CN105675432B - 造纸法再造烟叶涂布率在线检测、控制方法及控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测、控制方法及控制系统，所述涂布率在线精准检测方法包括：根据进入涂布机中的涂布液浓度值c%，以及实时获取得检测点处涂布前的基片水分值a%和检测点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值b%，建立涂布率计算模型得出在线实时检测的涂布率。本发明可准确得到造纸法再造烟叶横幅的涂布率。

Description

造纸法再造烟叶涂布率在线检测、控制方法及控制系统

技术领域

本发明涉及造纸法再造烟叶涂布率在线精准检测、控制方法及控制系统。

背景技术

造纸法再造烟叶的生产是一个分离与重组的工艺过程，其中基片涂布后形成造纸法再造烟叶是非常重要的环节，而精准地控制造纸法再造烟叶涂布率及均匀分布是核心组成。造纸法再造烟叶行业的造纸法再造烟叶涂布方式基本相同，其构成主要是双辊涂布机。其造纸法再造烟叶的涂布率检测方法也基本相同，下面以行业通用标准为例，即以质量法检测造纸法再造烟叶的涂布率，涂布率的计算公式如下：

式中：

m_b为涂布前基片的绝干质量；

m_j为涂布后造纸法再造烟叶的绝干质量。

根据上述的涂布率计算公式，在生产实际中涂布率检测有两种，为人工检测和定量扫描仪检测，具体而言：

方法一是人工现场取样基片、造纸法再造烟叶，烘干后称量，然后计算涂布率；该方法在造纸法再造烟叶生产中使用较多，成本低，单点检测精确，但检测缓慢，对生产现场指导反馈调节作用差。

方法二是采用定量扫描仪检测基片、造纸法再造烟叶的定量，然后计算涂布率。在造纸法再造烟叶生产中使用较少，因为采用两台定量扫描仪检测基片、造纸法再造烟叶的定量，设备成本高，同时定量扫描仪检测造纸法再造烟叶定量的精度也有限，反馈也存在一定滞后。精度有限的原因在于定量扫描仪检测基片、造纸法再造烟叶的绝干定量，需要通过检测基片、造纸法再造烟叶包含水分在内的定量，还要相应检测水分，然后通过含水分在内的定量减去水分才能得到基片、造纸法再造烟叶的绝干定量，最后通过上述公式计算涂布率；反馈存在滞后的原因在于造纸法再造烟叶的定量检测需在造纸法再造烟叶干燥完成后进行，这中间有相当长的烘箱，存在两个检测之间的时间差，影响检测的及时性。

涂布率自动化控制方面：如果采用人工现场取样，则无法进行自动化控制；而如果采用定量扫描仪检测基片、造纸法再造烟叶的定量进行涂布率计算，可进行自动化控制，但较难实现点对点的精确涂布率计算，则其控制精度差一些。

因此，需要一种能在线精准检测涂布率以及在线控制涂布率的方法。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测、控制方法及控制系统，用于解决现有人工检测的准确度低、反馈严重滞后，而定量扫描仪成本高，同时存在单点检测检测精度低、滞后等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法，所述涂布率在线精准检测方法包括：根据进入涂布机中的涂布液浓度值c％，以及实时获取得检测点处涂布前的基片水分值a％和检测点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值b％，建立涂布率计算模型得出在线实时检测的涂布率，所述涂布率计算模型为：

优选的，所述获取检测点处涂布前的基片水分值和检测点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值的具体过程为：所述基片水分值通过第一水分扫描头实时获取，所述造纸法再造烟叶水分值通过第二水分扫描头实时获取，且第一水分扫描头和第二水分扫描头协同运动，第二水分扫描头运动后置于第一水分扫描头，且第二水分扫描头运动后置距离L为

其中，L_测距是指第一水分扫描头和第二水分扫描头间的纸页长度；

V_纸机是指造纸法再造烟叶所用造纸机的运行速度；

V_{第一水分扫描头}是指第一水分扫描头的移动速度。

本发明还提供一种造纸法再造烟叶涂布率在线精准检测系统，其包括：

用于获取涂布前基片水分的第一水分检测单元，

用于获取涂布后造纸法再造烟叶水分值的第二水分检测单元，

用于获取涂布机中涂布液浓度的涂布液浓度检测单元，

与各检测单元相连的控制系统，控制系统内设有计算模块，计算模块内设有如权利要求1

所述的涂布率计算模型。

优选的，所述第一水分检测单元包括第一水分扫描头，所述第二水分检测单元包括第二水分扫描头，且第一水分扫描头和第二水分扫描头协同运动，第二水分扫描头运动后置于第一水分扫描头，且第二水分扫描头运动后置距离L为

其中，L_测距是指第一水分扫描头和第二水分扫描头间的纸页长度；

V_纸机是指造纸法再造烟叶所用纸机的运行速度；

V_{第一水分扫描头}是指第一水分扫描头的移动速度。

本发明还提供一种造纸法再造烟叶涂布率在线控制方法，其具体包括：

将实时采集到的数据按数组形式输送给控制系统，数组形式为[(x_i,a_i％),(x_i,b_i％),(c_i％)]，其中x_i代表涂布辊两端间的第i个采样点，a_i％代表第i个采样点处涂布前的基片水分值，b_i％代表第i个采样点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值，c_i％代表第i个采样点处涂布液浓度值，且涂布辊第一端为起始端即x₁，涂布辊第二端为终止端即x_n，n为采样点总个数；利用权利要求1所述的造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法来计算每个采样点对应的涂布率，得到涂布率数组[(x_i,T_i％)]；

采用最小二乘法对所述涂布率数组[(x_i,T_i％)]进行线性拟合得出涂布率线性方程，并且进行线性判断，当线性相关系数R＞0.894时，拟合得出的所述涂布率线性方程参与控制涂布率；而当线性相关系数R≤0.894时，控制系统给出报警信号，提示涂布率分布紊乱。优选的，当线性相关系数R＞0.894时，拟合得出的所述涂布率线性方程为：

其中T_设％为生产需要的预设涂布率值。

进一步的，通过所述涂布率线性方程进行涂布量调控的具体方法为：

根据所述涂布率线性方程计算所述涂布辊第一端的涂布率值[(x₁,y₁)]和所述涂布辊第二端的涂布率值[(x_n,y_n)]；

所述控制系统通过计算得到的y₁、y_n，并且根据生产需要的预设涂布率值T_设％，在设定量范围内满足运行所设定的涂布率限定值±T_限％，以及为达到所需控制精度所设置的分级系数γ，来控制涂布辊第一端和涂布辊第二端的气胎压力，进而控制涂布辊两端的涂布棍间间隙或线压，达到造纸法再造烟叶横幅涂布量的准确控制。

优选的，所述控制系统显示得到的所述涂布率数组构成的造纸法再造烟叶涂布率分布状况图像信息，同时显示所述线性相关系数R。

如上所述，本发明的造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测、控制方法及控制系统，具有以下有益效果：实时采样基片的水分、造纸法再造烟叶的水分和涂布液浓度，并且根据涂布率计算模型计算，准确得到造纸法再造烟叶横幅的涂布率；控制系统根据建立的自动控制方式实时比对涂布率的设定值并进行控制运算，控制涂布辊两端的涂布棍间间隙或线压，如此实现了造纸法再造烟叶的横幅涂布率的最大偏差控制在2％以内。

附图说明

图1显示为本发明的造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法中的采样点示意图。

图2显示为本发明的造纸法再造烟叶涂布率在线检测的示意图。

图3显示为本发明的造纸法再造烟叶涂布率在线控制的系统示意图。

元件标号说明

1 第一水分扫描头

2 第二水分扫描头

3 涂布辊

31 涂布辊第一端

32 涂布辊第二端

4 浓度传感器

5 控制系统

6 第一水分检测单元

7 涂布液浓度检测单元

8 第二水分检测单元

9 执行单元

10 涂布机

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法，所述涂布率在线精准检测方法包括：如图1所示，根据进入涂布机中的涂布液浓度值c％，以及实时获取得检测点处涂布前的基片水分值a％和检测点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值b％，建立涂布率计算模型得出在线实时检测的涂布率，所述涂布率计算模型为：

例如，生产现场测得涂布前的基片水分为15.5％，涂布后的造纸法再造烟叶水分为44.6％，涂布液浓度为33.72％，则根据上述涂布率计算模型计算出的涂布率为34.88％，实际检测为35.41％，计算出的涂布率与实际检测非常接近，满足检测需求。

下表1给出了一系列的模拟计算，都非常贴近生产现场实际情况。如涂布前的基片水分发生改变，造纸法再造烟叶水分发生改变，以及涂布液浓度发生改变，均可以通过上述涂布率计算模型实时计算出改变后的涂布率，从表1还可看出改变值对涂布率的影响。

表1在涂布率检测结果的模拟计算

上述获取检测点处涂布前的基片水分值和检测点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值的具体过程为：见图2所示，基片水分值通过第一水分扫描头1实时获取，造纸法再造烟叶水分值通过第二水分扫描头2实时获取，且第一水分扫描头1和第二水分扫描头2协同运动，第

二水分扫描头2运动后置于第一水分扫描头1，且第二水分扫描头2运动后置距离L为其中，L_测距是指第一水分扫描头和第二水分扫描头间的纸页长度；V_纸机是指造纸法再造烟叶所用纸机的运行速度；V_{第一水分扫描头}是指第一水分扫描头的移动速度。上述L代表造纸法再造烟叶水分检测点在纸页横幅上与当前基片水分检测点垂直相焦点的距离，通过该距离来设定第一水分扫描头和第二水分扫描头的相对位置，来确保所测得的基片水分值和造纸法再造烟叶水分值为涂布前后的同一点。

本发明还提供一种造纸法再造烟叶涂布率在线精准检测系统，其可以完成上述涂布率在线精准检测方法，如图2及图3所示，其包括：

用于获取涂布前基片水分的第一水分检测单元6，第一水分检测单元6包括上述第一水分扫描头1；用于获取涂布后造纸法再造烟叶水分值的第二水分检测单元8，第二水分检测单元包括第二水分扫描头；用于获取涂布机中涂布液浓度的涂布液浓度检测单元7，涂布液浓度检测单元包括浓度传感器4；与各检测单元相连的控制系统5，控制系统内设有计算模块，计算模块内设有如上所述的涂布率计算模型。本控制系统可以实时计算涂布率，无需经人工测试，其设备成本无需很高，不会增加生产成本，计算得出涂布率后还可通过执行单元9来调整涂布机10，以及调节涂布机10上的涂布辊3。

为达到更加精准的检测获取更精准的涂布率，第一水分扫描头1和第二水分扫描头2协同运动，第二水分扫描头2运动后置于第一水分扫描头1，且第二水分扫描头运动后置距离L为其中，L_测距是指第一水分扫描头和第二水分扫描头间的纸页长度；

V_纸机是指造纸法再造烟叶所用造纸机的运行速度；V_{第一水分扫描头}是指第一水分扫描头的移动速度。上述L代表造纸法再造烟叶水分检测点在纸页横幅上与当前基片水分检测点垂直相焦点的距离，通过该距离来设定第一水分扫描头和第二水分扫描头的相对位置，来确保所测得的基片水分值和造纸法再造烟叶水分值为涂布前后的同一点。即基片水分检测点在涂布完成后，该检测点被造纸法再造烟叶水分检测点检测到，实现精确涂布率计算。

例如，L_测距＝3500mm，V_纸机＝90m/min，V_{第一水分扫描头}＝23mm/s，则L为53.67mm，即造纸法再造烟叶水分测试点在纸页横幅上与当前基片水分测试点垂直相焦点的距离为53.67mm，如此保证两次的水分测试点为相同位置。

本发明还提供一种造纸法再造烟叶涂布率在线控制方法，其可采用上述控制系统来实施，具体包括：

将实时采集到的各数据按数组形式输送给控制系统，数组形式为[(x_i,a_i％),(x_i,b_i％),(c_i％)]，其中x_i代表涂布辊两端间的第i个采样点，a_i％代表第i个采样点处涂布前的基片水分值，b_i％代表第i个采样点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值，c_i％代表第i个采样点处涂布液浓度值，且涂布辊第一端为起始端即x₁，涂布辊第二端为终止端即x_n，n为采样点总个数；一般地，n为在纸幅宽度内1cm间隔采样获得的总采样点个数，第5个采样点即x₅＝5，纸幅宽度也指涂布辊第一端31至涂布辊第二端32间的距离；

利用上述的造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法来计算每个采样点对应的涂布率，得到涂布率数组[(x_i,T_i％)]；即通过涂布率计算模型来计算涂布率；

采用最小二乘法对上述涂布率数组[(x_i,T_i％)]进行线性拟合得出涂布率线性方程，并且进行线性判断，当线性相关系数R＞0.894时，拟合得出的涂布率线性方程参与控制涂布率；而当线性相关系数R≤0.894时，控制系统给出报警信号，提示涂布率分布紊乱。本发明通过得出的涂布率数组进行线性拟合，来判断是否可控，若不可调控即会发出警报，告诉工作人员。

上述线性相关系数R利用公式获得，通过线性相关系数R来评价所得数组的线性相关性，当线性相关系数R＞0.894时，求取涂布率线性方程的斜率采用公式求取涂布率线性方程斜率截距采用公式则拟合得出的涂布率线性方程为：

其中T_设％为生产需要的预设涂布率值。

本发明采用上述拟合的线性方程参与控制涂布率是将涂布率数组进行线性相关的判断，当相关系数R≤0.894时，控制系统给出报警信号，提示涂布率分布紊乱，并在控制系统显示横向造纸法再造烟叶涂布率分布状况图像信息，同时显示R值，提示涂布辊出现涂布质量不可控的状态，以有利于及时对涂布机及其附属设备进行检测和维修，极大减少不合格品量的产生。

进一步，本发明还可通过上述涂布率线性方程进行涂布量调控，其具体方法为：

根据所述涂布率线性方程计算所述涂布辊第一端的涂布率值[(x₁,y₁)]和所述涂布辊第二端的涂布率值[(x_n,y_n)]，最后控制系统5根据y₁、y_n调节执行单元9以实现涂布率的调控9(见图3所示)，该执行单元9为压缩空气调节阀。

上述控制系统5通过计算得到的y₁、y_n，并且根据生产需要的预设涂布率值T_设％，在设定量范围内满足运行所设定的涂布率限定值±T_限％，以及为达到所需控制精度所设置的分级系数γ，并根据涂布率测量值与涂布率限定值的比值结合分级系数，将计算得到数值进行PID控制运算，以得到控制涂布辊两端气胎压力的压缩空气调节阀的控制量，并根据压缩空气调节阀的控制量来控制涂布辊第一端和涂布辊第二端的气胎压力，进而控制涂布辊两端的涂布棍间间隙或线压，达到造纸法再造烟叶横幅涂布量的准确控制。

具体地，根据生产需要的预设涂布率值T_设％，同时设定量范围内满足运行所设定的涂布率限定值±T_限％，以及为达到所需控制精度所设置的分级系数γ；若y₁>0且小于|T_限％|，将控制涂布辊第一端气胎压力的压缩空气调节阀按幅度减小进行PID控制运算，若y₁>0，且|y₁|＜|T_限％|，则将控制涂布辊涂布辊第一端气胎压力的压缩空气调节阀按幅度增大进行PID控制运算；对若y_n>0且小于|T_限％|，将控制涂布辊涂布辊第二端气胎压力的压缩空气调节阀按幅度减小进行PID控制运算，若y_n>0，且|y_n|＜|T_限％|，则将控制涂布辊第二端气胎压力的压缩空气调节阀按幅度增大进行PID控制运算；上述叙述中涉及到的γ为控制分级系数，T_限％＝15％，将上述得到的控制量来控制。当涂布辊第一端、涂布辊第二端的辊间间隙或线压调节得到调节，并实现了两端的涂布率的准确控制，对应造纸法再造烟叶整个横幅涂布量也就得到了准确控制。

综上所述，本发明的造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测、控制方法及控制系统，其实时采样基片的水分、造纸法再造烟叶的水分和涂布液浓度，并且根据涂布率计算模型计算，准确得到造纸法再造烟叶横幅的涂布率；控制系统根据建立的自动控制方式实时比对涂布率的设定值并进行控制运算，控制涂布辊两端的涂布棍间间隙或线压，如此实现了造纸法再造烟叶的横幅涂布率的最大偏差控制在2％以内。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法，其特征在于，所述涂布率在线精准检测方法包括：根据进入涂布机中的涂布液浓度值c％，以及实时获取得检测点处涂布前的基片水分值a％和检测点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值b％，建立涂布率计算模型得出在线实时检测的涂布率，所述涂布率计算模型为：

2.根据权利要求1所述的造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法，其特征在于：所述获取检测点处涂布前的基片水分值和检测点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值的具体过程为：所述基片水分值通过第一水分扫描头实时获取，所述造纸法再造烟叶水分值通过第二水分扫描头实时获取，且第一水分扫描头和第二水分扫描头协同运动，第二水分扫描头运动后置于第一水分扫描头，且第二水分扫描头运动后置距离L为其中，L_测距是指第一水分扫描头和第二水分扫描头间的纸页长度；

V_纸机是指造纸法再造烟叶所用纸机的运行速度；

V_{第一水分扫描头}是指第一水分扫描头的移动速度。

3.一种造纸法再造烟叶涂布率在线精准检测控制系统，其特征在于：包括：

用于获取涂布前基片水分的第一水分检测单元，

用于获取涂布后造纸法再造烟叶水分值的第二水分检测单元，

用于获取涂布机中涂布液浓度的涂布液浓度检测单元，

与各检测单元相连的控制系统，控制系统内设有计算模块，计算模块内设有如权利要求1所述的涂布率计算模型。

4.根据权利要求3所述的造纸法再造烟叶涂布率在线精准检测控制系统，其特征在于：所述第一水分检测单元包括第一水分扫描头，所述第二水分检测单元包括第二水分扫描头，且第一水分扫描头和第二水分扫描头协同运动，第二水分扫描头运动后置于第一水分扫描头，且第二水分扫描头运动后置距离L为

其中，L_测距是指第一水分扫描头和第二水分扫描头间的纸页长度；

V_纸机是指造纸法再造烟叶所用造纸机的运行速度；

V_{第一水分扫描头}是指第一水分扫描头的移动速度。

5.一种造纸法再造烟叶涂布率在线控制方法，其特征在于：具体包括：

将实时采集到的数据按数组形式输送给控制系统，数组形式为[(x_i,a_i％),(x_i,b_i％),(c_i％)]，其中x_i代表涂布辊两端间的第i个采样点，a_i％代表第i个采样点处涂布前的基片水分值，b_i％代表第i个采样点处涂布后的造纸法再造烟叶水分值，c_i％代表第i个采样点处涂布液浓度值，且涂布辊第一端为起始端即x₁，涂布辊第二端为终止端即x_n，n为采样点总个数；

利用权利要求1所述的造纸法再造烟叶的涂布率在线精准检测方法来计算每个采样点对应的涂布率，得到涂布率数组[(x_i,T_i％)]；

采用最小二乘法对所述涂布率数组[(x_i,T_i％)]进行线性拟合得出涂布率线性方程，并且进行线性判断，当线性相关系数R＞0.894时，拟合得出的所述涂布率线性方程参与控制涂布率；而当线性相关系数R≤0.894时，控制系统给出报警信号，提示涂布率分布紊乱。

6.根据权利要求5所述的造纸法再造烟叶涂布率在线控制方法，其特征在于：当线性相关系数R＞0.894时，拟合得出的所述涂布率线性方程为：

其中T_设％为生产需要的预设涂布率值。

7.根据权利要求6所述的造纸法再造烟叶涂布率在线控制方法，其特征在于：通过所述涂布率线性方程进行涂布量调控的具体方法为：

根据所述涂布率线性方程计算所述涂布辊第一端的涂布率值[(x₁,y₁)]和所述涂布辊第二端的涂布率值[(x_n,y_n)]；

所述控制系统通过计算得到的y₁、y_n，并且根据生产需要的预设涂布率值T_设％，在设定量范围内满足运行所设定的涂布率限定值±T_限％，以及为达到所需控制精度所设置的分级系数γ，来控制涂布辊第一端和涂布辊第二端的气胎压力，进而控制涂布辊两端的涂布辊间间隙或线压，达到造纸法再造烟叶横幅涂布量的准确控制。

8.根据权利要求5所述的造纸法再造烟叶涂布率在线控制方法，其特征在于：所述控制系统显示得到的所述涂布率数组构成的造纸法再造烟叶涂布率分布状况图像信息，同时显示所述线性相关系数R。