CN105116837B - 一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及设备 - Google Patents

一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及烟草生产技术领域，特别涉及一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及设备。针对现有技术缺乏对烟草物料容重的合理计算方法以及难以实现切丝机自动调速控制的不足，本发明提供了一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及设备。本发明通过计算初始物料容重ρ0、切丝机的初始刀辊转速n0和烟叶的物料容重均值获取刀辊调整转速nt，按照刀辊调整转速nt调整切丝机的当前刀辊转速n。本发明的算法设计和设备结构均较为简单，实施成本较低，控制效果优异，与烟草生产行业现有的各类制丝生产线均具有良好的适配性，应用前景广阔。

Description

一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及 设备
技术领域
本发明涉及烟草生产技术领域，特别涉及一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及设备。
背景技术
切丝机是烟草制丝生产线重要设备之一，应用比较广泛，也是制丝线性能比较优良的成熟设备之一。但是现有技术无法实现切丝机的自动调速，这就导致切丝机在实际应用中无法实现真正意义上的自动化控制，更谈不上远程操控。烟草的物料容重(又称物料系数)会因烟草的产地不同而不尽相同。现有技术缺乏对烟草物料容重的标准统计方法，这也是实现切丝机自动调速控制的难点所在。
发明内容
针对现有技术缺乏对烟草物料容重的合理计算方法以及难以实现切丝机自动调速控制的不足，本发明提供了一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及设备。
本发明的技术方案为：
一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法，包括以下步骤：
(a)计算烟叶的初始物料容重ρ0
(a-1)将X牌号的烟叶投入切丝机，记录切丝机正常工作下单位时间的试验切丝产量Gs，根据公式(1)计算切丝机对X牌号烟叶的设计切丝产量G。
公式(1)中，G为切丝机正常工作下单位时间的设计切丝产量，单位kg/h；Gs为切丝机正常工作下单位时间的试验切丝产量，单位kg/h；H为刀门开度，单位mm；Hs为试验刀门开度，单位mm；W为刀门宽度，单位mm；Ws为试验刀门宽度，单位mm；P为刀片数量；Ps为试验刀片数量；n为刀辊转速，单位r/min；ns为试验刀辊转速，单位r/min。
(a-2)利用步骤(a-1)所得的设计切丝产量G以及试验刀门宽度Ws、试验刀门开度Hs、试验刀辊转速ns和试验刀片数量Ps，根据公式(2)计算X牌号烟叶的初始物料容重ρ0。
G＝60×B×W×H×n×P×ρ (2)
公式(2)中，G为切丝产量，单位kg/h；B为切丝宽度，单位mm；W为刀门宽度，单位mm；H为刀门开度，单位mm；n为刀辊转速，单位r/min；P为刀片数量；ρ为物料容重，单位kg/mm3。
令公式(2)中的切丝产量G取步骤(a-1)所得的设计切丝产量G，切丝宽度B取设定值，刀门宽度W取试验刀门宽度Ws，刀门开度H取试验刀门开度Hs，刀辊转速n取试验刀辊转速ns，刀片数量P取试验刀片数量Ps，代入公式(2)并求解得到X牌号烟叶的初始物料容重ρ0。
(b)计算切丝机的初始刀辊转速n0
令公式(2)中的切丝产量G取计划切丝产量G或后序工序的烘丝产量Gh，切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H和刀片数量P均取实际值，物料容重ρ取初始物料容重ρ0，代入公式(2)并求解得到切丝机对X牌号烟叶的初始刀辊转速n0。
(c)利用物料容重累积算法计算物料容重均值
(c-1)在时间周期T内连续计算X牌号烟叶的瞬时物料容重ρi，其中i＝1，2，…，N，N为时间周期T内计算得到的瞬时物料容重ρi的数量。
(c-2)利用公式(3)计算时间周期T内X牌号烟叶的物料容重均值
公式(3)中，为物料容重定长时间内实际均值，单位kg/mm3；ρi为瞬时物料容重，单位kg/mm3；N为时间周期T内计算得到的瞬时物料容重ρi的数量。
(d)计算切丝机的刀辊调整转速nt
令公式(2)中的切丝产量G取计划切丝产量G或后序工序的烘丝产量Gh，切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H和刀片数量P均取实际值，物料容重ρ取步骤(c)计算所得的物料容重均值代入公式(2)并求解得到切丝机对X牌号烟叶的刀辊调整转速nt。
(e)按照步骤(d)计算所得的刀辊调整转速nt调整切丝机的当前刀辊转速n，返回步骤(c)。
切丝机自动调速控制设备，包括设置在切丝机上的网卡和PLC以及工控机。网卡用于将实测所得的切丝机切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H、刀辊转速n和刀片数量P实时传输至工控机，工控机用于计算烟叶的初始物料容重ρ0、切丝机的初始刀辊转速n0、烟叶的物料容重均值和刀辊调整转速nt，工控机利用网卡将刀辊调整转速nt传输至设置在切丝机上的PLC，PLC按照刀辊调整转速nt调整切丝机的当前刀辊转速n。
具体的，切丝机自动调速控制设备包括上位机，上位机与工控机之间建立有数据互通链路，能够实现远程操控。
本发明的有益效果：按照本发明的基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法及设备，能够实现切丝机的自动调速和远程自动控制，解决了切丝机自动调速和远程操控的技术难题。通过本发明的技术方案，切烘丝生产线自动化程度得到大幅提高，整个切烘丝生产实现了远程自动调速操作，切丝机手动、自动和远程及本地控制模式切换顺畅，刀棍转速n控制精准，切丝产量G稳定，同时实现了切丝产量G和后道工序的烘丝产量Gh的匹配，批次生产停顿次数也由原来的十多次降低到一次以下，产品质量得到明显提升。本发明的算法设计和设备结构均较为简单，实施成本较低，控制效果优异，与烟草生产行业现有的各类制丝生产线均具有良好的适配性，应用前景广阔。
附图说明
图1为本发明切丝机自动调速控制设备的信号流向示意图。
具体实施方式
实施例采用本发明基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法，于2015年5月在YS213A型切丝机上对白沙精品二代烟叶的切丝过程进行自动调速控制，步骤如下：
(a)计算烟叶的初始物料容重ρ0
(a-1)将白沙精品二代烟叶投入切丝机，记录切丝机正常工作下单位时间的试验切丝产量Gs，根据公式(1)计算切丝机对白沙精品二代烟叶的设计切丝产量G。
公式(1)中，G为切丝机正常工作下单位时间的设计切丝产量，单位kg/h；Gs为切丝机正常工作下单位时间的试验切丝产量，单位kg/h；H为刀门开度，单位mm；Hs为试验刀门开度，单位mm；W为刀门宽度，单位mm；Ws为试验刀门宽度，单位mm；P为刀片数量；Ps为试验刀片数量；n为刀辊转速，单位r/min；ns为试验刀辊转速，单位r/min。
实施例中切丝机的各项技术参数的取值见表1。
表1
刀门开度H 刀门宽度W 刀片数量P 刀辊转速n 试验切丝产量Gs
120mm 400mm 8 580r/min 4818kg/h
试验刀门开度Hs 试验刀门宽度Ws 试验刀片数量Ps 试验刀辊转速ns
105mm 400mm 8 400r/min
将表1所列技术参数及取值代入公式(1)，经计算得到设计切丝产量G＝7984.11kg/h。
(a-2)利用步骤(a-1)所得的设计切丝产量G以及试验刀门宽度Ws、试验刀门开度Hs、试验刀辊转速ns和试验刀片数量Ps，根据公式(2)计算白沙精品二代烟叶的初始物料容重ρ0。
G＝60×B×W×H×n×P×ρ (2)
公式(2)中，G为切丝产量，单位kg/h；B为切丝宽度，单位mm；W为刀门宽度，单位mm；H为刀门开度，单位mm；n为刀辊转速，单位r/min；P为刀片数量；ρ为物料容重，单位kg/mm3。
令公式(2)中的切丝产量G取步骤(a-1)所得的设计切丝产量G(即5300kg/h)，切丝宽度B取设定值，刀门宽度W取试验刀门宽度Ws，刀门开度H取试验刀门开度Hs，刀辊转速n取试验刀辊转速ns，刀片数量P取试验刀片数量Ps，代入公式(2)并求解得到白沙精品二代烟叶的初始物料容重ρ0。
(b)计算切丝机的初始刀辊转速n0
令公式(2)中的切丝产量G取计划切丝产量G或后序工序的烘丝产量Gh，切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H和刀片数量P均取实际值，物料容重ρ取初始物料容重ρ0，代入公式(2)并求解得到切丝机对白沙精品二代烟叶的初始刀辊转速n0。
(c)利用物料容重累积算法计算物料容重均值
(c-1)在时间周期T(本实施例中时间周期T＝5min)内连续计算白沙精品二代烟叶的瞬时物料容重ρi，其中i＝1，2，…，N，N为时间周期T内计算得到的瞬时物料容重ρi的数量。本实施例中每隔1s计算一次瞬时物料容重ρi。
(c-2)利用公式(3)计算时间周期T内白沙精品二代烟叶的物料容重均值
公式(3)中，为物料容重定长时间内实际均值，单位kg/mm3；ρi为瞬时物料容重，单位kg/mm3；N为时间周期T内计算得到的瞬时物料容重ρi的数量。
(d)计算切丝机的刀辊调整转速nt
令公式(2)中的切丝产量G取计划切丝产量G或后序工序的烘丝产量Gh，切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H和刀片数量P均取实际值，物料容重ρ取步骤(c)计算所得的物料容重均值代入公式(2)并求解得到切丝机对白沙精品二代烟叶的刀辊调整转速nt。
(e)按照步骤(d)计算所得的刀辊调整转速nt调整切丝机的当前刀辊转速n，返回步骤(c)。
本实施例的切丝机自动调速控制设备，包括网卡、PLC以及工控机。网卡和PLC均设置在切丝机上。网卡与工控机双向通信，网卡用于实时发送实测所得的切丝机切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H、刀辊转速n和刀片数量P至工控机，网卡还用于实时接收由工控机计算并发送至切丝机和PLC的初始物料容重ρ0、切丝机的初始刀辊转速n0、烟叶的物料容重均值和刀辊调整转速nt，PLC按照刀辊调整转速nt调整切丝机的当前刀辊转速n。本实施例的切丝机自动调速控制设备还包括上位机，上位机与工控机之间建立有数据互通链路，能够实现远程操控。
以上所述实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于物料容重累积算法的切丝机自动调速控制方法，其特征在于其包括以下步骤：
(a)计算烟叶的初始物料容重ρ0
(a-1)将X牌号的烟叶投入切丝机，记录所述切丝机正常工作下单位时间的试验切丝产量Gs，根据公式(1)计算所述切丝机对所述X牌号烟叶的设计切丝产量G；
公式(1)中，G为切丝机正常工作下单位时间的设计切丝产量，单位kg/h；Gs为切丝机正常工作下单位时间的试验切丝产量，单位kg/h；H为刀门开度，单位mm；Hs为试验刀门开度，单位mm；W为刀门宽度，单位mm；Ws为试验刀门宽度，单位mm；P为刀片数量；Ps为试验刀片数量；n为刀辊转速，单位r/min；ns为试验刀辊转速，单位r/min；
(a-2)利用步骤(a-1)所得的设计切丝产量G以及试验刀门宽度Ws、试验刀门开度Hs、试验刀辊转速ns和试验刀片数量Ps，根据公式(2)计算X牌号烟叶的初始物料容重ρ0；
G＝60×B×W×H×n×P×ρ (2)
公式(2)中，G为切丝产量，单位kg/h；B为切丝宽度，单位mm；W为刀门宽度，单位mm；H为刀门开度，单位mm；n为刀辊转速，单位r/min；P为刀片数量；ρ为物料容重，单位kg/mm3；
令公式(2)中的切丝产量G取步骤(a-1)所得的设计切丝产量G，切丝宽度B取设定值，刀门宽度W取试验刀门宽度Ws，刀门开度H取试验刀门开度Hs，刀辊转速n取试验刀辊转速ns，刀片数量P取试验刀片数量Ps，代入公式(2)并求解得到X牌号烟叶的初始物料容重ρ0；
(b)计算切丝机的初始刀辊转速n0
令公式(2)中的切丝产量G取计划切丝产量G或后序工序的烘丝产量Gh，切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H和刀片数量P均取实际值，物料容重ρ取初始物料容重ρ0，代入公式(2)并求解得到所述切丝机对所述X牌号烟叶的初始刀辊转速n0；
(c)利用物料容重累积算法计算物料容重均值
(c-1)在时间周期T内连续计算所述X牌号烟叶的瞬时物料容重ρi，其中i＝1，2，…，N，N为时间周期T内计算得到的瞬时物料容重ρi的数量；
(c-2)利用公式(3)计算时间周期T内所述X牌号烟叶的物料容重均值
公式(3)中，为物料容重定长时间内实际均值，单位kg/mm3；ρi为瞬时物料容重，单位kg/mm3；N为时间周期T内计算得到的瞬时物料容重ρi的数量；
(d)计算切丝机的刀辊调整转速nt
令公式(2)中的切丝产量G取计划切丝产量G或后序工序的烘丝产量Gh，切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H和刀片数量P均取实际值，物料容重ρ取步骤(c)计算所得的物料容重均值代入公式(2)并求解得到所述切丝机对所述X牌号烟叶的刀辊调整转速nt；
(e)按照步骤(d)计算所得的刀辊调整转速nt调整所述切丝机的当前刀辊转速n，返回步骤(c)。
2.根据权利要求1所述的切丝机自动调速控制方法的控制设备，其特征在于其包括网卡、PLC以及工控机，所述网卡和PLC均设置在所述切丝机上；所述网卡用于将实测所得的切丝机切丝宽度B、刀门宽度W、刀门开度H、刀辊转速n和刀片数量P实时传输至工控机，所述工控机用于计算烟叶的初始物料容重ρ0、切丝机的初始刀辊转速n0、烟叶的物料容重均值和刀辊调整转速nt，所述工控机利用所述网卡将刀辊调整转速nt传输至设置在切丝机上的PLC，所述PLC按照刀辊调整转速nt调整所述切丝机的当前刀辊转速n。
3.根据权利要求1所述的切丝机自动调速控制方法的控制设备，其特征在于其包括上位机，所述上位机与工控机之间建立有数据互通链路，进而实现远程操控。
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