CN104172457A - 烟叶丝干燥机控制系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟叶丝干燥机控制系统，包括烟叶丝蒸汽加热筒、排潮设备、可编程程序控制器、执行电路、排潮风量气动薄膜网、筒壁蒸汽压力控制阀和变频风机，可编程程序控制器与执行电路电连接，执行电路分别与排潮风量气动薄膜网、筒壁蒸汽压力控制阀和变频风机电连接；烟叶丝蒸汽加热筒外部设有若干个温度探测器，烟叶丝蒸汽加热筒上具有烟叶丝入料口和烟叶丝出料口，在烟叶丝入料口处设有电子秤和红外水分仪A，在烟叶丝出料口处设有红外水分仪B。采用本发明系统和方法，可以根据原料的加工特性选择干燥去湿控制模式，提高了卷烟加工的柔性化和精细化，为后道工序提供物理质量较好、化学成分、感官质量较为稳定的烟丝。

Description

烟叶丝干燥机控制系统及其方法

技术领域

本发明涉及烟草行业烟叶丝制作方法，尤其涉及一种烟叶丝干燥机控制系统及其方法。

背景技术

烟叶丝干燥装置是卷烟生产中的重要设备之一，是决定卷烟内在质量的关键性设备。目前国内烟草行业制丝生产工艺中，滚筒式叶丝干燥机是最为常用的烟叶丝干燥设备，其工作原理是采用传导和对流的联合干燥法对烟叶丝进行干燥去湿，以传导加热为主，对流加热为辅，热源是水蒸气。加热水蒸气通过叶丝干燥机供汽系统进入筒体内的加热壁和加热片，将热量传递到加热壁和加热片上。烟叶丝由振动输送机喂入连续转动着的干燥机筒体内，筒内加热壁和加热片直接与烟叶丝接触，将热量以传导的方式传递给湿烟叶丝。与此同时，热空气从出料端与烟叶丝逆流、或从进料端与烟叶丝顺流进入筒内。热空气直接与烟叶丝接触，把热量以对流方式传给烟叶丝，以加强烟叶丝水分的汽化。烟叶丝从加热壁、加热片和热空气中吸收热量后，温度升高，水分在烟叶丝表面汽化，扩散至热气流中，热气流吸收水汽变成热湿空气，由烘丝机进料口底部的抽气排杂装置排出。烟叶丝在加热壁、加热片和热空气的作用下，随倾斜布置的筒体的转动而不断翻动，由烘丝机高端逐步下滑至出料端卸出。其控制原理是：系统根据烟叶丝来料流量、水分及设定的目标水分，经过计算得出烘丝机的去湿量，系统给定初始的筒壁温度和工艺热风温度、热风流量，最终通过干燥机出口水分检测值和筒壁温度构成闭环控制；系统在实现干燥去湿过程中，工艺热风温度、流量以及排汽量恒定不变，通过比例微积分调节运算，自动调节筒壁入口蒸汽流量来自动调节筒壁温度，以实现出口目标水分的自动控制。

传统的单回路控制方法由于只调节筒壁温度，当来料烟叶丝流量、水分波动较大时，必然引起筒壁温度的较大波动。筒壁温度过高时会导致烟叶丝抗破碎性能的下降，筒壁温度过低时，烟叶丝松散性差，填充值明显下降；同时，烟草加工行业通过研究发现，不同品种、不同产区、不同等级的的烟叶原料加工特性是不同的，在进料水分与出料水分相同的条件下，不同的筒壁温度、热风温度(或热风风量)、排汽量组合加工出的成品烟叶丝，内在质量有较大差异，并且原料内在质量变化的趋势也不相同，传统控制方式不能够根据原料加工特性选择控制模式。

发明内容

针对现有技术存在的不足之处，本发明的目的在于提供一种烟叶丝干燥机控制系统及其方法，利用滚筒式烟叶丝干燥机对烟叶丝进行干燥去湿时针对加工特性不同的烟叶丝来料，采用不同的筒壁温度、热风温度(或热风风量)、排汽量组合加工的控制模式；并且即使烟叶丝来料流量和水分波动较大，也能充分发挥原料的潜质，获得良好内、外在质量的烟丝。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种烟叶丝干燥机控制系统，包括烟叶丝蒸汽加热筒、排潮设备、可编程程序控制器、执行电路、排潮风量气动薄膜网、筒壁蒸汽压力控制阀和变频风机，所述可编程程序控制器与执行电路电连接，执行电路分别与排潮风量气动薄膜网、筒壁蒸汽压力控制阀和变频风机电连接；所述筒壁蒸汽压力控制阀用于对烟叶丝蒸汽加热筒外部水蒸汽加热源的调节，所述变频风机的出口与烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔相连通，所述排潮风量气动薄膜网设置于排潮设备上，排潮设备用于对烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔排湿处理，排潮风量气动薄膜网用于调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔排湿量；所述烟叶丝蒸汽加热筒外部设有若干个温度探测器，烟叶丝蒸汽加热筒上具有烟叶丝入料口和烟叶丝出料口，在烟叶丝入料口处设有电子秤和红外水分仪A，在烟叶丝出料口处设有红外水分仪B；所述执行电路包括有PID去湿量计算器。

为了更好地实现本烟叶丝干燥机控制系统，所述可编程程序控制器电通信连接有触摸式工业图形显示器。

一种烟叶丝干燥机控制方法，本烟叶丝干燥机控制其方法采用可变三级控制模式，操作人员可以根据来料的加工特性预设一级、二级、三级控制指标，实现干燥烟丝时的筒壁温度、热风温度(或热风风量)、排汽量变化的顺序调整。

具体控制模式为：根据来料的加工特性，系统设定筒壁温度、热风温度(或热风风量)、排汽量分别为一级、二级、三级控制指标，设置各级指标的上下限分别为F1、F2，S1、S2，T1、T2，根据来料的加工特性人工设置二级、三级指标初始值S0、T0，通过烟丝流量、水分及干燥机出口目标水分的运算，给定三级指标初始值F0，在正常干燥过程中，当干燥机出口水分变化时，系统二级、三级控制指标保持恒定不变，通过比例微积分运算自动调节一级控制指标，与烘丝机出口水分检测构成一个闭环控制回路，实现出口目标水分的自动控制；而当来料烟丝流量、水分波动较大造成在F1、F2之间调节一级控制指标F不能达到要求时，系统将F固定在F1或F2位置上，自动调节二级控制指标S，形成烘丝机出口水分检测和二级控制指标的另一闭环控制回路；当一级、二级控制指标F、S均调节到上限或下限仍不能达到目标水分时，系统将一级、二级控制指标F、S均固定在上限或下限，自动调节三级控制指标T，形成烘丝机出口水分检测和三级控制指标T的另一闭环控制回路，从而实现出口目标水分的自动控制。

采用上述控制模式，可以根据原料的加工特性选择干燥去湿控制模式，进一步提高卷烟加工的柔性化和精细化，为后道工序提供物理质量较好、化学成分、感官质量较为稳定的烟丝。

根据本烟叶丝干燥机控制方法的一个具体实施方式，其控制方法步骤如下：

a、检测烟叶来料

通过烟叶丝干燥机控制系统的电子秤检测、计算出烟叶来料的流量值。通过红外水分仪A检测、计算出烟叶来料的水分值；

b、烟叶丝干燥加热指标设定

PID去湿量计算器设定出烟叶丝出料的目标水分值，PID去湿量计算器将出烟叶来料的流量值、水分值及其烟叶丝出料的目标水分值传输至执行电路，执行电路设定一级指标F、二级指标S和三级指标T；所述一级指标F为筒壁温度指标，一级指标F具有上限温度值F1和下限温度值F2；所述二级指标S为热风温度指标，二级指标S具有上限热风温度值S1和下限热风温度值S2；所述三级指标T为排汽指标，三级指标T具有上限排汽量T1和下限排汽量T2；

c、控制信号传输

所述执行电路将一级指标F传输给位于烟叶丝蒸汽加热筒外部的筒壁蒸汽压力控制阀，筒壁蒸汽压力控制阀控制筒壁外部的水蒸汽输送量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒壁温度；

所述执行电路将二级指标S传输给变频风机，二级指标S调节变频风机送入烟叶丝蒸汽加热筒内的热风量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内热风温度；

所述执行电路将三级指标T传输给排潮风量气动薄膜网，通过排潮风量气动薄膜网调节烟叶丝蒸汽加热筒内的排湿量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内湿度；

d、一级指标F判断与控制

烟叶丝蒸汽加热筒外部检测出的初始筒壁温度值F0，一级指标F＝F0，然后进行一级指标F的上下限值范围判断，当其初始筒壁温度值在F2<F<F1范围内，则固定二级指标S和三级指标T，调节一级指标F，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环；当其初始筒壁温度值在F2<F<F1范围之外时，固定F＝F1或者F2，然后进入二级指标S判断与控制；

e、二级指标S判断与控制

烟叶丝蒸汽加热筒外部检测出的初始筒内热风温度S0，二级指标S＝S0，然后进行二级指标S的上下限值范围判断，当其初始筒壁温度值在S2<S<S1范围内，则固定三级指标T，调节二级指标S，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环；当其初始筒壁温度值在S2<S<S1范围之外时，固定S＝S1或者S2，然后进入三级指标T调节；

f、三级指标T调节

调节三级指标T的初始排湿量T0至T2<T<T1范围内，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环。

本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

采用本发明系统和方法，可以根据原料的加工特性选择干燥去湿控制模式，提高了卷烟加工的柔性化和精细化，为后道工序提供物理质量较好、化学成分、感官质量较为稳定的烟丝。

附图说明

图1为本烟叶丝干燥机控制系统的结构示意图；

图2为本烟叶丝干燥机控制方法的一种流程示意图；

图3为本烟叶丝干燥机控制方法的另一种流程示意图。

其中，附图中的附图标记所对应的名称为：

1－可编程程序控制器，2－触摸式工业图形显示器，3－执行电路，4－排潮风量气动薄膜网，5－筒壁蒸汽压力控制阀，6－变频风机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明：

实施例

如图1～图3所示，一种烟叶丝干燥机控制系统，包括烟叶丝蒸汽加热筒、排潮设备、可编程程序控制器1、执行电路3、排潮风量气动薄膜网4、筒壁蒸汽压力控制阀5和变频风机6，可编程程序控制器1采用西门子S7-300型可编程序控制器，其中可编程程序控制器1设置有人机界面作为控制单元，可编程程序控制器1与执行电路3电连接，执行电路3分别与排潮风量气动薄膜网4、筒壁蒸汽压力控制阀5和变频风机6电连接。筒壁蒸汽压力控制阀5用于对烟叶丝蒸汽加热筒外部水蒸汽加热源的调节，变频风机6的出口与烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔相连通，排潮风量气动薄膜网4设置于排潮设备上，排潮设备用于对烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔排湿处理，排潮风量气动薄膜网4用于调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔排湿量。烟叶丝蒸汽加热筒外部设有若干个温度探测器，烟叶丝蒸汽加热筒上具有烟叶丝入料口和烟叶丝出料口，在烟叶丝入料口处设有电子秤和红外水分仪A，在烟叶丝出料口处设有红外水分仪B；执行电路3包括有PID去湿量计算器。

可编程程序控制器1电通信连接有触摸式工业图形显示器2。

一种烟叶丝干燥机控制方法，其控制步骤如下：

a、检测烟叶来料

通过烟叶丝干燥机控制系统的电子秤检测、计算出烟叶来料的流量值。通过红外水分仪A检测、计算出烟叶来料的水分值；

b、烟叶丝干燥加热指标设定

PID去湿量计算器设定出烟叶丝出料的目标水分值，PID去湿量计算器将出烟叶来料的流量值、水分值及其烟叶丝出料的目标水分值传输至执行电路3，执行电路3设定一级指标F、二级指标S和三级指标T；一级指标F为筒壁温度指标，一级指标F具有上限温度值F1和下限温度值F2；二级指标S为热风温度指标，二级指标S具有上限热风温度值S1和下限热风温度值S2；三级指标T为排汽指标，三级指标T具有上限排汽量T1和下限排汽量T2；

c、控制信号传输

执行电路3将一级指标F传输给位于烟叶丝蒸汽加热筒外部的筒壁蒸汽压力控制阀5，筒壁蒸汽压力控制阀5控制筒壁外部的水蒸汽输送量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒壁温度；

执行电路3将二级指标S传输给变频风机6，二级指标S调节变频风机6送入烟叶丝蒸汽加热筒内的热风量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内热风温度；

执行电路3将三级指标T传输给排潮风量气动薄膜网4，通过排潮风量气动薄膜网4调节烟叶丝蒸汽加热筒内的排湿量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内湿度；

d、一级指标F判断与控制

烟叶丝蒸汽加热筒外部检测出的初始筒壁温度值F0，一级指标F＝F0，然后进行一级指标F的上下限值范围判断，当其初始筒壁温度值在F2<F<F1范围内，则固定二级指标S和三级指标T，调节一级指标F，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环；当其初始筒壁温度值在F2<F<F1范围之外时，固定F＝F1或者F2，然后进入二级指标S判断与控制；

e、二级指标S判断与控制

烟叶丝蒸汽加热筒外部检测出的初始筒内热风温度S0，二级指标S＝S0，然后进行二级指标S的上下限值范围判断，当其初始筒壁温度值在S2<S<S1范围内，则固定三级指标T，调节二级指标S，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环；当其初始筒壁温度值在S2<S<S1范围之外时，固定S＝S1或者S2，然后进入三级指标T调节；

f、三级指标T调节

调节三级指标T的初始排湿量T0至T2<T<T1范围内，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环。

根据本烟叶丝干燥机控制方法的第一个实施例

本烟叶丝干燥机控制系统的可编程程序控制器1采用西门子S7-300型可编程序控制器，其中可编程程序控制器1设置有人机界面作为控制单元，烟叶丝来料的加工特性为：排潮风量变化影响感官质量最大，热风温度变化影响感官质量次之，筒壁温度影响最小。本实施例选用烟叶丝来料的流量为3000kg/h，水分为18.0％，其设定的目标水分为13.0％。在人机界面选择排潮风量T作为三级控制指标,初始值T0＝40％；选择热风温度S作为二级控制指标，上限S1＝125℃，下限S2＝105℃,初始值S0＝110℃；选择筒壁温度F作为一级控制指标，上限F1＝150℃，下限F2＝130℃。烟叶丝干燥机控制系统经初始化后，根据来料烟丝流量、水分及干燥机出口目标水分,给定初始筒壁温度F0。在正常的干燥过程中，当烘丝机出口水分变化时，系统排潮风量、热风温度恒定不变，通过比例微积分运算，自动调节筒壁蒸汽压力控制阀调整筒壁温度，与干燥机出口水分检测构成一个闭环控制回路，实现出口目标水分的自动控制；当来料烟丝流量、水分波动较大造成在F1和F2之间调节筒壁温度不能达到要求时，系统将筒壁温度F固定在F1或F2位置上，而自动调节热风温度S，与烘丝机出口水分检测构成另一个闭环控制回路。当通过调节热风温度S在S1、S2之间仍不能达到要求时，系统固定F、S均为上限或下限，最后调节排潮风量，与烘丝机出口水分检测构成另一个闭环控制回路，以实现出口目标水分的自动控制。本实施例选用的烟叶丝通过上述干燥机控制方法得到的成品烟叶丝的水分平均值为13.10％，标准偏差0.13％，完全达到了烟叶丝干燥要求。在生产实际中，一般通过一、二级指标的调整即可满足加工要求。

根据本烟叶丝干燥机控制方法的第二个实施例

系本烟叶丝干燥机控制系统的可编程程序控制器1采用西门子S7-300型可编程序控制器，其中可编程程序控制器1设置有人机界面作为控制单元，烟叶丝来料的加工特性为：排潮风量变化影响感官质量最大，热风温度变化影响感官质量次之，筒壁温度影响最小。本实施例选用烟叶丝来料的流量为3000kg/h，水分为20.0％，其设定的目标水分为13.0％。在人机界面选择筒壁温度T作为三级控制指标,初始值T0＝150℃；选择热风温度S作为二级控制指标，上限S1＝125℃，下限S2＝105℃,初始值S0＝110℃；选择排潮风量F作为一级控制指标，上限F1＝60％，下限F2＝30％，系统经初始化后，根据来料烟丝流量、水分及干燥机出口目标水分,给定初始排潮风量F0。在正常的干燥过程中，当烘丝机出口水分变化时，系统筒壁温度、热风温度恒定不变，通过比例微积分运算，自动调节排潮风量气动薄膜阀调节排潮风量，与干燥机出口水分检测构成一个闭环控制回路，实现出口目标水分的自动控制；当来料烟丝流量、水分波动较大造成在F1和F2之间调节排潮风量不能达到要求时，系统将排潮风量F固定在F1或F2位置上，而自动调节热风温度S，与烘丝机出口水分检测构成另一个闭环控制回路；当通过调节热风温度S在S1、S2之间仍不能达到要求时，系统固定F、S均为上限或下限，最后调节筒壁温度，与烘丝机出口水分检测构成另一个闭环控制回路，以实现出口目标水分的自动控制。本实施例选用的烟叶丝通过上述干燥机控制方法得到的成品烟叶丝的水分平均值为12.95％，标准偏差0.15％，完全达到了烟叶丝干燥要求。在生产实际中，一般通过一、二级指标的调整即可满足加工要求。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种烟叶丝干燥机控制系统，包括烟叶丝蒸汽加热筒和排潮设备，其特征在于：还包括可编程程序控制器(1)、执行电路(3)、排潮风量气动薄膜网(4)、筒壁蒸汽压力控制阀(5)和变频风机(6)，所述可编程程序控制器(1)与执行电路(3)电连接，执行电路(3)分别与排潮风量气动薄膜网(4)、筒壁蒸汽压力控制阀(5)和变频风机(6)电连接；所述筒壁蒸汽压力控制阀(5)用于对烟叶丝蒸汽加热筒外部水蒸汽加热源的调节，所述变频风机(6)的出口与烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔相连通，所述排潮风量气动薄膜网(4)设置于排潮设备上，排潮设备用于对烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔排湿处理，排潮风量气动薄膜网(4)用于调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内腔排湿量；所述烟叶丝蒸汽加热筒外部设有若干个温度探测器，烟叶丝蒸汽加热筒上具有烟叶丝入料口和烟叶丝出料口，在烟叶丝入料口处设有电子秤和红外水分仪A，在烟叶丝出料口处设有红外水分仪B；所述执行电路(3)包括有PID去湿量计算器。

2.按照权利要求1所述的烟叶丝干燥机控制系统，其特征在于：所述可编程程序控制器(1)电通信连接有触摸式工业图形显示器(2)。

3.一种烟叶丝干燥机控制方法，其特征在于：其控制步骤如下：

a、检测烟叶来料

通过烟叶丝干燥机控制系统的电子秤检测、计算出烟叶来料的流量值。通过红外水分仪A检测、计算出烟叶来料的水分值；

b、烟叶丝干燥加热指标设定

PID去湿量计算器设定出烟叶丝出料的目标水分值，PID去湿量计算器将出烟叶来料的流量值、水分值及其烟叶丝出料的目标水分值传输至执行电路(3)，执行电路(3)设定一级指标F、二级指标S和三级指标T；所述一级指标F为筒壁温度指标，一级指标F具有上限温度值F1和下限温度值F2；所述二级指标S为热风温度指标，二级指标S具有上限热风温度值S1和下限热风温度值S2；所述三级指标T为排汽指标，三级指标T具有上限排汽量T1和下限排汽量T2；

c、控制信号传输

所述执行电路(3)将一级指标F传输给位于烟叶丝蒸汽加热筒外部的筒壁蒸汽压力控制阀(5)，筒壁蒸汽压力控制阀(5)控制筒壁外部的水蒸汽输送量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒壁温度；

所述执行电路(3)将二级指标S传输给变频风机(6)，二级指标S调节变频风机(6)送入烟叶丝蒸汽加热筒内的热风量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内热风温度；

所述执行电路(3)将三级指标T传输给排潮风量气动薄膜网(4)，通过排潮风量气动薄膜网(4)调节烟叶丝蒸汽加热筒内的排湿量，进而调节烟叶丝蒸汽加热筒的筒内湿度；

d、一级指标F判断与控制

烟叶丝蒸汽加热筒外部检测出的初始筒壁温度值F0，一级指标F＝F0，然后进行一级指标F的上下限值范围判断，当其初始筒壁温度值在F2<F<F1范围内，则固定二级指标S和三级指标T，调节一级指标F，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环；当其初始筒壁温度值在F2<F<F1范围之外时，固定F＝F1或者F2，然后进入二级指标S判断与控制；

e、二级指标S判断与控制

烟叶丝蒸汽加热筒外部检测出的初始筒内热风温度S0，二级指标S＝S0，然后进行二级指标S的上下限值范围判断，当其初始筒壁温度值在S2<S<S1范围内，则固定三级指标T，调节二级指标S，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环；当其初始筒壁温度值在S2<S<S1范围之外时，固定S＝S1或者S2，然后进入三级指标T调节；

f、三级指标T调节

调节三级指标T的初始排湿量T0至T2<T<T1范围内，进而排出干燥后的烟叶丝，出水水分超标的烟叶丝将运输到步骤d的开始状态进行循环。