CN106932298A - 一种储柜内烟丝填充值均值测量方法 - Google Patents

Abstract

一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，其方法步骤如下：首先确定标准样本参数，标本参数包括标准批次烟丝重量W_标、标准样本体积V_标、含水率均值S_标以及填充值均值d_标，然后通过填充值回归模型公式(b)得出填充系数K₁；再运用Minitab软件的DOE工具确定修正系数K₂、K₃；填充系数和修正系数确定后，使至少两组批次的烟丝经过电子皮带秤和红外水分仪后进入储柜来确定修正常值C；将获得的填充系数K₁和修正常值C代入烟丝填充值计算模型公式(c)得到烟丝填充值计算公式(g)，再将烟丝填充值计算公式(g)应用到在线测量正常批次烟丝的填充值均值。该方法测量的数据误差小、精度高，能够较好的反映烟丝批次内的质量水平。

Description

一种储柜内烟丝填充值均值测量方法

技术领域

本发明属于烟草制丝生产工艺检测技术领域，具体涉及一种储柜内烟丝填充值均值测量方法。

背景技术

在烟草制丝生产中，烟丝填充值是制丝加工质量的重要物理指标，它是指单位重量的烟丝在一定压力下，经过一定时间后保持的体积，以比容来表示，单位是cm³/g。烟丝的填充能力与烟支的质量、卷烟单箱耗丝量、焦油含量有着密切的关系。目前，烟草生产企业一般采用人工随机取样，在实验室通过专用的填充值测定仪进行静态检测，然而该方法取得的检测数据离散较大，一些偶然数据无法避免，也不能准确地反映整批烟丝填充值的平均水平。

专利号为ZL200310121802.X的专利公开了一种辐射测量烟丝填充值的方法及系统，专利号为ZL200510086912.6的专利公开了一种X光烟丝填充值测量方法及其装置，这两个公开的专利分别采用Y射线和X光在线测量烟丝填充值的方法，均是通过压辊式测厚装置得出电压信号与标准值进行比较，从而计算得出瞬时填充值；专利号为ZL201210000176.8的专利公开了一种在线测量烟丝填充值的方法，该发明是利用称重法在线测量烟丝填充值，测得的是烟丝的瞬时重量，并利用重量或其变化量与单位体积之间的对应关系，从而得到烟丝填充值的方法。上述测量方法测量的均是烟丝的瞬时填充值，再对瞬时数据进行平均，从而得出整体批次内的烟丝填充值平均值，但通过上述测量方法产生的累积误差较大，不能较好的反映烟丝批次内的质量水平。

发明内容

本发明的目的在于提供一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，该方法能够在线快速测量烟丝填充值的均值水平，测量的数据误差小、精度高，能够较好的反映烟丝批次内的质量水平。

为实现上述目的，一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，承载该方法的装置包括电子皮带秤、红外水分仪和一组超声波传感器，所述电子皮带秤和红外水分仪分别安装在储柜的进料端，所述一组超声波传感器分别安装于铺料行车的下方 中部和铺料行车的边缘一侧，所述电子皮带秤、超声传感器和红外水分仪分别与PLC控制器电连接；所述方法包括如下步骤：

(1)烟丝体积的计算：首先测量出储柜宽度为L₁、长度为L₂以及烟丝分布在铺料行车上的宽度L₃，烟丝经过分配行车和铺料行车在储柜内均匀铺设，其堆积的横截面上部呈梯形，下部呈长方形，然后通过安装在铺料行车下方中部和边缘的超声波传感器实时向下探测物料高度，传输至PLC控制器经程序处理，分别获取烟丝中部堆积高度H₁和边缘堆积高度H₂，最后通过烟丝体积计算模型公式(a)计算得出烟丝体积，烟丝体积计算模型公式(a)如下：

V＝L₂*[(L₁+L₃)(H₁-H₂)÷2+L₁*H₂]

(2)确定标准样本参数：所述标本参数包括标准批次烟丝重量W_标、含水率均值S_标以及填充值均值d_标；所述标准批次烟丝重量W_标通过电子皮带秤获取，所述含水率均值S_标通过红外水分仪获取，所述填充值均值d_标通过实验室专用的填充值测定仪获取，利用超声波传感器检测得出标准批次烟丝在储柜的中部高度H_标1和边缘高度H_标2，并通过烟丝体积计算模型公式(a)得出标准样本体积V _标，最后通过填充值回归模型公式(b)计算得出填充系数K₁，填充值回归模型公式(b)如下：

(3)确定修正系数K₂、K₃：根据烟丝填充值计算模型公式(c),在忽略修正常值C的基础上，运用Minitab软件的DOE工具，设计针对K₂、K₃的3²全因子试验，增加两个中心点，实验重复2次，每次实验由实验室专用设备测量获得填充值，所得填充值与K₂、K₃拟合，经过响应优化器进行优化得出K₂、K₃的最佳值；所述烟丝填充值计算模型公式(c)如下：

所述d_重为批次重量误差补偿，批次重量误差补偿模型公式(d)如下：

所述d_水为含水率误差补偿，含水率误差补偿模型公式(e)如下：

所述S为正常批次烟丝含水率均值，在生产过程中，通过红外水分仪以周期T采集瞬时含水率S¹输入到PLC控制器，代入平均值滤波模型公式(f)：

(4)确定修正常值C：填充系数K₁和修正系数K₂、K₃确定后，使至少两组批次的烟丝经过电子皮带秤和红外水分仪后进入储柜，超声波传感器检测得出批次烟丝在储柜的中部高度H₁和边缘高度H₂，并通过烟丝体积计算模型公式(a)得出批次烟丝体积V；电子皮带秤获取批次烟丝的总重量W，填充值d通过实验室专用的填充值测定仪获取，生产批次结束后，PLC控制器自动获取检测数据后，代入烟丝填充值计算模型公式(c)得出修正常值C；

(5)将步骤(2)获得的填充系数K₁和步骤(4)获得的修正常值C代入烟丝填充值计算模型公式(c)，从而得到烟丝填充值计算公式(g)，再将烟丝填充值计算公式应用到在线测量正常批次烟丝的填充值均值。

进一步的，所述烟丝体积计算模型公式(a)、填充值回归模型公式(b)、烟丝填充值计算模型公式(c)、批次重量误差补偿模型公式(d)、含水率误差补偿模型公式(e)和平均值滤波模型公式(f)均通过PLC控制器编程实现。

优选的，所述步骤(2)中的填充系数K₁通过多组标准批次烟丝得到的试验数据再平均获得。

优选的，所述步骤(4)中的修正常值C为0.02。

优选的，所述步骤(3)中的周期T为15s。

与现有技术方案相比，本方法利用烟丝在储柜内存储体积的变化，并考虑烟丝重量和含水率的影响因素，能够通过PLC控制器自动计算整体批次的烟丝填充值，较好的反映批次内的烟丝整体质量水平。本发明具有误差小，精度高、易于实现的特点，适合对叶丝、梗丝、膨胀丝、成品烟丝等制丝产品填充值的测量应用。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，承载该方法的装置包括电子皮带秤、红外水分仪和一组超声波传感器，所述电子皮带秤和红外水分仪分别安装在储柜的进料端，所述一组超声波传感器分别安装于铺料行车的下方中部和铺料行车的边缘一侧，所述电子皮带秤、超声传感器和红外水分仪分别与PLC控制器电连接；当储柜完成进料后，铺料行车在储柜上方行走一遍，超声波传感器实时向下探测物料高度，传输至PLC控制器经程序处理，获取烟丝中部高度均值H₁和边缘的堆积高度均值H₂；所述方法包括如下步骤：

首先，确定标准样本参数。储柜储料宽度L₁为2.5m，长度L₂为20m，标准批次烟丝分布在铺料行车上的宽度L₃为1.2m。通过电子皮带秤获取标准批次烟丝重量W_标为5000kg，通过红外水分仪获取标准批次烟丝含水率均值S_标为13％，在实验室通过专用的填充值测定仪标定填充值均值d_标为4.12cm³/g。

超声波传感器检测得出的标准批次烟丝在储柜的中部高度H₁为1.02m，边缘高度H₂为0.56m，根据烟丝体积计算模型公式(a)得出V_标：

V_标＝20×[(2.5+1.2)×(1.02-0.56)÷2+2.5×0.56]＝45.02m³

然后，将V_标、W_标和d_标代入填充值回归模型公式(b)中得出修正系数K₁为0.458。

为了获得修正系数K₁的最佳值，所述填充系数K₁通过多组标准批次烟丝得到的试验数据再平均获得。

根据烟丝填充值计算模型公式(c),在忽略修正常值C的基础上，运用Minitab软件的DOE工具，设计针对K₂、K₃的3²全因子试验，增加两个中心点，实验重复2次，每次实验由实验室专用设备测量获得填充值，所得填充值与K₂、K₃拟合，经过响应优化器进行优化得出K₂、K₃的最佳值分别为0.26和0.32。

填充系数K₁和修正系数K₂、K₃确定后，使两批烟丝分别经过电子皮带秤和红外水分仪后进入储柜，电子皮带秤获取两批批次烟丝总重量W₁为5060kg、W₂为5150kg；红外水分仪以15s为单位周期，采集瞬时含水率S¹，输入到PLC控制器，经平均值滤波模型公式(f)计算得出两批批次含水率均值S₁为12.94％、S₂为12.96％；

超声波传感器检测得出两批烟丝的中部高度H_1-1为1.05m、H_1-2为1.07m，边缘高度H_2-1为0.58m、H_2-2为0.59m，根据烟丝体积计算模型公式(a)得出两 批烟丝体积V₁为46.39m³、V₂为47.26m³；

由于烟丝自重的原因，批次总重量与标准重量之间的差异对烟丝间的挤压程度产生影响，形成的堆积高度也发生变化，对烟丝填充值计算产生误差；将K₂、W_标、d_标、W₁和W₂代入批次重量误差补偿模型公式(d)得出两批烟丝的d_重1为0.0129、d_重2为0.0321；

烟丝填充能力在很大程度上受含水率的影响，当烟丝含水率在6％以上时，含水率越高，填充能力越低；将K₃、S_标、d_标、S₁和S₂代入含水率误差补偿模型公式(e)得出两批烟丝的d_水1为0.0061、d_水2为0.0040；

两批烟丝的实验室测量填充值d₁分别为4.19cm³/g、4.22cm³/g，将K₁、V₁、V₂、W₁、W₂、d_重1、d_重2、d_水1和d_水2代入烟丝填充值计算模型公式(c)中得出修正常值C分别为-0.0279、-0.0190，平均修正常值C为-0.0235。

将获得的填充系数K₁和修正常值C代入烟丝填充值计算模型公式(c)，从而得到如下烟丝填充值计算公式(g)，再将烟丝填充值计算公式(g)应用到在线测量正常批次烟丝的填充值均值。

本方法中烟丝体积计算模型公式(a)、填充值回归模型公式(b)、烟丝填充值计算模型公式(c)、批次重量误差补偿模型公式(d)、含水率误差补偿模型公式(e)和平均值滤波模型公式(f)均通过PLC控制器编程实现。

取20组在线测量的填充值数据与相应的实验室测量的填充值数据d₁进行比较，结果如下表1所示。

表1分别采用在线测量与实验室测量获得的的填充值数据比较

从表1中可以看出，本发明通过测量批次总重量、总体积，加之重量、水分的误差修正，得出的正常批次生产烟丝填充均值与实验室测量值误差较小，可以真实、快速测量批次内烟丝填充值的均值水平。批次烟丝填充均值较以往的瞬时填充值更能真实反映整批烟丝的加工质量，也可以通过生产监控系统的趋势图实时反映批次间填充值均值的变化，便于生产过程控制。

Claims (5)

1.一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，承载该方法的装置包括电子皮带秤、红外水分仪和一组超声波传感器，所述电子皮带秤和红外水分仪分别安装在储柜的进料端，所述一组超声波传感器分别安装于铺料行车的下方中部和铺料行车的边缘一侧，所述电子皮带秤、超声传感器和红外水分仪分别与PLC控制器电连接；其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)烟丝体积的计算：首先测量出储柜宽度为L₁、长度为L₂以及烟丝分布在铺料行车上的宽度L₃，烟丝经过分配行车和铺料行车在储柜内均匀铺设，其堆积的横截面上部呈梯形，下部呈长方形，然后通过安装在铺料行车下方中部和边缘的超声波传感器实时向下探测物料高度，传输至PLC控制器经程序处理，分别获取烟丝中部堆积高度H₁和边缘堆积高度H₂，最后通过烟丝体积计算模型公式(a)计算得出烟丝体积，烟丝体积计算模型公式(a)如下：

V＝L₂*[(L₁+L₃)(H₁-H₂)÷2+L₁*H₂]

(2)确定标准样本参数：所述标本参数包括标准批次烟丝重量W_标、含水率均值S_标以及填充值均值d_标；所述标准批次烟丝重量W_标通过电子皮带秤获取，所述含水率均值S_标通过红外水分仪获取，所述填充值均值d_标通过实验室专用的填充值测定仪获取，利用超声波传感器检测得出标准批次烟丝在储柜的中部高度H_标1和边缘高度H_标2，并通过烟丝体积计算模型公式(a)得出标准样本体积V_标，最后通过填充值回归模型公式(b)计算得出填充系数K₁，填充值回归模型公式(b)如下：

(3)确定修正系数K₂、K₃：根据烟丝填充值计算模型公式(c)，在忽略修正常值C的基础上，运用Minitab软件的DOE工具，设计针对K₂、K₃的3²全因子试验，增加两个中心点，实验重复2次，每次实验由实验室专用设备测量获得填充值，所得填充值与K₂、K₃拟合，经过响应优化器进行优化得出K₂、K₃的最佳值；所述烟丝填充值计算模型公式(c)如下：

所述d_重为批次重量误差补偿，批次重量误差补偿模型公式(d)如下：

所述d_水为含水率误差补偿，含水率误差补偿模型公式(e)如下：

所述S为正常批次烟丝含水率均值，在生产过程中，通过红外水分仪以周期T采集瞬时含水率S¹输入到PLC控制器，代入平均值滤波模型公式(f)：

$S=(1/n)\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{S}^1$

(4)确定修正常值C：填充系数K₁和修正系数K₂、K₃确定后，使至少两组批次的烟丝经过电子皮带秤和红外水分仪后进入储柜，超声波传感器检测得出批次烟丝在储柜的中部高度H₁和边缘高度H₂，并通过烟丝体积计算模型公式(a)得出批次烟丝体积V；电子皮带秤获取批次烟丝的总重量W，填充值d通过实验室专用的填充值测定仪获取，生产批次结束后，PLC控制器自动获取检测数据后，代入烟丝填充值计算模型公式(c)得出修正常值C；

(5)将步骤(2)获得的填充系数K₁和步骤(4)获得的修正常值C代入烟丝填充值计算模型公式(c)，从而得到烟丝填充值计算公式(g)，再将烟丝填充值计算公式(g)应用到在线测量正常批次烟丝的填充值均值。

2.根据权利要求1所述的一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，其特征在于：所述烟丝体积计算模型公式(a)、填充值回归模型公式(b)、烟丝填充值计算模型公式(c)、批次重量误差补偿模型公式(d)、含水率误差补偿模型公式(e)和平均值滤波模型公式(f)均通过PLC控制器编程实现。

3.根据权利要求1或2所述的一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，其特征在于：所述步骤(2)中的填充系数K₁通过多组标准批次烟丝得到的试验数据再平均获得。

4.根据权利要求1或2所述的一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，其特征在于：所述步骤(4)中的修正常值C为0.02。

5.根据权利要求1或2所述的一种储柜内烟丝填充值均值测量方法，其特征在于：所述步骤(3)中的周期T为15s。