CN104640791B - 气动输送系统的运输管线中用于控制纤维材料传输的方法、控制系统、装置、传感器以及计算机程序产品 - Google Patents

气动输送系统的运输管线中用于控制纤维材料传输的方法、控制系统、装置、传感器以及计算机程序产品 Download PDF

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Abstract

一种用于控制纤维材料运输的方法和控制系统，所述纤维材料以丘(3、4)或丘和层(5)流模式行进，由气动流体流动穿过气动输送系统(比如用于将烟丝供应至烟草处理装置的装置中的烟丝输送系统)的传输管线(1)而输送所述纤维材料。丘(3、4)或层(5)的传输速度(Vd；Vl)和在传输管线(1)中通过丘(3、4)或层(5)的气动流体的速度(Vp)是确定的。通过控制在传输管线(1)中的气动流体流动而对确定的丘或层传输速度(Vd；Vl)和确定的通过流体速度(Vp)之间的差值(ΔVpd；ΔVpl)进行控制。提供了用于所述方法和系统的光学传感器和计算机程序产品。

Description

气动输送系统的运输管线中用于控制纤维材料传输的方法、 控制系统、装置、传感器以及计算机程序产品
技术领域
本发明大致涉及气动输送，更具体地涉及由处理器控制的纤维材料的气动输送，所述气动输送以丘(dune)或丘和层流模式穿过气动输送系统的传输管线。
背景技术
广泛应用通过气动流体穿过气动输送或传输系统的传输管线或传输管道而对各种材料或产品进行气动输送。通常，气动流体为气体，并且在大多数情况下流体为空气。
用于传输纤维材料的气动输送系统例如可以归类为各种操作模式。第一操作模式包括连续供应，或至少为批次式供应，其中目标是保持穿过传输管线的材料的连续流动，至少保持待传输材料的批次量。第二操作模式为需求驱动起止过程，由此通过分别间隔的丘的材料或包括分别间隔的丘的材料基本上连续的层(也被称为丘和层流)而将纤维材料在一个悬浮流中输送穿过传输管线，纤维通过所述悬浮流而彼此分开地输送。
两种模式均有可能受到堵塞，在堵塞中材料或产品在传输管线中淤塞，从而使穿过传输管线的传输完全陷入停顿，至少材料的输送速度在堵塞中显著减小。可以通过在传输管线中减小材料的量(对比于气动流体的量)而避免堵塞。然而，如果材料量和空气量的比例变得过低，则会降低输送系统的有效输送能力。
现代气动输送系统的商业案例一般为：在给定的时间区间内，在对消耗或加入的流体(例如空气)和传输材料量的优化下运行系统，而避免其中由传输管线中材料的过高的传输速率或传输速度而导致的待传输材料的堵塞和损坏。当设定输送系统的控制参数时，当然也应当将减少传输管线和输送系统的其他装置(例如阀、速度和压力传感器、联轴器(coupling)等)的损坏考虑在内。
随着在传输期间每个烟草纤维分别暴露至机械压力下，起止模式中的气动输送系统的操作(例如在用于将烟丝供应至烟草加工装置(例如卷烟机)的装置中，在悬浮流中输送纤维材料(例如烟丝))会特别地引起巨大的产品恶化风险。另一方面，当在丘或层中这样的纤维恶化较少时，在丘或丘和层流输送中的烟草纤维的整体恶化风险减小。
提供给烟草工厂的解决方案一般基于恒压输送，这会导致由于产品负载的变化而使速度峰值不可控。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的和可靠的控制方法和控制设备，所述控制方法和控制设备用于控制纤维材料的传输，所述纤维材料以丘流模式或丘和层流模式行进通过气动输送系统的传输管线。
本发明的进一步目标是提供一种用于将烟丝供应至烟草处理装置(例如卷烟机)的装置，所述装置包括气动输送系统，所述气动输送系统由改进的控制方法和设备控制。
在第一方面，提供了一种改进的控制纤维材料传输的方法，所述纤维材料以丘或丘和层流模式行进，所述纤维材料是由气动流体流动穿过气动输送系统的传输管线而输送的，所述方法包括：
-确定丘和/或层在传输管线中的传输速度；
-确定在传输管线中的气动流体通过丘和/或层的速度；
-通过在传输管线中控制气动流体流动，而控制确定的丘或层传输速度和确定的通过流体速度之间的差值。
改进的控制方法基于如下观点：当材料的丘或层的传输速度在更大程度上不同于输送流体的速度时，在传输管线中特别具有材料恶化的风险。即，当在传输管线中通过材料的丘或层的流体的速度关于纤维材料的丘或层的传输速度过高。纤维材料的丘或层的传输速度在特定的切应力下通过在材料纤维上施加高机械应力而可能导致所谓的滚动丘。特别地，烟丝非常容易由于丘或层传输速度和通过流体速度之间的过大差值而受到损坏。
因此，通过在传输管线中对气动流体流动进行控制，从而将差值保持在一定范围或设定的阈值内，可以在传输管线中有效地避免或至少尽可能地减小纤维材料的损坏，而在此方法中丘会缓慢滑动穿过传输管线并且在整个传输中自始至终基本保持其形状。
已经发现对于控制目的，差值优选地计算为确定的丘或层传输速度和确定的通过流体速度的滑移比。
在改进方法的实施方案中，其中以起止模式对传输管线中的气动流体流动进行控制，在开始流体流动时将滑移比基本控制在设定的第一阈值，其中在纤维材料的稳定传输期间将滑移比基本控制在第一阈值和设定的第二阈值之间并且优选地尽量靠近第二阈值，并且其中在停止流体流动时将滑移比基本控制在第二阈值，所述第二阈值大于第一阈值。
通过该类型的控制，相对快速地达到优选稳定的纤维材料的丘或丘和层流，进而在开始模式期间控制纤维材料的损坏。在停止流时，气动流体的量有效地减少至足够传送丘或层的水平，进而避免昂贵气动流体的不必要消耗。
为了传输烟丝，例如，将第一滑移比阈值设定为约0.8的值，并且将第二滑移比阈值设定为约0.9的值。更优选地，将第一阈值设定为约0.7的值，并且将第二阈值设定为约0.8或0.9的值。应当理解的是，在稳定的输送操作中，滑移比不会超过值1。滑移比为值1或基本为1表示丘流或丘和层流基本上扩展至传输管线的整个横截面上，也称为堵塞。基本在本发明说明书和权利要求中使用的关于滑移比的术语表达的是，受控的滑移比为设定的阈值或在设定的阈值附近，例如与该阈值的差值在±5％的范围内。
在材料传输中进一步的关键参数为在传输管线中的实际气动流体速度。过低的流体速度会导致堵塞，而过高的流体速度(其相当于过低的材料或产品负载)会导致材料恶化。
在改进方法的进一步实施方案中，依据对气动流体流动的控制而对差值(即滑移比)进行控制，从而在传输管线中保持设定的丘或丘和层传输速度。实际上，设定的丘传输速度会保持在最小速率，进而尽可能地避免对材料或产品的损坏，当然，这样的气动输送系统由此而避免堵塞。
在改进方法的进一步实施方案中，在传输管线中的纤维材料的丘和/或层的轮廓或形状是确定的，并且由确定的轮廓或形状计算丘或层的体积。由纤维材料的体积和类型及其物理属性，可以确定由丘或层传输的材料量。
在改进方法的另一个实施方案中，丘轮廓或形状是通过测量在传输管线中垂直于其传输方向的纤维材料的丘或丘和层的尺寸而确定的，具体是通过测量丘或层的高度。在另一个实施方案中，丘或层的轮廓或外形以及丘或层材料填装或填充密度是通过分析图像而确定的，所述图像是由至少一个数码照相机(即，所谓的数码高速照相机)得到的，所述数码照相机安排于传输管线，用于在丘或层的传输方向上或垂直于丘或层的传输方向的方向上，对丘或层进行摄影。
在改进方法的实施方案中，在材料引入或材料提取时对在传输管线中的气动流体流动进行控制，从而在传输管线中以设定的丘或层传输速度和/或质量流量，得到设定的丘和/或层体积和/或设定的丘和/或层材料填装或填充密度，例如特定的丘形状和丘高度。此方式中，可以考虑在一定时间周期内待传送的材料量，从而对用于得到设定的材料传输速度和/或质量流量的传输材料量(例如其质量以kg表示)与空气量(同样由kg表示)的比(也称为负载或负载比)进行优化。通过预先平衡计算，可以使用用于在材料传送单元的传输管线中引入烟丝的需求上升压力和错误空气喷射，从而维持烟丝传输的期望负载或负载比。
在改进方法的实施方案中，丘或层传输速度、通过流体速度和丘或层轮廓或外形中的任意一个是由安排在传输管线上的至少一个光学传感器和至少一个高速数码照相机确定的。在实施方案中，确定的丘和/或层传输速度和确定的通过流体速度之间的差值是由安排用于在传输中控制气动流体流动的数字处理器或处理装置或计算机进行处理和控制的。
应当理解的是改进方法可以实施为利用其他类型的传感器或感测装置，与适当编程的数字处理装置或计算机连接或不连接，用于确定和控制材料传输速度和通过空气速度，所述传感器或感测装置包括对技术人员公知的市售可得的压力和速度测量装置，例如一个或多个的电容操作电介质装置、电容层析成像(ECT)测量装置、科里奥利力测量计、静电操作装置、粒子标记、声学测量器等。
改进方法特别有利于烟丝的传输，其中传输管线为烟草处理装置(例如卷烟器)的供应管线。
在第二方面，提供了一种安排用于控制纤维材料传输的改进控制系统，所述纤维材料以丘或丘和层流模式行进，所述纤维材料是由气动流体流动穿过气动输送系统的传输管线而输送的，所述装置包括：
-装置，所述装置安排用于确定在传输管线中的丘和/或层传输速度；
-装置，所述装置安排用于确定在传输管线中的气动流体通过丘和/或层的速度；
-数字处理装置，所述数字处理装置安排用于通过在传输管线中控制气动流体流动，而控制确定的丘或层传输速度和确定的通过流体速度之间的差值。
可以通过控制从气动流体的源引入气动输送系统中的流体的量，从而控制气动流体流动，所述源通过对流体流动控制单元进行控制而由流体流动控制单元和/或在传输管线中引入的气动流体流动量进行操作，所述流体流动控制单元(例如压力调节还原器阀)安排在传输管线中。
同样地，可以通过在气动输送系统中控制通过真空装置引入的真空或低压的量，从而控制气动流体流动，所述真空装置通过对流体流动控制单元进行控制而由流体流动控制单元和/或在传输管线中引入的真空或低压的量进行操作，所述流体流动控制单元(例如，比如压力调节还原器阀)安排在例如传输管线中。
在改进控制系统的实施方案中，如上文参考改进方法描述的说明，将数字处理装置安排为将确定的丘或层传输速度和确定的通过流体速度的差值计算为滑移比。
在改进控制系统的进一步实施方案中，数字处理装置安排为以起止模式对传输管线中的气动流体流动进行控制，其中在开始流体流动时滑移比基本在设定的第一阈值，其中在纤维材料的规律或稳定的传输期间滑移比基本在第一阈值和设定的第二阈值之间，优选地尽量靠近第二阈值，所述第二阈值大于第一阈值，并且其中在停止流体流动时滑移比基本在第二阈值。
在改进控制系统的另一个实施方案中，数字处理装置安排为在传输管线中确定纤维材料的丘和/或层的轮廓或形状，并且用于由确定的轮廓或形状计算丘或层的体积。在实施方案中，可以在改进控制系统中确定轮廓或外形，所述控制系统包括测量装置，所述测量装置安排用于测量在传输管线中的垂直其传输方向的纤维材料的丘或层的尺寸，具体为测量丘或层的高度，并且其中丘或层的轮廓或外形是由数字处理装置从测量的尺寸而确定的。可以将至少一个高速数码照相机安排于传输管线，用于确定丘或层的轮廓或形状和/或丘或层的材料填装或填充密度，如上文参考改进方法的说明。
在改进控制系统的实施方案中，数字处理装置安排用于在材料引入或传输管线中材料的提取时对气动流体流动进行控制，从而例如以设定的丘或层传输速度和/或质量流量得到设定的丘和/或层体积和/或丘或层材料填装或填充密度，例如具体的丘和/或层形状和高度。
在改进控制系统的另一个实施方案中，数字处理装置安排用于依据气动流体流动的控制而控制差值(即滑移比)，从而在传输管线中保持设定的丘或层传输速度，例如在传输管线中纤维材料的最小传输速度，从而得到稳定运行而没有堵塞，并且使材料的损坏最小化。
根据本发明，直接控制，设置快速响应随动驱动阀用于快速响应于控制，从而控制丘的不稳定性，并且在传输管道中尽可能地预防材料的堵塞。
在改进控制系统的实施方案中，进一步包括至少一个光学传感器和至少一个高速数码照相机，所述高速数码照相机安排在所述传输管线上，用于确定丘和/或层的材料传输速度、通过流体速度和丘轮廓或外形中的任意一个。
在实施方案中，至少一个光学传感器包括多个光闸，所述光闸在轴向或传输管线的传输方向上分开，并且有效地安排在传输管线中垂直于纤维材料的传输方向的方向上，从而使纤维材料在传输管线中穿过闸。光闸可以包括相反分开的光电发射器(例如光电二极管或其他光辐射源)和光电检测器，或其他光学检测装置。
在改进控制系统优选的实施方案中，为了以传输管道的形式用于传输管线，光闸在传输管道的周向上在传输管道的切线方向上分开。利用该布置，可以有效地确定垂直于其传输方向的丘或层的轮廓或形状。
为了测量纤维材料的丘或层的传输速度和/或在传输管线中通过丘或层的流体的速度，在另一个实施方案中，切线安排的光闸对在传输管线中的传输方向上分开。
在第三个方面，提供了光学传感器，所述光学传感器具有用于通过气动输送系统的气动流体和材料流的纵向通道，和多个在通道的纵向方向上分开的光闸，并且将所述光闸有效地安排在垂直于流方向或通道的纵向方向的方向上操作，用于上文公开的改进控制系统。
在第四方面，提供了用于将烟丝供应至烟草处理装置(例如卷烟器)的装置，所述装置包括气动输送系统，所述气动输送系统包括供应管线、至少一个气动流体源、至少一个烟丝传送单元和流体流动控制单元，将所述装置安排为以丘或丘和层流模式穿过传输管线，将所述烟丝从烟草传送单元输送至所述烟草处理装置，并且包括根据上文公开的实施方案中的任意一个控制系统，所述控制系统用于根据改进方法，通过操作流体流动控制单元而控制气动流体流动。
本发明的第五方面还提供了计算机程序产品，所述计算机程序产品包括数据存储装置，所述数据存储装置用于存储其上的计算机程序代码数据，当程序代码数据加载入数字处理装置的存储器，并且由数字处理装置执行程序代码数据时，所述计算机程序代码数据安排用于执行根据上文说明的实施方案中的任意一个的方法。
有利地，该计算机程序产品可以包含在永久数据携带装置组的任意一个中，所述永久数据携带装置组包括软盘、CD-ROM、DVD、磁带、存储棒装置、极碟、闪存卡、远程访问装置、硬盘、半导体存储装置、可编程半导体存储装置、光盘、磁光数据存储装置、铁电数据存储装置以及电和光信号载体或其他类型的数据载体，所述永久数据携带装置上存储有程序代码数据。
将参考公开的附图在下述说明中显示本发明的上述和其他特征和优点，所述公开附图只用于举例说明，并且不对本发明进行限制。
附图说明
图1以透视和说明的方式示意性地显示了纤维材料的典型传输，所述纤维材料在丘流模式下穿过气动输送系统的传输管线。
图2以透视和说明的方式示意性地显示了纤维材料的典型传输，所述纤维材料在丘和层流模式下穿过气动输送系统的传输管线。
图3以示意和说明的方式显示了根据本发明的材料传输的参数。
图4以示意和说明的方式显示了用于将烟丝供应至烟草处理装置(例如卷烟机)的装置，所述装置包括根据本发明运行的气动输送系统。
图5显示了根据本发明方法的实施方案的基本流程图。
图6以透视和说明的方式示意性地显示了根据本发明的光学传感器的实施方案。
图7以透视和说明的方式示意性地显示了数码照相机与图6的光学传感器组合的实施方案。
具体实施方式
图1示意性地显示了气动输送系统的传输管线1(例如圆柱形传输管道)的一部分的局部剖除立体图，在所述气动输送系统中，以包括丘3、丘4的典型的丘流模式传输纤维材料2(例如烟丝)。丘3、丘4由气动流体(例如气体介质，比如空气)输送。
图2以与图1相同的方式显示了典型丘和层流模式，其在纤维材料(例如烟丝)丘3、丘4之间具有层5。
图3显示了图2的横截面图中的传输管线1纵向方向上的纤维材料的丘3、丘4和层5。参数H表示丘3、丘4的高度，所述高度是在传输管线1的径向方向上测量的。参数h表示层5的高度，所述高度是在传输管线1的径向方向上测量的。由参数D表示在传输管线1上的两个随后的丘3、丘4之间的距离，也称为丘间距。应当理解的是高度H和距离D分别可以在丘与丘以及丘之间改变。同样地，层5的高度h可以在随后的丘之间改变。然而，在最优传输模式中，为了尽可能达到平坦连续地传输纤维材料2，可变高度H、h和距离D在丘和丘中略有不同，从而在材料处理装置中得到纤维材料量恒定均匀的传送。
丘(例如丘3)在传输管线1中的传输速度由矢量Vd表示。材料层(例如层5)在传输管线1中的传输速度或速率由矢量Vl表示。气动流体在传输管道1中通过丘3的速度或速率由矢量Vp表示。矢量Vd、Vl和Vp的长度示意性地显示为与材料流示例的速度分别成比例。通过流体速度Vp与丘传输速度Vd之间的差值由矢量ΔVpd表示。通过流体速度Vp与层传输速度Vl之间的差值由矢量ΔVpl表示。提供此图仅出于说明目的，不表示具体的数值。在稳定的丘和层传输模式中，Vd和Vl基本相同。假定传输流在附图的平面上是从左向右的。
可以将通过流体速度Vp和丘传输速度Vd或层传输速度Vl之间的差值计算为速度或速率差值，例如ΔVpd＝Vp–Vd。然而，优选地将差值表达为丘传输速度与通过流体速度的比，例如ΔVpd＝Vd/Vp或ΔVpl＝Vl/Vp，也称作滑移比。
图4在示意和说明的实施方案中显示了通过气动输送系统11而将烟丝从传送单元12-1供应至烟草处理装置13(例如卷烟机)的装置10的示例。经由中间传输管线14(也称为气动输送系统11的供应管线)而将烟丝或一般的纤维材料以丘流模式或丘和层流模式，从烟丝传送单元12-1传输至烟草处理装置13。
装置10典型地包括多个烟丝传送单元12-1、12-2、…、12-n(n≥1)，每个传送单元均包括例如不同的烟丝共混物。为了选择特别的传送单元12-1、12-2、…、12-n，提供了所谓的共混物选择器15。共混物选择器15包括多个入口16-1、16-2、…、16-m(m≥1)，每个入口均连接至共混物选择器的各自的出口17-1、17-2、…、17-m。在显示的实施方案中，传送单元12-1经由供应管线18-1连接至共混物选择器15的入口16-1。在共混物选择器15的相应的出口17-1处，供应管线14连接至烟丝处理装置13，从而将烟丝从传送单元12-1引入并且传输至烟丝处理装置13。
为了使由具有不同的共混物的烟草处理装置13生产烟草产品，各自的一个其他传送单元12-2、…、12-n必须与其供应管线18-x(x＝2、…、n)连接，从而连接至共混物选择器15的入口16-1，当然首先要断开供应管线18-1。
具体的传送单元12-1、12-2、…、12-n可以包括多个供应管线19-x、20-x等(x＝1、2、…、n)，用于将各自的传送单元连接至共混物选择器15的各自的(其他)入口16-1、16-2、…、16-n，在共混物选择器15的每个出口17-2、…、17-n处，通过各自的气动输送系统，进一步可以连接至烟丝处理装置。
在显示的实施方案中，气动输送系统11(烟丝处理装置13的下游)包括单元21(例如，用于在传输管线14中生成低压或真空的风扇或等效装置)。当在材料传输方向(示意性地由箭头24表示)上检视时，为了避免烟丝的灰尘或其他物质从传输管线14进入单元21，灰尘过滤器22设置在单元21的前方。
在显示的实施方案中，单元21经由多个气动输送系统11而运行多个烟丝处理装置13，烟丝处理装置13的传输管线14由管线聚集器单元23聚集，所述管线聚集器单元23聚集例如六条传输管线14。
在传输管线14中的烟草传输根据需求驱动起止过程而操作。为了提供大量用于由烟丝处理装置13的处理的烟草，在烟丝处理装置13中将所谓的气闸25纳入传输管线14。当在传输方向24上检视时，在气闸25后方，传输管线14中包括有阀26。该阀26也称为制造阀，其由烟丝处理装置13(例如卷烟机)操作。制造阀26用于关闭和开启传输管线14，即用于停止和开始传输通过其中的材料。
为了在传输管线14中控制气动流体流动，将流体流动控制单元27(例如以至少一个流控制阀(例如随动电机驱动压力调节还原器)的形式)纳入制造阀26和管线聚集器单元23之间的传输管线14中。流体流动控制单元27由控制系统28操作。
当在传输方向24上检视时，附图标记29、30和31表示用于确定物理参数的控制系统28的装置，例如在烟丝处理装置13前方位置的传输管线14中的材料和气动流体传输的速度或速率。将由装置29、30和31中的任意一个测量的值提供至数字处理装置或电处理器或计算机32。将处理装置32适当编程以处理从装置29、30、31接收到的输入，从而在供应管线14中通过适当地运行流体流动控制单元27而控制材料传输。如此提供了以丘流模式或丘和层流模式在传输管线14中的材料传输，例如，从其在传送单元12-1处的引入至到达烟丝处理装置13。
因此，随动电机驱动压力调节还原器阀和速度确定或测量装置对本领域技术人员是公知的并且为市售可得的。速度确定或测量装置可以包括直接速度或速率测量装置或间接速度或速率测量装置(例如在传输管线中的和沿着传输管线的多个位置上测量气动流体压力的压力和压差测量装置)，由所述直接速度或速率测量装置或间接速度或速率测量装置可以确定具体的速度。已知材料速率测量装置的示例为电容操作电介质装置、电容层析成像(ECT)测量装置、科里奥利力测量计、静电操作装置、粒子标记、声学测量器等。模拟和/或数字形式的测量数据均可以进行处理。
本领域技术人员应当理解，可以在气动输送系统11中设置若干其他控制机构，例如用于从材料传送单元12释放气动流体的阀、传输管线14、安全阀等(未显示)。直接控制，设置用于快速响应以控制丘不稳定性的快速响应随动驱动阀，并且在传输管线中尽可能地预防材料的堵塞。
在操作中，单元21用于在传输管线14中产生低压或真空，从而将烟丝和空气从材料传送单元12-1引入传输管线14，并且传输至烟丝处理装置13。借由气闸25而接收和收集来自传输管线14的烟丝。一旦烟丝处理装置13需要大量烟丝，其会关闭制造阀26并且将烟丝33从气闸25释放，并且将烟丝33传送至烟丝处理装置13，之后制造阀26再次开启。通过由运行流控制单元27的控制系统28对传输管线14中的气动流体进行控制而典型地实现在传输管线14中传送烟丝的量和纤维材料的流模式。通过预先平衡计算，可以使用在材料传送单元12-1、12-2、…、12-n的传输管线14中引入烟丝的所需的上升压力和错误空气喷射，从而维持烟丝传输的期望负载或负载比。
根据本发明的实施方案，从装置29、30、31中的任意一个或每个提供的测量数据中，数字处理装置32确定纤维材料的丘3、丘4的传输速度Vd和/或纤维材料的层5的传输速度Vl、在传输管线14中穿过丘和/或层的气动流体的速度Vp，并且计算Vp和Vd之间的差值ΔVpd和/或Vp和Vl之间的差值ΔVpl。
将数字处理装置32适当编程，从而基于计算值ΔVpd和/或ΔVpl而在传输管线14中控制气动流体，每当适用时，优选地计算为滑移比。通过控制流动控制单元27(例如压力调节还原器阀)的开启或关闭的扩展(并且如果适用，通过控制在传输管线14中的从传送单元12-1引入的气动流体量)，而由数字处理装置32对在传输管线14中的气动流体流动进行控制。
图5显示了在起止模式中改进控制方法周期操作的非常基本的流程图。在流程图中的向前方向是从附图的顶部至底部。向后步骤由箭头表示。假定滑移比是受控的。
例如通过适当操作流体流动控制单元17、流体流动控制单元18的任意一个或两者，方框40“开始流体流动”表明气动流体流动的开始。如果滑移比基本上在设定的第一阈值Th1处，“滑移比≈Th1”，也就是说判定方框41的结果为“是”，则将会达到稳定的丘或丘和层材料传输模式。否则，即方框41的结果为“否”，则必须通过在传输管线14中通过控制流动控制单元27而控制气动流体流动，从而调整滑移比，即方框42“调整滑移比”。
在一定时间周期(其尤其取决于待传输的纤维材料的类型、气动输送系统11的物理性质(例如传输管线长度及其横截面))后，丘流增加或减少，从而可以调整滑移比，从而尽可能地减小在传输管线14中损坏纤维材料的风险，并且增加实际传输材料的量，即优化输送系统的有效负载，也考虑在设定的时间周期内待传送材料的量，即方框43“调整滑移比”。通过优化Vd和/或Vl和Vp之间的比例而调整滑移比，而通过控制丘和/或层的形状以及来自材料传送单元12-1的纤维材料的负载而优化Vd和/或Vl和Vp之间的比例。
在稳定的传送模式中，只要传输管线14保持连接至单元21(所述单元21在传输管线14中引起低压或真空)从而使材料流动不停止，即方框45“停止流体流动”结果为“否”，则将滑移比基本控制在第一阈值Th1和设定的第二阈值Th2(所述第二阈值Th2的值大于第一阈值Th1)之间并且优选地尽可能靠近第二阈值Th2，即判定方框44“Th1≈<滑移比<≈Th2”。再次通过控制流控制单元27。
一旦在传输管线14中的材料流停止，即方框45的结果为“是”，则将滑移比基本控制在第二阈值Th2，即判定方框45“滑移比≈Th2”。如果滑移比相比于Th2过小，即方框45的结果为“否”，则必须通过控制流控制单元27而调整滑移比，即方框47“调整滑移比”。例如当滑移比基本上在第二阈值Th2时，即方框46的结果为“是”，可以通过适当地同时操作单元21和管线聚集器23的任意一个或两者而停止在传输管线14中的材料流。
特别地，在稳定的丘或丘和层传输模式中，以设定的传输速度Vd和/或Vl传输纤维材料，从而该传输速度随后形成滑移比控制的设定点。用于损坏控制目的，通过流体速度Vp可以不增加至大于最大值，流体速度Vp中的所述最大值取决于待传输的材料。
由装置29、30、31和32进行的测量和计算可以在实时或近实时下进行。
对于以丘或丘和层流传输的烟草输送，例如，实际使用了长度在50-500m的区间内的传输管道，所述传输管道的内直径在80-150mm的区间中。Vp的典型值为9-23m/s，且Vd或Vl的典型值分别为6-21m/s。距离D的典型值约为3-6m，而在管道的长度方向上测量的丘3、丘4的底部约为0.5-1.5m长。第一阈值Th1的值基本为0.8，并且第二阈值的值基本为0.9。更具体地，第一阈值Th1的典型值基本为0.7，并且第二阈值的典型值基本为0.8或0.9。观察到滑移比基本为0.5的丘流是不稳定的，并且会产生丘滚动。
材料供应过程的重要方面是得到纤维材料的最优负载，即丘体积和/或丘填装或填充密度以及丘形状(涉及到用于输送材料的流体量)。为此，将数字处理装置32安排为用于在传输管线14中控制气动流体流动，从而得到设定的丘或和/或层体积(例如具体的丘形状和高度或层高度)，和/或在丘和/或层中的材料填装或填充密度(即例如在丘或层中的纤维材料量)。
可以将滑移比控制为基本等于1的值，从而得到基本填充整个传输管线横截面的丘流或丘和层流。
图6显示了在本发明的实施方案中的光学传感器50，将其安排用于在气动输送系统的传输管线中确定丘传输速度Vd和/或层传输速度Vl和通过流体速度Vp。例如，光学传感器50可以替代图3中的装置31。图6显示了光学传感器50的实施方案，所述光学传感器50具有纵向壳体59，所述纵向壳体59具有内部圆柱通道49，从而使用圆柱传输管线。然而，可以将光学传感器设计为具有其他横截面。尽管未显示，但是光学传感器50可以包括凸缘等，所述凸缘等用于在新的和现有的气动输送系统的传输管线或传输管道之间安装光学传感器50。传感器50壳体可以制造为与输送系统的传输管线或传输管道的材料相同，例如钢或不锈钢。
在显示的实施方案中，光学传感器50包括多个光闸55、56，示意地由点划线表示，所述光闸55、56安排在传感器50的内通道49中，在壳体59的纵向或轴向方向上分隔开，并且在垂直于通道49的流动或传输方向的方向上操作以使流体和材料流通过，由箭头48表示。光闸55、56在通道49的径向和轴向方向上分隔开，并且包括相对分开的光电发射器52、54(例如发光二极管(LED)或其他发射光辐射的源)和光电检测器51、53或其他光学检测装置。即，光闸是由一对相反分开的光电发射器和光电检测器组成的。
光电发射器52的第一组光电发射器在内通道49的周向上切线地分开。光电检测器51的第一组光电检测器同样在内通道49的周向上切线地分开，在相应的光电发射器52的对面，这样形成在通道49的径向方向上操作的一组光闸55。
同样地，光电发射器54的第二组光电发射器在内通道49的周向上切线地分开，并且光电检测器53的第二组光电检测器在内通道49的周向上切线地分开，在相应的光电发射器52的对面，这样形成在通道49的径向方向上操作的一组光闸56。
第一组51、52和第二组53、54在轴向方向上分隔开，即在纵向壳体59的通道49的传输方向上。
可以由单组光电发射器和光电检测器51、52或53、54有效地确定材料的丘或层的轮廓和形状以及在传输方向48上相邻的丘之间的距离D。当丘3、丘4通过光闸55、56时，丘3、丘4的高度H由例如在通道49顶部的光闸55、56确定，如附图的平面上所示。即，从特定的光电发射器51、52至相对位置的光电检测器53、54的光学传输路径或视线是否由丘3、丘4阻挡。在丘3、丘4行进通过通道49时，分别在丘3、丘4通过通道期间由阻挡的/未阻挡的光闸55、光闸56确定传输方向48中的形状和轮廓。层5的高度h一般由在通道49的底部的阻挡的/未阻挡的光闸55、光闸56确定(在附图的平面上检视)。
丘传输速度Vd和层速度Vl可以由通过时消耗的时间(由相应特定的丘或层)、轴向位置的光闸55、56以及在传输方向48上测量的这些光闸之间的距离有效地确定。流体速度Vp可以由轴向通过相应位置的光闸55、56的材料粒子确定，所述光闸55、56不被丘或层阻挡。
应当理解的是为了确定丘轮廓或形状，例如，光学传感器具有单组光闸55或56是足够的。
尽管垂直于传输方向48的丘3、丘4或层5的轮廓或外形不能由光闸55、56确定，但是在一定精度范围内可以通过轮廓或外形的测量计算出丘3、丘4或层5的体积，由光学传感器50进行所述测量。
通过光学传感器60的实施方案提供了更精确的对丘体积和丘材料填装或填充密度的确定，示意地显示在图7中，所述光学传感器60具有与光学传感器50类似的结构，所述光学传感器60具有壳体61，所述壳体61具有用于传输流体和材料的通道49。除光闸55、56(分别由分开的成对光电发射器51、52和光电检测器53、54形成)之外，至少将一个数码照相机62安排为穿过通道49而检视材料传输。将照相机62安排为在传输方向48上并垂直于传输方向48(由虚线箭头63、64示意地表示)的方向上检视通道49。在显示的实施方案中，照相机62从壳体61的外部穿过在壳体61壁上的孔65而检视通道。然而，照相机62还可以安装在例如壳体61的内部。
通过由数字处理装置32对照相机62的图像进行分析，连同从光闸55、56测量得到的轮廓或形状，可以由数字处理装置32精确地确定丘3、丘4和/或层5的材料填装或填充密度。从待传输纤维材料的物理属性可以精确地计算在丘中的材料的量，这对技术人员是公知的。随后使用计算的结果，通过数字处理装置32而控制速度Vd、Vl和Vp中的任意一个或全部，即由此计算出滑移比，从而优化输送系统的负载，例如由丘传输的材料量(例如以kg表示)与消耗或添加的气动流体量(也以kg计算)的比，即负载或负载比，是否取决于设定的速度等级，例如在传输管线中的最小传输速度和/或纤维材料的质量流量。
至少一个照相机62为所谓的高速照相机。高速照相机为用于记录快速移动目标图像的装置。在记录后，可以对存储在存储媒介中的图像进行分析。本高速照相机为完全电子的，并且可以典型地记录每秒超过1000帧。对比而言，普通电影摄像机每秒记录24帧，而电视使用25帧/s。为了本发明的目的，至少一个照相机62可以安排在与光闸55、56的壳体61分离的壳体中，以便在输送系统中使用。
在实际的本发明的实施方案中，对于在内直径在区间80-150mm内的传输管道中传输的烟丝，实现了约为2-2.5kg烟丝每kg空气的非常有效的负载，而典型空气速度为10-12m/sec，烟丝速度为8-9m/sec。
尽管没有明确公开，但是应当理解可以通过改进的方法和改进的控制系统而由评估确定在传输管线中的气动流体的压力。改进的方法和控制系统可以进一步应用在相同传输管线的多个点处，例如计算在气动输送系统中的流体泄漏。
本发明可不使用本文中描述的具体内容而实现，并且上述实施方案和示例仅旨在为技术人员读者举例说明。

Claims (26)

1.一种控制纤维材料传输的方法，所述纤维材料由穿过气动输送系统的传输管线的气动流体流输送而以丘或丘和层流模式行进，所述方法包括：
-确定在所述传输管线中丘和/或层的传输速度；
-确定在所述传输管线中气动流体通过丘和/或层的速度；
-通过在所述传输管线中控制所述气动流体流动，而控制所述确定的丘或层传输速度和所述确定的通过流体速度之间的差值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述差值计算为所述确定的丘或层传输速度和所述确定的通过流体速度的滑移比。
3.根据权利要求2所述的方法，其中在起止模式中控制所述传输管线中的所述气动流体流动，其中在开始所述流体流动时将所述滑移比基本控制在设定的第一阈值，其中在所述纤维材料的传输期间将所述滑移比基本控制在所述第一阈值和设定的第二阈值之间，并且其中在停止所述流体流动时将所述滑移比基本控制在所述第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中在所述传输管线中的纤维材料的丘和/或层的轮廓或形状是确定的，并且所述丘或层的体积由所述确定的轮廓或形状计算。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述轮廓或形状是通过测量在所述传输管线中的垂直于其传输方向的纤维材料的所述丘或层的尺寸而确定的，特别是通过测量丘或层的高度。
6.根据权利要求4所述的方法，其中在所述传输管线中对引入材料的所述气动流体进行控制，从而以设定的丘或层传输速度得到设定的丘或层体积。
7.根据权利要求1所述的方法，其中依据控制所述气动流体流动而对所述差值进行控制，从而在所述传输管线中保持设定的丘或层传输速度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述丘或层传输速度为在所述传输管线中的所述纤维材料的最小传输速度。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述丘或层传输速度、所述通过流体速度和丘或层轮廓或形状中的任意一个是由安排在所述传输管线上的至少一个光学传感器和至少一个高速数码照相机确定的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述纤维材料为烟丝，并且其中所述传输管线为烟草处理机器的供应管线。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述烟草处理机器为卷烟器。
12.一种安排用于控制纤维材料传输的控制系统，所述纤维材料由穿过气动输送系统的传输管线的气动流体流输送而以丘或丘和层流模式行进，所述控制系统包括：
-安排用于确定在所述传输管线中的丘和/或层的传输速度的装置；
-安排用于确定在所述传输管线中的通过丘和/或层的气动流体的速度的装置；
-数字处理装置，所述数字处理装置安排用于通过在所述传输管线中控制所述气动流体流动，而控制所述确定的丘或层传输速度和所述确定的通过流体速度之间的差值。
13.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述数字处理装置安排用于计算所述差值而作为所述确定的丘或层传输速度和所述确定的通过流体速度的滑移比。
14.根据权利要求13所述的控制系统，其中所述数字处理装置安排用于在起止模式中控制所述传输管线中的所述气动流体流动，其中在开始所述流体流动时将所述滑移比基本控制在设定的第一阈值，其中在所述纤维材料的传输期间将所述滑移比基本控制在第一阈值和设定的第二阈值之间，并且其中在停止所述流体流动时所述滑移比基本在所述第二阈值，所述第二阈值大于所述第一阈值。
15.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述数字处理装置安排用于在所述传输管线中确定纤维材料的丘和/或层的轮廓或形状，并且用于由所述确定的轮廓或形状计算所述丘或层的体积。
16.根据权利要求15所述的控制系统，包括测量装置，所述测量装置安排用于测量在所述传输管线中的垂直于其传输方向的纤维材料的所述丘或层的尺寸，具体用于测量丘或层的高度，并且其中所述丘或层的轮廓或形状是由所述数字处理装置从所述测量的尺寸而确定的。
17.根据权利要求15所述的控制系统，其中所述数字处理装置安排用于在所述传输管线中对引入材料的所述气动流体进行控制，从而以设定的丘或层传输速度得到设定的丘或层体积。
18.根据权利要求12所述的控制系统，其中所述数字处理装置安排用于依据控制所述气动流体流动而对所述差值进行控制，从而在所述传输管线中保持设定的丘或层传输速度。
19.根据权利要求18所述的控制系统，其中所述数字处理装置安排为在所述传输管线中将所述的丘或层传输速度保持在所述纤维材料的最小传输速度。
20.根据权利要求12所述的控制系统，进一步包括安排在所述传输管线上的至少一个光学传感器和至少一个高速数码照相机，用于确定所述丘和/或层传输速度、所述通过流体速度和所述丘和/或层轮廓或形状中的任意一个。
21.根据权利要求20所述的控制系统，其中所述至少一个光学传感器包括多个光闸，所述光闸在所述传输管线的轴向或传输方向上分开，并且有效地安排在所述传输管线中在垂直于所述纤维材料的传输方向的方向上，从而使所述纤维材料在所述传输管线中穿过所述光闸。
22.根据权利要求21所述的控制系统，为了使用传输管道的形式的传输管线，其中所述光闸在所述传输管道的切线方向上分开。
23.根据权利要求22所述的控制系统，其中切线地分开安排的光闸组在所述传输管线上的所述传输方向上分开。
24.一种光学传感器，具有用于通过气动输送系统的气动流体和材料流的通道和多个光闸，所述光闸在传输管线的轴向或传输方向上分开，并且有效地安排在垂直于所述通道的流方向的方向上，并且在垂直于所述通道的流方向的方向上分开，从而用于根据权利要求12-23中任一项所述的控制系统中。
25.一种用于将烟丝供应至烟草处理装置的装置，所述装置包括气动输送系统，所述气动输送系统包括供应管线、至少一个气动流体源、至少一个烟丝传送单元和流体流动控制单元，将所述装置安排为以丘或丘和层流模式穿过所述传输管线，将所述烟丝从烟草传送单元输送至所述烟草处理装置，并且包括根据权利要求12-23中任一项所述的控制系统，用于通过操作所述流体流动控制单元而控制所述气动流体。
26.根据权利要求25所述的用于将烟丝供应至烟草处理装置的装置，其中，所述烟草处理装置为卷烟器。
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