完成状态等待，当仓门关闭后，再判断报警是否复位，如果没有复位，一直等待复位信号后才能进行下一步，当接收到复位信号后，分拣机启动光学箱，最后等待线控信号。新增控制逻辑见图5。

图5 新增控制逻辑

2.4 烟叶分拣机仓门打开报警方案

经与操作人员沟通交流，提出烟叶分拣机仓门打开报警的要求，一是能在操作画面上突出报警，同时具有报警记录，二是报警信息能通过声、光等形式进行凸显，有效提醒设备周边人员注意，三是在操作人员确认现场仓门关闭后，点击复位按钮消除报警信息才能启动烟叶分拣机。

3 烟叶分拣机改善实施

3.1 保养检修仓门检测安装

为了实现烟叶分拣机仓门打开停机的功能，需要在保养仓门增加闭合检测开关，利用接近开关的常开触点，接入安全继电器回路，同时接近开关的常闭触点接入声光报警回路。当仓门打开时，检测开关的常闭触点接通报警回路。

3.2 烟叶分拣机控制逻辑设计

当报警回路接通时，PLC 检测到报警信号，立即停止烟叶输送部分和光学分拣部分的工作。并且需要操作人员确保仓门关闭时，在触摸屏上复位报警后方能重新启动。

3.3 仓门打开声光报警安装

声光报警器安装于操作屏上方，仓门打开，报警回路接通，同时触发声光报警器工作，声光报警器发出分贝高的报警声，并且不断地闪烁着强光提醒操作人员，烟叶分拣机仓门已打开。确认仓门关闭，同时需要在操作屏上复位，报警后声光报警器才停止报警。

4 改善效果验证

4.1 逻辑控制验证

为了检验设计的烟叶分拣机控制逻辑是否正确，采用模拟实际生产的方式进行验证。

当仓门处于关闭状态，线控给烟叶分拣机启动信号时，烟叶分拣机能够正常启动，此时打开仓门，烟叶分拣机立即停止工作，声光报警器工作，发出报警。恢复仓门关闭，操作屏复位报警信息，烟叶分拣机重新启动。

当仓门处于打开状态，线控给烟叶分拣机启动信号时，烟叶分拣机无法启动，并且声光报警器工作，发出报警，验证结果符合设计要求。

4.2 生产联动验证

除了烟叶分拣机自身的逻辑控制验证外，还采取生产线联动验证，在烟叶分拣机生产情况下，人为打开仓门，观察烟叶分拣机的烟叶输送部分和光学分拣部分是否立即停止工作，前端的输送设备是否停止供料，验证结果为仓门打开后能够实现安全停机。

通过增加仓门检测开关，优化烟叶分拣机的控制系统，增加了仓门打开停机报警的控制逻辑，改进了仓门的安全防护措施。新增的安全逻辑控制，保障操作人员的人身安全和设备的安全运行，安装优化后的报警装置，在操作屏添加烟叶分拣机的状态信息，特别是仓门打开报警信息，为人员和设备提供全面的安全保护。完善烟叶分拣机安全操作指导书，为操作人员操作维护烟叶分拣机提供作业指导。