CN110973680A - 一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，属于烟草控制技术领域，所述的稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统包括以下步骤：建立烘丝机加工强度与制丝加工水分散失的数学模型，并以此为基础建立烘丝机加工强度动态预测系统；润叶加料工序生产前，加工强度动态预测系统根据上述数学模型自动预测后续各工序段水分散失，并调整设置润叶加工工序出口水分，稳定烘丝机脱水量以稳定烘丝机加工强度；烘丝工序生产开始时，加工强度动态预测系统通过采集烘丝入口水分实际值，根据修正模型进行烘丝出口水分修正，以稳定烘丝工序批间脱水量均值，极大的降低了滚筒式烘丝机脱水量批间波动范围，稳定了产品加工强度。

Description

一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统

技术领域

本发明属于烟草控制技术领域，更具体的说涉及一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统。

背景技术

现有设备条件下，无论滚筒式烘丝机控制方式如何变化，烘丝机脱水量作为筒壁温度、热风风量、热风温度影响结果的综合表征指标，其变化代表产品加工强度的波动。 常规方式，通过人为经验干预控制润叶加料工序出口水分，以稳定后续生丝水分即烘丝机入口水分，进而确保滚筒式烘丝机加工强度稳定。

但是，发明人发现由于投料生产到混合丝贮丝工序时间跨度较大，加工过程中，贮叶（丝）、输送环节均会造成水分散失；不同季节、不同时段车间的温湿度差异较大，引起在线叶片（叶丝）水分散失波动较大，进而造成滚筒式烘丝机加工强度波动较大。

查询某品牌卷烟全年的滚筒式烘丝机干燥脱水量情况，在润叶加料出口水分实际值差异不大的情况下，滚筒式烘丝机批次间脱水量极差为2.0％，加工强度的差异，影响了产品感官质量的稳定性。

中国专利“一种降低滚筒式烘丝机筒壁温度批间波动的方法及系统”（ CN108771281 A）公开了一种降低滚筒式烘丝机筒壁温度批间波动的方法及系统，通过建立烘丝机筒壁温度与松散回潮加水量数学模型，由定比例加水控制松散回潮出口水分的控制模式改为定量加水的控制模式，极大的降低了滚筒式烘丝机筒壁温度批间波动范围，稳定了产品加工强度。此方法能够有效稳定产品加工强度，但仍存在不足，（1）对于，无恒温恒湿环境的制丝生产线未能充分考虑因环境温湿度变化引起的加工过程含水率散失波动的问题；（2）将控制点前移至松散回潮工序，由于后段工序时间和流程跨度较大，影响因素较多，导致控制滞后；（3）对于当前批次过程实时控制能力较差。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种稳定滚筒式烘丝机加工强度批间波动的方法，针对表征烘丝加工强度的关键参数烘丝脱水量目标值的实现，由原来对烘丝前后工序含水率设计值的人为干预设定改为实时动态预测控制模式，极大的降低了滚筒式烘丝机脱水量批间波动范围，稳定了产品加工强度。

为了解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的:所述的稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法采用以下步骤：

步骤1.建立烘丝前后各段含水率散失与烘丝加工强度的数学模型；

步骤2.润叶工序生产前，依据品牌烘丝脱水量目标值标准和混合丝含水率控制标准，利用含水率散失数学模型计算出润叶出口含水率控制设定值；

步骤3.烘丝工序生产开始后，通过采集干燥入口含水率实际值，并利用含水率散失数学模型对脱水量符合性进行验证，依据验证结果对批次烘丝出口含水率进行修正设定，从而达到稳定烘丝干燥脱水量的目的，实现烘丝机加工强度的稳定控制；

以“烘丝脱水量”即（烘丝后纯丝含水率-烘丝前生丝含水率）作为表征烘丝机加工强度的关键特性指标，通过对各品类卷烟半成品不同脱水量区间进行感官评价，建立牌号品牌烘丝脱水量目标值W0,并纳入工艺标准。

优选的，所述的步骤1数学模型为：烘丝工序前后含水率散失数学模型为：Y1=X1-X2×Z+X3×N1+X4×N2，Y2=X5+X6×N3-X7×N4，其中；Y1为润叶出口至烘丝入口段水分散失，Y2为烘丝出口至混合丝段水分散失，Z为润叶后贮叶时间，N1为水分散失点Y1环境温度，N2为水分散失点Y1环境湿度，N3为水分散失点Y2环境温度，N4为水分散失点Y2环境湿度，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7为品牌系数常量；

烘丝工序前后含水率散失数学模型中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7为方程系数，可根据上月或上年历史同期情况设置，具体为：以上月或历史同期为单位，采集某品类卷烟所有批次的含水率散失实际值，并进行多元回归分析，确定数学模型，即X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7的值。

优选的，利用水分散失模型采用倒推计算出润叶出口含水率控制设定值，具体为：润叶出口水分Q1=混合丝含水率控制中心值Q3+Y2+品牌干燥脱水量目标值W0+Y1。

优选的，所述的步骤2.对烘丝出口含水率进行修正的前提条件是：当烘丝前含水率预测值即（Q1-Y1）与实际检测值差值超过阈值0.3后，可依据公式对烘丝出口含水率设定值进行调整，以保障干燥脱水量目标值实现。

优选的，步骤3.包括烘丝加工强度动态预测系统，烘丝加工强度动态预测系统与测量系统通信及生产中控系统通信，所述测量系统包括环境温湿度采集模块及历史数据分析模块；润叶工序生产前，烘丝加工强度动态预测系统根据烘丝工序前后含水率散失数学模型及卷烟牌号工艺标准确定润叶出口含水率设计值并下达至中控系统；烘丝工序生产开始后，通过调取中控系统烘丝入口含水率实际值，对因偶然性因素导致的预测偏差较大批次进行烘丝出口含水率修正并下达至中控系统。

优选的，所述的烘丝出口含水率修正方法：

W＝Q2－Q3-Y2

其中：W―品牌脱水量实际值；

Q2―烘丝前含水率实测值；

Q3―混合丝含水率中心值；

Y2―烘丝出口含水率至混合丝含水率散失二次预测值；

当脱水量中心值-0.3＜W＜脱水量中心值+0.3时，烘丝出口含水率不做调整；

当W＜脱水量中心值-0.3时，烘丝出口含水率依据实际偏差下调0.3%～0.5%；

当W＞脱水量中心值+0.3时，烘丝出口含水率依据实际偏差上调0.3%～0.5%。

优选的，对烘丝出口含水率进行二次修正的前提条件是：当烘丝入口含水率预测值即（Q1-Y1）与实际检测值差值Q2超过阈值0.3后，可依据公式对烘丝出口含水率设定值进行调整，以保障烘丝脱水量目标值实现。

本发明有益效果：

1、使用本发明的方法及系统进行烘丝过程前后水分的预干预，可以实现烘丝过程脱水量指标的稳定控制，稳定了产品的批间加工强度。

2、使用本发明的方法及系统，解决了传统人为经验干预水分控制批间波动较大的行业共性问题，尤其适用于无恒温恒湿环境的制丝生产线。

3、本发明数学模型中系数常量，会随监控采集数据的不断增多而进行优化修正。

附图说明

图1为应用前后脱水量批间波动统计图；

图2为烘丝脱水量影响因子控制节点示意图；

图3为车间内部环境温湿度模拟及检测器安装位置示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1：

本申请的一种典型的实施方式中，公开了一种稳定滚筒式烘丝机加工强度动的方法，所用到的数学模型为：

水分前后各段水分散失模型，Y1=X1-X2×Z+X3×N1+X4×N2，Y2=X5+X6×N3-X7×N4，其中； Y1为润叶出口至烘丝入口段水分散失，Y2为烘丝出口至混合丝段水分散失，Z为润叶后贮叶时间，N1为水分散失点Y1环境温度，N2为水分散失点Y1环境湿度，N3为水分散失点Y2环境温度，N4为水分散失点Y2环境湿度，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7为品牌系数常量，可根据上月或上年同期情况设置，具体为：以上月或历史同期为单位，采集某品类卷烟所有批次的含水率散失实际值，并进行多元回归分析，确定数学模型，即X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7的值；在确定系数常量的情况下，Y1、Y2可由动态预测系统自动计算并输出。

建立烘丝前后各段含水率散失与烘丝加工强度的数学模型，由含水率散失数学模型倒推计算出润叶出口含水率控制设定值，具体为：润叶出口水分Q1=混合丝含水率控制中心值Q3+Y2+品牌干燥脱水量目标值W0+Y1，把数学模型集成到动态预测系统中，润叶生产前自动计算并设置润叶出口水分，以稳定烘丝机脱水量；

采用的数学模型应用后，批次间脱水量稳定性提升约63.6％，极大的降低了滚筒式烘丝机批次间加工强度波动范围，稳定了产品加工强度，为稳定产品感官质量提供了有力的技术支撑。

实施例2：

一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的系统，包括烘丝加工强度动态预测系统，烘丝加工强度动态预测系统与测量系统及生产中控系统通信，所述测量系统为环境温湿度采集模块与历史数据分析模块；

进一步的，环境温湿度采集模块，通过对生产车间内部环境温湿度进行分布模拟，优选地以1.5±0.3m高度作为安装平面，结合含水率散失发生的工艺路线，选择能表征该区域温湿度变化的区域为安装点，最后通过烘丝加工强度动态预测系统与生产系统MES系统数据融合，实现对生产批次信息、生产历史信息、工艺标准信息、水分散失点环境温湿度信息的联合检测。

润叶加料工序生产前，烘丝加工强度动态预测系统通过采集水分散失点当前车间环境温湿度信息并与中控系统通讯，获取当年批次信息及牌号工艺标准，并依据工艺标准中烘丝脱水量目标值和混合丝含水率控制中心值，利用含水率散失数学模型倒推预测出润叶加料出口含水率控制设定值，并下达至中控；

进一步的，烘丝工序生产开始后，烘丝加工强度动态预测系统与中控系统通讯并获取烘丝入口含水率实际值，并利用含水率散失数学模型对脱水量符合性进行验证，依据验证结果对批次烘丝出口含水率进行修正设定，从而达到稳定烘丝脱水量的目的，实现烘丝机加工强度的稳定控制。

实施例3：

以某品牌卷烟为例，以历史同期月份为单位进行分析。采集2017年11月1日-30日所有批次的水分散失值及水分散失点环境温湿度值，并进行回归分析，确定数学模型，Y1=-0.365-0.006*贮叶时间+0.059*内部温度-0.006*内部湿度 ;Y2= 1.192+0.005*内部温度-0.012*内部湿度。

经模型有效性检验，水分散失回归模型显著，残差及均方检验均正常，最终获得了2018年11月份水分散失点的回归方程，使用回归方程对润叶出口水分进行预测控制：

润叶出口水分Q1＝混合丝含水率标准中心值Q3+Y2+品牌干燥脱水量目标值+Y1，

举例说明，以某品牌为例，其混合丝含水率标准为13.0±0.5，干燥脱水量标准6.5，车间当前水分散失点1 温度26℃、湿度44RH%，水分散失点2环境温度26℃、湿度47RH% ，当前生产牌号贮叶时间2小时；则润叶出口水分控制标准 当前批次润叶出口水分控制标准为：润叶出口水分Q1=13.0+ Y2+6.5+Y1=13.0+0.76+6.5+0.89,计算润叶出口水分应设定为21.2。

本申请中，加工强度与水分散失的模型是基于历史数据进行预测确定的，而修正模型是在线确定的，修正公式是微调，依据在线的实际数据，修正烘丝出口水分控制值，以保证品牌目标脱水量的稳定。

依据某品牌干燥脱水量目标值，烘丝加工强度动态预测系统在润叶工序生产开始前自动读取当前批次牌号信息、生产信息、工艺标准信息、及环境温湿度信息，自动计算并设置松润叶出口含水率预测生产指导值。

烘丝工序后，烘丝加工强度动态预测系统自动读取当前批次入口水分实测值Q2，并对当前水分散失Y2进行二次预测,当实测值Q2与预测值（Q1-Y1）差值超过0 .3时，需修正烘丝出口含水率，确保滚筒式烘丝机品牌脱水量稳定在中心值±0.3。

烘丝出口含水率修正方法：

W＝Q2－Q3-Y2

其中：W―品牌脱水量实际值；

Q2―烘丝前含水率实测值；

Q3―混合丝含水率中心值；

Y2―烘丝出口含水率至混合丝含水率散失二次预测值；

[0045]当脱水量中心值-0.3＜W＜脱水量中心值+0.3时，烘丝出口含水率不做调整；

当W＜脱水量中心值-0.3时，烘丝出口含水率依据实际偏差下调0.3%～0.5%；

当W＞脱水量中心值+0.3时，烘丝出口含水率依据实际偏差上调0.3%～0.5%。

举例说明，以某品牌为例，当前Q2为19.6%，预测值为20.0%时，T1- T0＜-0.3，需要调整干燥出口含水率。该品牌混合丝含水率标准为13.2±0.5，脱水量标准中心值为5.5，当前水分散失点2环境温湿度为29℃、65Rh%，依据[0035]计算含水率散失Y2为0.56%，依据[0044]、[0045] 烘丝出口含水率调整方法，实际脱水量W为5.84＞5.5+0.3，烘丝出口含水率需上调0.34%，调整后烘丝脱水量实际值为5.5。

应用效果：

项目应用后，于2018年11月对某品牌批间滚筒烘丝机脱水量进行统计分析，较2017年同期历史数据相比，脱水量批间波动标偏比应用前降低了63.6％。

表1 2018年11月份某品牌批间滚筒烘丝机脱水量波动对比统计表

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员 来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等 同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，其特征在于：所述的稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法采用以下步骤：

步骤1.建立烘丝前后各段含水率散失与烘丝加工强度的数学模型；

步骤2.润叶工序生产前，依据品牌烘丝脱水量目标值标准和混合丝含水率控制标准，利用含水率散失数学模型计算出润叶出口含水率控制设定值；

步骤3.烘丝工序生产开始后，通过采集干燥入口含水率实际值，并利用含水率散失数学模型对脱水量符合性进行验证，依据验证结果对批次烘丝出口含水率进行修正设定，从而达到稳定烘丝干燥脱水量的目的，实现烘丝机加工强度的稳定控制；

以“烘丝脱水量”即（烘丝后纯丝含水率-烘丝前生丝含水率）作为表征烘丝机加工强度的关键特性指标，通过对各品类卷烟半成品不同脱水量区间进行感官评价，建立牌号品牌烘丝脱水量目标值W0,并纳入工艺标准。

2.根据权利要求1所述的一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，其特征在于：所述的步骤1数学模型为：烘丝工序前后含水率散失数学模型为：Y1=X1-X2×Z+X3×N1+X4×N2，Y2=X5+X6×N3-X7×N4，其中；Y1为润叶出口至烘丝入口段水分散失，Y2为烘丝出口至混合丝段水分散失，Z为润叶后贮叶时间，N1为水分散失点Y1环境温度，N2为水分散失点Y1环境湿度，N3为水分散失点Y2环境温度，N4为水分散失点Y2环境湿度，X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7为品牌系数常量；

烘丝工序前后含水率散失数学模型中X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7为方程系数，可根据上月或上年历史同期情况设置，具体为：以上月或历史同期为单位，采集某品类卷烟所有批次的含水率散失实际值，并进行多元回归分析，确定数学模型，即X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7的值。

3.根据权利要求2所述的一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，其特征在于：利用水分散失模型采用倒推计算出润叶出口含水率控制设定值，具体为：润叶出口水分Q1=混合丝含水率控制中心值Q3+Y2+品牌干燥脱水量目标值W0+Y1。

4.根据权利要求1所述的一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，其特征在于：所述的步骤2.对烘丝出口含水率进行修正的前提条件是：当烘丝前含水率预测值即（Q1-Y1）与实际检测值差值超过阈值0.3后，可依据公式对烘丝出口含水率设定值进行调整，以保障干燥脱水量目标值实现。

5.根据权利要求1所述的一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，其特征在于：步骤3.包括烘丝加工强度动态预测系统，烘丝加工强度动态预测系统与测量系统通信及生产中控系统通信，所述测量系统包括环境温湿度采集模块及历史数据分析模块；润叶工序生产前，烘丝加工强度动态预测系统根据烘丝工序前后含水率散失数学模型及卷烟牌号工艺标准确定润叶出口含水率设计值并下达至中控系统；烘丝工序生产开始后，通过调取中控系统烘丝入口含水率实际值，对因偶然性因素导致的预测偏差较大批次进行烘丝出口含水率修正并下达至中控系统。

6.根据权利要求3所述的一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，其特征在于：所述的烘丝出口含水率修正方法：

W＝Q2－Q3-Y2

其中：W―品牌脱水量实际值；

Q2―烘丝前含水率实测值；

Q3―混合丝含水率中心值；

Y2―烘丝出口含水率至混合丝含水率散失二次预测值；

当脱水量中心值-0.3＜W＜脱水量中心值+0.3时，烘丝出口含水率不做调整；

当W＜脱水量中心值-0.3时，烘丝出口含水率依据实际偏差下调0.3%～0.5%；

当W＞脱水量中心值+0.3时，烘丝出口含水率依据实际偏差上调0.3%～0.5%。

7.根据权利要求6所述的一种稳定滚筒式烘丝机加工强度的方法及系统，其特征在于：对烘丝出口含水率进行二次修正的前提条件是：当烘丝入口含水率预测值即（Q1-Y1）与实际检测值差值Q2超过阈值0.3后，可依据公式对烘丝出口含水率设定值进行调整，以保障烘丝脱水量目标值实现。

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