CN105910943B - 一种配方烟丝中膨胀烟丝全自动分离仪及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种配方烟丝中膨胀烟丝全自动控制分离仪及其控制方法，包括烟丝分离装置及其自动控制装置，分离装置包括混合容器和位于混合容器上方并通过球阀与其连通的分离管，以及输液泵、储液罐、叶丝收集盒、膨丝收集盒、管路系统及设置在管路系统中的球阀部分构成，整个管路系统形成一循环封闭回路；控制装置包括操作面板、控制系统、液位感应元件构成；输液泵和各连接阀的启闭均由控制系统支配，在储液罐和混合容器上分别设置有液位感应元件，感应元件与控制系统相连接。该分离仪可实现在密闭条件下分离过程的完全自动完成，准确、快速、稳定，能保证多次分离中每次过程一致性，降低人为误差，提高测试的准确性，降低劳动强度，提高测定自动化程度。

Description

一种配方烟丝中膨胀烟丝全自动分离仪及其控制方法
技术领域
本发明涉及测定配方烟丝中膨胀烟丝掺用比例的仪器，具体地说涉及一种配方烟丝中膨胀烟丝全自动分离仪及其控制方法,可用于快速测定配方烟丝中膨丝掺用比例。
背景技术
配方烟丝主要组分包括叶丝、梗丝、再造烟叶丝和CO2膨胀烟丝等。随着人们生活水平的逐步提高，吸烟与健康生活主题的矛盾逐渐凸显，如何最大限度地降低卷烟产品对人体健康带来的危害，已成为烟草行业新的研究主题。其中，烟丝中膨胀烟丝对于减少烟气中焦油及烟碱含量具有明显作用，通过在卷烟烟丝中掺配一定比例膨胀烟丝，可以减少卷烟产品对人体危害，且其具有成本低、填充性好等优点，因此，烟丝中掺配膨胀烟丝的工艺已为多数烟草企业所采用。而且，随着CO2膨胀烟丝加工制造工艺的成熟，CO2膨胀烟丝在卷烟中的使用比例不断提高、使用范围不断扩大。
CO2膨胀烟丝与烟丝其它组分（叶丝、梗丝、再造烟叶丝等）的物理性质在密度方面存在显著的差异，据文献记载，CO2膨胀烟丝密度（表观密度）为0.47g/cm3——0.58g/cm3，而其它烟丝组分的密度为1.0 g/cm3——1.4g/cm3，因此可以利用CO2膨胀烟丝与烟丝其它组分密度的差异，采用比重法实现配方烟丝中CO2膨胀烟丝与烟丝其它组分的分离，进而测定配方烟丝中CO2膨胀烟丝质量百分含量。
通过对配方烟丝中CO2膨胀烟丝百分含量进行检测，可以实现对配方准确性进行检验、混合均匀性（最终产品或生产过程）和设备（或工序）混合能力进行评价；由于CO2膨胀烟丝为配方烟丝组分之一，因此作为示踪物可以避免由于引入其它物质（MnO2、炭黑、TiO2、KNO3、放射性物质、铁粉等），造成原料的浪费及安全隐患。因此配方烟丝中CO2膨胀烟丝的检验在指导卷烟生产及产品检验方面具有重要意义。
对于配方烟丝中CO2膨胀烟丝百分含量的测定研究，行业内也进行了多种尝试，一是人工挑拣方法，但因人工挑拣难度较大，存在较大误差；二是采用比重法进行CO2膨胀烟丝百分含量的测定，利用CO2膨胀烟丝与配方烟丝密度的差异，选择合适的分离溶液，实现配方烟丝中CO2膨胀烟丝百分含量的测定，专利ZL201310302609.X报道了一种配方烟丝中膨胀烟丝分离装置，但该装置需要人工控制，实现膨胀烟丝的分离。这种采用该装置分离的方法存在以下问题：1、由于过程多个环节需要人工手动控制，因为检测人员的操作习惯、认真和熟练程度不同，容易引入人为误差，造成测试结果偏差；2、由于该发明装置多个环节需要人工参与控制，且整个分离主体并未进行密封，存在一定的安全隐患。
因此，发明一种参数设定后，能够实现配方烟丝中膨胀烟丝在密闭条件下自动分离，进行快速准确测定，减少引入人为误差，降低安全隐患的含自动控制系统的分离装置，对于配方烟丝中膨胀烟丝比例检测具有非常重要的意义。因此，设计配方烟丝中膨胀烟丝自动控制分离仪器及自动控制系统，成为行业迫切需要解决的关键技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了弥补现有技术方法的不足，提供了一种用于配方烟丝中膨丝的全自动分离仪及其控制方法；该分离仪可实现在密闭条件下分离过程的完全自动完成，并提供了一种快速测定配方烟丝中膨丝掺用比例的使用控制方法，该装置及其方法适用于各类配方烟丝中膨丝比例的测量，并能提高测试准确性和安全性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种配方烟丝中膨胀烟丝全自动控制分离仪，包括烟丝分离装置和用于该装置的自动控制装置，所述烟丝分离装置包括混合容器和位于混合容器上方并通过球阀与其连通的分离管，以及输液泵、储液罐、叶丝收集盒、膨丝收集盒、管路系统及设置在管路系统中的球阀部分构成，所述混合容器上开设有进液口和回流口，并设有与回流口和储液罐均连通的回流系统，整个管路系统形成一循环封闭回路；所述自动控制装置包括操作面板、控制系统、液位感应元件构成；所述输液泵和球阀部分的启闭均由控制系统支配，在储液罐和混合容器上分别设置有液位感应元件，该液位感应元件与控制系统相连接。
所述控制系统包括运行系统、执行单元；运行系统由控制程序操控，通过执行单元完成。
所述球阀部分包括六个球阀和用于控制球阀启闭的控制器，控制器与控制系统相连，受控制系统支配，分别控制分离装置中的各管路通断。
在输液泵的出液口管路上设有一单向阀，用于限制进液分离液只能单方向进液，防止分离液回流，避免烟丝回到管路或者储液罐内产生分离误差。
所述进液口包含注液口和注液搅拌口两种，均位于混合容器的底部，其中注液口在容器壁的切线方向，注液搅拌口位于在容器壁法线方向，通过不同方向的进液促使混合烟丝在混合容器内分散开。
所述回流口位于混合容器中部以下，且在回流口处加设有滤网，以防溶液回流时烟丝流入储液罐中。
利用上述分离仪的控制方法如下：是通过烟丝分离装置和自动控制系统组合来实现,具体过程为：首先进行整个分离过程的参数设置，通过运行系统编制控制程序；其次由执行单元来执行具体操作，感应元件将液位实时反馈给控制系统；控制程序根据设置的参数和反馈的信息，通过受控制系统支配的输液泵和受控制系统支配的球阀部分来实现整个分离过程的完成。
本发明以下对各部件功能作用及操作过程进行更具体的描述：
所述混合容器是膨胀烟丝和烟丝其它组分搅拌分离的场所，是分离液将膨胀烟丝和烟丝其它组分搅拌分离的地方，而分离管是将分离开的膨胀烟丝和烟丝其它组分导向不同的收集盒里，实现了膨胀烟丝和烟丝其它组分自动收集过程。
所述管路系统包括进液管路、烟丝管道和回液管路，进液管路连接分离管、气动球阀、输液泵、混合容器等部分，用于连通几个部分的分离液通道。
所述回流系统，在回流管与混合容器连接的回流口处设有滤网，防止烟丝跟着溶剂回流到储液罐内；回流系统用于需要两次或者多次分离过程，方便分离液回流到储液罐内的装置。
在本发明中，所述操作面板包括参数设置界面、操作显示界面(参见图3、4)；参数设置界面包括分离次数、第一次分离时间、第二次分离时间、第三次分离时间、分离管液位、准备阶段时间、上冲时间、卸料时间、下冲时间、下冲次数、回流液位等参数的设置，控制系统根据设置自动编制控制程序，这为研究不同的实验条件对测试结果的影响提供了手段。通过设置界面设置参数，点击操作显示界面，系统能够按照控制程序和感应单元来自动完成控制执行，通过分离装置实现分离过程的全部自动化，即一键操作实现整个分离过程的自动化。操作显示界面主要包括显示区域和操作区域，其中显示区域包括分离次数、当前分离次数、已用时间、分离管液位值和设定值、储液罐液位值；操作区域包括开始、设置、退出和关机，开始即为操作键，每做一组检测仅需按下此键，按键后系统就能自动执行整个烟丝分离收集过程；设置按钮用于进入设置界面。
所述控制系统包含时间计时器、电路及控制程序等；控制系统具有良好的运行稳定性和使用可靠性。
所述感应元件包括分离管和储液罐的两个液位传感器；分离管液位传感器用于反馈分离管中液位的高度，当液位达到设定值时，液位传感器将信号快速反馈给控制系统，从而自动控制各执行元器件的开关，实现分离装置的自动化。储液罐的液位传感器用于检测储液罐中分离液的量，从而实现了分离液量实时监控。
所述执行单元分别通过连接线与球阀部分、输液泵等相连。球阀部分包括六个球阀和用于控制球阀启闭的控制器，分别用来控制分离装置中的六个球阀启闭，从而控制分离液流向；输液泵主要是通过系统控制为整个分离过程提供必要的动力。控制系统通过执行单元来实现整个分离过程的自动化操作。
本发明自动控制原理方法是通过包括烟丝分离装置和自动控制系统组合来实现的。其过程可以描述为：首先进行整个分离过程的参数设置，通过运行系统编制控制程序；其次由执行单元来执行控制程序，感应元件将液位实时反馈给运行系统；控制程序根据设置的参数和反馈的信息，通过受控制程序支配输液泵和受控制程序电磁阀驱动球阀系统来实现整个分离过程的执行。
本发明具有如下优点：
1、烟丝分离装置和自动控制系统组合实现了整个分离过程的完全自动控制；
2、能够精确的控制分离过程中的液位高度；
3、实现多次快速分离，保证分离的彻底，从而提高了精度；
4、自动控制系统的设计实现了准确、快速、稳定，能保证多次分离中每次过程一致性，减少了人工参与，降低人为误差，提高测试的准确性，降低劳动强度，提高测定自动化程度。
5、此仪器的应用可为正确检测和控制配方烟丝中掺用膨丝比例、评价工序或设备混合能力、评价烟丝混合均匀性提供可靠的技术手段；
6、通过参数设置，用户可以根据实际的需求，研究不同的实验条件对测试结果的影响。试验参数设定方便，并能实现自动调节和实时监控。
7、仪器控制系统采用ARM微控制器作为控制核心和完全图形化的中文操作界面，具有良好的运行稳定性和使用可靠性。
8、仪器整体进行封装，减少溶剂挥发，降低安全隐患。
附图说明
图1 为配方烟丝中膨胀烟丝自动分离仪结构装置系统图；
图2为配方烟丝中膨胀烟丝自动分离仪自动控制系统流程图；
图3为配方烟丝中膨胀烟丝自动分离仪参数设置界面；
图4为配方烟丝中膨胀烟丝自动分离仪操作显示界面。
图1中：1.操作面板；2.控制系统；3. 分离管；4.球阀部分；5. 进液管路；6. 单向阀；7. 输液泵（即动力系统）；8. 感应元件；9.回流系统；10.储液罐；11.混合容器,11-1.进液口，11-2.回流口；12. 烟丝管道；13. 膨丝收集盒；14. 回液管路；15.叶丝收集盒。
图4中：16. 显示区域；17. 操作区域。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明：
如图1-4所示：一种配方烟丝中膨胀烟丝全自动控制分离仪，包括烟丝分离装置和用于该装置的自动控制装置，所述烟丝分离装置包括混合容器11和位于混合容器上方并通过球阀与其连通的分离管3，以及输液泵7、储液罐10、叶丝收集盒15、膨丝收集盒13、管路系统及设置在管路系统中的球阀部分4构成，所述混合容器11上开设有进液口11-1和回流口11-2，并设有与回流口11-2和储液罐10均连通的回流系统9，整个管路系统形成一循环封闭回路；所述自动控制装置包括操作面板1、控制系统2、液位感应元件8构成；所述输液泵7和球阀部分4的启闭均由控制系统支配，在储液罐10和混合容器11上分别设置有液位感应元件8，该液位感应元件8与控制系统2相连接。
所述控制系统2包括运行系统、执行单元。运行系统是控制程序运行，通过执行单元执行具体操作控制。
所述球阀部分4包括六个球阀和用于控制球阀启闭的控制器，控制器与控制系统2相连，受控制系统2支配，分别控制分离装置中的各管路通断。
在输液泵7的出液口管路上设有一单向阀6，用于限制进液分离液只能单方向进液，防止分离液回流，避免烟丝回到管路或者储液罐内产生分离误差。
混合容器11设置的进液口包含注液口和注液搅拌口两种，均位于混合容器11的底部，其中注液口在容器11壁的切线方向，注液搅拌口位于在容器11壁法线方向，通过不同方向的进液促使混合烟丝在混合容器11内分散开。
回流口设置在混合容器中部以下，且在回流口处加设有滤网，以防溶液回流时烟丝流入储液罐10中。
利用上述分离仪的控制方法如下：是通过烟丝分离装置和自动控制系统组合来实现,具体过程为：首先进行整个分离过程的参数设置，通过运行系统编制控制程序；其次由执行单元来执行具体操作控制，感应元件8将液位实时反馈给运行系统；控制程序根据设置的参数和反馈的信息，通过受控制系统支配的输液泵和受控制系统支配的球阀部分4来实现整个分离过程的完成。
更具体的说，所述烟丝分离装置包括分离管3、混合容器11、管路系统6、球阀部分4、回流部分9、收集装置（包括叶丝收集盒15和膨丝收集盒13）和储液罐10；所述自动控制系统是由操作面板1、控制系统2（包括运行系统和执行单元）、感应元器件8以及受控制程序支配的输液泵7和受控制程序支配的球阀部分4组成。
所述混合容器11是分离液将膨胀烟丝和烟丝其它组分搅拌分离的地方，而分离管3是将分离开的膨胀烟丝和烟丝其它组分导向不同的收集装置里，实现了膨胀烟丝和烟丝其它组分自动收集过程。
所述管路系统包括进液管路5、烟丝管道12和回液管路14，进液管路5连接分离管3、球阀部分4、输液泵7、混合容器11等部分，用于连通几个部分的分离液通道；烟丝管道12用于球阀部分4与收集装置的连接，管道内部光滑，与其它链接部分均能平滑过渡，无台阶凹槽等，避免烟丝残留，保证烟丝完整的流到收集装置里；回液管路14用于连接膨丝收集盒13和储液罐10，它为不锈钢焊接波纹管，其可伸缩和可偏心特性方便了仪器的安装。
所述单向阀6用于限制分离液只能单方向进液，防止分离液回流，避免烟丝回到进液管路5或者储液罐10内产生分离误差。
所述回流系统9是用于一次分离不完全，需要两次或者多次分离，即能方便分离液回流又能防止烟丝随分离液回流到储液罐10内的装置。
在本发明中，所述操作面板1包括参数设置界面（图3）、操作显示界面（图4）；参数设置界面（图3）包括分离次数、第一次分离时间、第二次分离时间、第三次分离时间、分离管液位、准备阶段时间、上冲时间、卸料时间、下冲时间、下冲次数、回流液位等参数的设置，控制系统2根据设置自动编制控制程序，这为研究不同的检测条件对检测结果的影响提供了方便。通过设置界面（图3）设置参数，点击操作显示界面（图4），系统能够按照控制程序和感应单元8来自动完成控制执行，通过分离装置实现分离过程的全部自动化，即一键操作实现整个分离过程的自动化流程。操作显示界面（图4）主要包括显示区域16和操作区域17，其中显示区域16包括分离次数、当前分离次数、已用时间、分离管液位值和设置值、储液罐液位值；操作区域17包括开始、设置、退出和关机，开始即为操作键，每做一组实验仅需按一下此键，按键后系统就能自动执行整个烟丝分离收集过程；设置按钮用于进入设置界面（图3）。
所述控制系统包含时间计时器、电路及控制程序等；控制系统具有良好的运行稳定性和使用可靠性。
所述感应元件8包括分离容器和储液罐的两个液位传感器；分离管液位传感器用于反馈分离容器中液位的多少，当液位达到设定值时，液位传感器将信号快速反馈给ARM微控制器，从而自动控制各执行元器件的开关，实现分离装置的自动化。储液罐的液位传感器用于检测储液罐10中分离液的量，从而实现了分离液量实时监控。
所述执行单元分别通过连接线与球阀部分4、输液泵7等相连。球阀部分4分别控制分离装置中的各管路通断，从而控制分离液流向；控制系统通过执行单元来实现整个分离过程的自动化操作。
本发明自动控制原理方法是通过包括烟丝分离装置和自动控制系统组合来实现的。其过程可以描述为：首先进行整个分离过程的参数设置，通过运行系统编制控制程序；其次由执行单元来执行具体操作控制，感应元件8将液位实时反馈给运行系统；运行系统根据设置的参数和反馈的信息，通过受控制程序支配输液泵7和受控制程序电磁阀驱动球阀系统4来实现整个分离过程的执行。
配方烟丝中膨胀烟丝自动分离仪的自动系统流程如图2所示，具体步骤如下：
（1）准备 连接电源、气源并打开，等待控制系统2启动完成；
（2）开始 将配方烟丝从分离管上口加入到混合容器内；
（3）进液搅拌 系统自动打开进液管路5中的进液阀，延迟1秒后打开输液泵7，液体开始进入容器内，利用液体的冲力来搅拌配方烟丝，待液位上升至设定值时，分离管的液位感应元件8（即液位传感器）及时将信号反馈给控制系统2，系统自动关闭输液泵7和进液阀，停止进液；
（4）分离静置 静置几分钟（时间为设置的静置时间），等待膨胀烟丝上浮到分离管3内，烟丝其它组分下沉到混合容器11底部；
（5）膨胀烟丝收集 到达设定的静置时间时，系统自动控制关闭和开启相应的球阀4；膨胀烟丝流到膨丝收集盒13里，液体从回液管14直接流入储液罐10内，同时输液泵7和相应的阀打开，利用溶液冲干净残存在分离管3壁上的膨丝，帮助膨胀烟丝收集完整，开启时间长短为设定的上冲时间；
（6）回流 若分离次数达到设定的数值时，则直接转到下一步，若分离次数小于设定值时，则控制系统2自动打开回流阀，混合容器11内的溶剂回流到储液罐10内，当混合容器内的液位等于或低于设定的回流液位时，则系统2自动关闭回流阀，然后重复步骤（3）(4)(5)（6）；
（7）叶丝其它组分收集 打开叶丝收集盒进液管路上的连接阀，叶丝等其它组分随溶剂流入叶丝收集盒15中，溶剂从回液管直接流到储液罐10内；控制系统2打开输液泵7和进液阀，利用溶液冲干净残存在混合容器11和管壁上的叶丝，开启时间长短为设定的下冲时间；
（8）烘干收集的膨胀烟丝和叶丝等其它组分，分别称量计算，即可得出配方烟丝中膨丝的比例；
（9）重复上述步骤即进行新的配方烟丝样品的膨丝的比例测量；
（10）测量结束，关闭电源。

Claims (4)

1.一种配方烟丝中膨胀烟丝全自动控制分离仪，其特征在于：包括烟丝分离装置和用于该装置的自动控制装置，所述烟丝分离装置包括混合容器和位于混合容器上方并通过球阀与其连通的分离管，以及输液泵、储液罐、叶丝收集盒、膨丝收集盒、管路系统及设置在管路系统中的球阀部分构成，所述混合容器上开设有进液口和回流口，并设有与回流口和储液罐均连通的回流系统，整个管路系统形成一循环封闭回路，所述回流口位于混合容器中部以下，且在回流口处加设有滤网，以防溶液回流时烟丝流入储液罐中；所述自动控制装置包括操作面板、控制系统、液位感应元件构成；所述输液泵和球阀部分的启闭均由控制系统支配，在储液罐和混合容器上分别设置有液位感应元件，该液位感应元件与控制系统相连接；
所述控制系统包括运行系统、执行单元；运行系统由控制程序操控，通过执行单元完成；
所述球阀部分包括六个球阀和用于控制球阀启闭的控制器，控制器与控制系统相连，受控制系统支配，分别控制分离装置中的各管路通断。
2.根据权利要求1所述的配方烟丝中膨胀烟丝全自动控制分离仪，其特征在于：在输液泵的出液口管路上设有一单向阀。
3.根据权利要求1所述的配方烟丝中膨胀烟丝全自动控制分离仪，其特征在于：所述进液口包含注液口和注液搅拌口两种，均位于混合容器的底部，其中注液口在容器壁的切线方向，注液搅拌口位于在容器壁法线方向，通过不同方向的进液促使混合烟丝在混合容器内分散开。
4.一种如权利要求1所述配方烟丝中膨胀烟丝全自动控制分离仪的控制方法，其特征在于：是通过烟丝分离装置和自动控制系统组合来实现,具体过程为：首先进行整个分离过程的参数设置，通过运行系统编制控制程序；其次由执行单元来执行具体操作，感应元件将液位实时反馈给控制系统；控制程序根据设置的参数和反馈的信息，通过受控制系统支配的输液泵和受控制系统支配的球阀部分来实现整个分离过程的完成。
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