CN109315823A - 一种叶丝秤流量自动控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种叶丝秤流量自动控制方法，包括：计算喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机；根据喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机确定叶丝秤流量设定值及控制策略；通过调节喂料机的入口满料电眼位置并根据HDT的掺配比例在程序上设置不同的喂料机满料电眼遮挡到底带前进的延时时间，增大喂料机的各牌号烟丝极限装存量，以延长满足转换牌号要求的缓冲时间。本发明技术方案通过喂料机内的实际烟丝存量来确定叶丝秤流量的控制值，进而完成了叶丝秤流量的自动控制，减少了叶丝秤流量波动情况。

Description

一种叶丝秤流量自动控制方法

技术领域

本发明涉及烟草制丝设备自动化控制领域，特别涉及一种叶丝秤流量自动控制方法。

背景技术

现有制丝生产线烘丝至掺配加香段工艺流程如图2所示(忽略皮带输送机、振槽等输送设备)。整个工艺流程由为烘丝段、掺配加香段和缓冲区域3个部分组成。在烟草制丝线中，喂料机在工序间主要起到暂存、缓冲和稳定物料流量的作用。喂料机、计量管、皮带秤组成一个制丝线上常见的恒流量控制系统，见图3，喂料机由喂料仓和提升带组成，工作时，喂料仓底带把物料向提升带输送，提升带将物料提升到一定高度后送出至计量管，皮带秤控制烟丝流量，计量管上的光电开关检测物料高度以控制提升带启停，保证供料稳定。

当喂料机内当前批次的烟丝清空时，系统发出允许烘丝段开始下一批次生产的信号，烘前皮带秤开始投料：烟丝进入烘丝机烘干，HDT皮带秤根据烘后皮带秤的瞬时流量按配方比例进行掺配，掺配后的混合烟丝经风选机充分混合后输入到喂料机中进行预填充。当喂料机预填充完毕且掺配加香段发出允许生产的信号后，喂料机开始出烟。该喂料机在两个工艺段中起缓冲作用。在掺配加香段，梗丝、膨丝根据叶丝秤的瞬时流量按配方比例进行掺配，加香机根据加香前皮带秤的流量按配方比例添加香精，加香后的烟丝进入贮柜存放。

在烘丝、掺配加香工艺段中，烘后皮带秤和加香前皮带秤是计量型电子皮带秤，其它都是恒流型皮带秤，其中烘前皮带秤、叶丝皮带秤的设定流量是人工设定的，其它恒流型皮带秤的设定流量由PLC根据配方参数自动调节。由于烘后烟丝流量呈现无规律的波动，一般在5000～8000kg·h^-1之间，叶丝秤的设定流量需要估算烘丝段的烟丝流量(根据烘前皮带秤设定流量、烘丝前后水分、HDT掺配比例、风选机损耗等因素进行预判)及目测喂料机内的烟丝量凭经验进行调节。如果设定固定流量，虽有喂料机作缓冲，但要么设定流量值比实际流量小，导致堵料停机，要么设定值比实际流量大，烟丝不够。由于喂料机上游工序为烘丝段，堵料会造成烘丝机在生产中停机，影响产品质量；下游工序是加香机，影响其加香均匀性的首要因素就是物料流量的均匀性。所以保持喂料机不堵料、不缺料是保证生产连续性、流量稳定性的关键。

在实际生产中，首先人工将叶丝秤流量设为大于烘丝段烟丝平均流量约500kg·h^-1～1000kg·h^-1的较高值，目的是使喂料机内的烟丝量快速减少又不至于令下游设备塞烟，避免喂料机内的烟丝量过多而导致烘丝段设备防堵料停机；生产一段时间后，目测喂料机内的烟丝量减少到一定程度时，再将叶丝秤流量调整为较接近烘丝段烟丝的平均流量。在生产过程中，经常出现需要多次调节以减少出现堵料停机或缺料的情况，但由于人的主观性、操作的滞后性等原因，这些问题时有发生，直接影响生产效率和产品质量。

发明内容

本发明的主要目的是提出一种叶丝秤流量自动控制方法，旨在克服以上问题。

为实现上述目的，本发明提出的一种叶丝秤流量自动控制方法，包括如下步骤：

S10计算喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机：经烘丝机烘丝后，利用烘后皮带秤的累积量T_烘后、HDT掺配比例P_HDT、烟丝从烘后皮带秤输送到喂料机入口所需要的时间t和叶丝皮带秤的累积量T_叶丝：

T_喂料机＝T′_烘后×(1+P_HDT)-T_叶丝 (1)

其中：T′_烘后为t时间之前的T_烘后，即T_烘后延时t时间之后才读取使用；

S20确定叶丝秤流量设定值及控制策略：根据烘前烟丝流量F_烘前、烘丝前烟丝水分M_烘前、烘丝后烟丝水分M_烘后、HDT掺配比例P_HDT、风选机损耗系数K，可估算出烘丝段输出的烟丝流量平均值

由公式(1)、(2)的结果制定叶丝秤流量F_叶丝的控制策略；

S30通过调节喂料机的入口满料电眼位置并根据HDT的掺配比例在程序上设置不同的喂料机满料电眼遮挡到底带前进的延时时间，增大喂料机的各牌号烟丝极限装存量，以延长满足转换牌号要求的缓冲时间。

优选地，所述S20中所述叶丝秤流量F_叶丝的控制策略具体为：

S201估算烘丝段平均流量，设定叶丝秤三级控制流量F1、F2、F3，该三级控制流量根据T_喂料机的烟丝存量T₁、T₂、T₃、T₄之间进行切换，其中三级控制流量设定值F取经验设定值；

S202获取S10所计算的喂料机的实际烟丝存量T_喂料机；

S203若T_喂料机>T₄，则将叶丝秤流量设定为F₃；

S204若T₂<T_喂料机<T₃，则将叶丝秤流量设定为F₂；

S205若T_喂料机<T₁,则将叶丝秤流量设定为F₁。

优选地，在所述T₁与T₂之间设定为第一死区，在所述T₃与T₄之间设定为第二死区。

优选地，所述经验设定值F∈(500kg·h^-1～1000kg·h^-1)。

优选地，所述S20之后，所述S30之前还包括：

根据香前秤的最大生产能力F_{加香前秤max}、梗丝掺配比例P_梗丝、膨丝掺配比例P_膨丝对叶丝秤流量上限F_叶丝max进行限制：

结合公式(1)、(2)、(3)的结果制定叶丝秤流量F_叶丝的控制策略。

优选地，所述S30之后还包括：

S40若掺配加香段已发出允许生产的信号、喂料机内已有一定量的烟丝但尚未预填充完毕时，将喂料机的状态转为预填充完毕，立即出烟到掺配加香段开始下一批次的生产。

优选地，所述S30中将喂料机的各牌号烟丝极限装存量增大至650kg左右，其延长的缓冲时间至少需要6min。

优选地，所述所述喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机的计算式(1)由PLC编写数据堆栈程序实现。

优选地，所述风选机损耗系数K取多个批次的平均值。

本发明通过技术手段估算喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机，喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机包括提升带内的烟丝存量，而由于计量管内的烟丝量相对喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机所占比较少，故计量管内的烟丝量忽略不计，以类似喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机、以配方参数确定叶丝秤流量控制值，提出了叶丝秤流量自动控制的解决方案。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明叶丝秤流量自动控制程序流程图；

图2为制丝车间烘丝至掺配加香段的工艺流程图；

图3为制丝车间掺配工艺段恒流量控制系统结构图；

图4为本发明叶丝秤流量自动控制方案示意图；

图5为人工控制与自动控制系统仿真对比图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

如图1-5所示，本发明提出的一种叶丝秤流量自动控制方法，包括如下步骤：

S10计算喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机：经烘丝机烘丝后，利用烘后皮带秤的累积量T_烘后、HDT掺配比例P_HDT、烟丝从烘后皮带秤输送到喂料机入口所需要的时间t和叶丝皮带秤的累积量T_叶丝：

T_喂料机＝T′_烘后×(1+P_HDT)-T_叶丝 (1)

其中：T′_烘后为t时间之前的T_烘后，即T_烘后延时t时间之后才读取使用；

S20确定叶丝秤流量设定值及控制策略：根据烘前烟丝流量F_烘前、烘丝前烟丝水分M_烘前、烘丝后烟丝水分M_烘后、HDT掺配比例P_HDT、风选机损耗系数K，可估算出烘丝段输出的烟丝流量平均值

由公式(1)、(2)的结果制定叶丝秤流量F_叶丝的控制策略；

S30通过调节喂料机的入口满料电眼位置并根据HDT的掺配比例在程序上设置不同的喂料机满料电眼遮挡到底带前进的延时时间，增大喂料机的各牌号烟丝极限装存量，以延长满足转换牌号要求的缓冲时间。

本发明通过技术手段估算喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机，喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机包括提升带内的烟丝存量，而由于计量管内的烟丝量相对喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机所占比较少，故计量管内的烟丝量忽略不计，以类似喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机、以配方参数确定叶丝秤流量控制值，提出了叶丝秤流量自动控制的解决方案。

优选地，所述S20中所述叶丝秤流量F_叶丝的控制策略具体为：

S201估算烘丝段平均流量，设定叶丝秤三级控制流量F1、F2、F3，该三级控制流量根据T_喂料机的烟丝存量T₁、T₂、T₃、T₄之间进行切换，其中三级控制流量设定值F取经验设定值；

S202获取S10所计算的喂料机的实际烟丝存量T_喂料机；

S203若T_喂料机>T₄，则将叶丝秤流量设定为F₃；

S204若T₂<T_喂料机<T₃，则将叶丝秤流量设定为F₂；

S205若T_喂料机<T₁,则将叶丝秤流量设定为F₁。

在本实施例中，本发明为避免流量设定值频繁变化及尽可能适应各种不同牌号的烟丝，设定3级叶丝控制流量，其分别为F₁、F₂、F₃，控制流量根据T_喂料机的烟丝存量T₁、T₂、T₃、T₄进行切换。

优选地，在所述T₁与T₂之间设定为第一死区，在所述T₃与T₄之间设定为第二死区。

在本实施例中，本发明所说的死区是指在某个区域之内保持原有的输出值不变化，为了避免喂料机的烟丝存量在临界值反复变化时导致输出值频繁波动。

优选地，所述经验设定值F∈(500kg·h^-1～1000kg·h^-1)。

优选地，所述S20之后，所述S30之前还包括：

根据香前秤的最大生产能力F_{加香前秤max}、梗丝掺配比例P_梗丝、膨丝掺配比例P_膨丝对叶丝秤流量上限F_叶丝max进行限制：

结合公式(1)、(2)、(3)的结果制定叶丝秤流量F_叶丝的控制策略。

在本实施例中，本发明为了避免掺配后的烟丝流量过大导致下游设备塞烟，需要根据香前秤的最大生产能力F_{加香前秤max}、梗丝掺配比例P_梗丝、膨丝掺配比例P_膨丝对叶丝秤流量上限F_叶丝max进行限制。

优选地，所述S30之后还包括：

S40若掺配加香段已发出允许生产的信号、喂料机内已有一定量的烟丝但尚未预填充完毕时，将喂料机的状态转为预填充完毕，立即出烟到掺配加香段开始下一批次的生产。

在本实施例中，本发明当掺配加香段已发出允许生产的信号、喂料机内已有一定量的烟丝但尚未预填充完毕时，通过人工干预将喂料机的状态转为预填充完毕，立即出烟到掺配加香段开始下一批次的生产，可有效控制喂料机内的烟丝量。

优选地，所述S30中将喂料机的各牌号烟丝极限装存量增大至650kg左右，其延长的缓冲时间至少需要6min。

优选地，所述喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机的计算式(1)由PLC编写数据堆栈程序实现。

优选地，所述风选机损耗系数K取多个批次的平均值。

本发明实操作及效果：

将叶丝秤流量的自动控制方案在Simulink(Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包。)中进行模拟仿真，凭经验设烘丝前烟丝水分M_烘前＝18％、烘丝后烟丝水分M_烘后＝12％、K＝0.981、F₁＝F₂-200、T₄＝400kg、T₃＝350kg、T₂＝250kg、T₁＝200kg，仿真曲线与人工控制的实际生产曲线对比见图5：

从图5中可看出采用自动控制技术后呈现下列3个优点：

(1)自动控制的叶丝秤流量峰值比人工设定峰值低约500kg·h^-1，减少了下游工序塞烟的可能性：

(2)当生产HDT比例为11.11％的牌号时，改进前喂料机的存量上限约500kg，改进后增加约150kg，改进前的缓冲时间约330s，改进后增加约75s，可大幅减少因喂料机满载而导致烘丝段防堵料停机的几率；

(3)喂料机内的烟丝存量得到有效控制，不会出现存料量过少而导致的流量波动情况。在生产的尾段，喂料机内的烟丝量控制在200kg左右，比改进前少约150kg，可提前64s结束该批次的生产。

采用叶丝秤流量自动控制后，烘丝段防堵料停机几率从2.5％下降至0.22％。由于皮带秤的流量波动是影响加香精度的首要因素，所以叶丝秤流量的改变次数和变化幅度会直接影响产品的质量：在一般情况下，流量的改变次数从每批1～3次不等变为每批2次，变化幅度从1000kg·h^-1～3000kg·h^-1下降为1000kg·h^-1；如果喂料机存量T_喂料机＜T₄时能够出烟，改变的次数可减少为1次，变化幅度可降为200kg·h^-1；如果再令F₂略大于可取消F₁，实现恒流量生产，即流量的改变次数为0，但需要根据设备、工艺的实际情况进行细致的调整才能实现。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

S10经烘丝机烘丝后，获取烘后皮带秤的累积量T_烘后、HDT掺配比例P_HDT、烟丝从烘后皮带秤输送到喂料机入口所需要的时间t和叶丝皮带秤的累积量T_叶丝，计算喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机：

T_喂料机＝T′_烘后×(1+P_HDT)-T_叶丝 (1)

其中：T′_烘后为t时间之前的T_烘后，即T_烘后延时t时间之后才读取使用；

S20确定叶丝秤流量设定值及控制策略：根据烘前烟丝流量F_烘前、烘丝前烟丝水分M_烘前、烘丝后烟丝水分M_烘后、HDT掺配比例P_HDT、风选机损耗系数K，可估算出烘丝段输出的烟丝流量平均值

由公式(1)、(2)的结果制定叶丝秤流量F_叶丝的控制策略；

S30通过调节喂料机的入口满料电眼位置并根据HDT的掺配比例在程序上设置不同的喂料机满料电眼遮挡到底带前进的延时时间，增大喂料机的各牌号烟丝极限装存量，以延长满足转换牌号要求的缓冲时间。

2.如权利要求1所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，所述S20中所述叶丝秤流量F_叶丝的控制策略具体为：

S201估算烘丝段平均流量，设定叶丝秤三级控制流量F1、F2、F3，该三级控制流量根据T_喂料机的烟丝存量T₁、T₂、T₃、T₄之间进行切换，其中三级控制流量设定值F取经验设定值；

S202获取S10所计算的喂料机的实际烟丝存量T_喂料机；

S203若T_喂料机>T₄，则将叶丝秤流量设定为F₃；

S204若T₂<T_喂料机<T₃，则将叶丝秤流量设定为F₂；

S205若T_喂料机<T₁,则将叶丝秤流量设定为F₁。

3.如权利要求2所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，在所述T₁与T₂之间设定为第一死区，在所述T₃与T₄之间设定为第二死区。

4.如权利要求2所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，所述经验设定值F∈(500kg·h^-1～1000kg·h^-1)。

5.如权利要求2所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，所述S20之后，所述S30之前还包括：

根据香前秤的最大生产能力F_{加香前秤max}、梗丝掺配比例P_梗丝、膨丝掺配比例P_膨丝对叶丝秤流量上限F_叶丝max进行限制：

结合公式(1)、(2)、(3)的结果制定叶丝秤流量F_叶丝的控制策略。

6.如权利要求1所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，所述S30之后还包括：

S40若掺配加香段已发出允许生产的信号、喂料机内已有一定量的烟丝但尚未预填充完毕时，将喂料机的状态转为预填充完毕，立即出烟到掺配加香段开始下一批次的生产。

7.如权利要求1所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，所述S30中将喂料机的各牌号烟丝极限装存量增大至650kg左右，其延长的缓冲时间至少需要6min。

8.如权利要求1所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，所述所述喂料机内的实际烟丝存量T_喂料机的计算式(1)由PLC编写数据堆栈程序实现。

9.如权利要求1所述的叶丝秤流量自动控制方法，其特征在于，所述风选机损耗系数K取多个批次的平均值。