CN110973687B - 一种制丝过程水分精准控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制丝过程水分精准控制方法，确定制丝过程中，烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型；检测烟叶的即时含水率数据，并与当前控制方式对应的数据模型的当前烟叶含水率进行比对，根据即时含水率调用相应的数据模型。本技术方案通过即时烟叶含水率数据，分别调用与烟叶含水率相一致的环境和控制参数数据模型，以保证整个制丝过程中的控制参数数据均在最优控制参数范围内，并结合环境参数数据，使得烟丝的品质基本一致，提高烟丝的质量。

Description

一种制丝过程水分精准控制方法

技术领域

本发明属于烟草制造精确控制技术领域，特别是指一种制丝过程水分精准控制方法。

背景技术

制丝过程作为卷烟加工的主要组成部分，一直是过程质量和产品质量管控的重中之重。制丝过程控制的靶心就是制丝水分，倘若由于存在机组、人员、外部环境等方面的参差不齐，导致不同批次制丝水分出现显著波动，就会直接影响成品丝水分也就是成品烟支含水率的稳定性和一致性。

制丝生产过程中，水分对卷烟的内在质量有重要的影响。研究发现，当烟气水分适宜则烟气柔和细腻、刺激性小、感官舒适度较好；当烟气水分含水量低时，会导致烟气干燥、刺激性变大、感官舒适性降低。

制丝生产过程中，水分的控制尤为重要，并且当外界环境温湿度存在季节性差异、水分控制的难度加大。采用科学、有效的方法应充分了解环境温湿度对制丝过程质量的影响，进而改变控制方法和模式，有效的保证卷烟质量的稳定性。

制丝工作过程中复杂多变的环境条件及生产工艺模式多样性、大滞后的特点，采用传统的PID控制方式并不能很好的满足日益严格的控制精度和稳定性要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种制丝过程水分精准控制方法，以解决现有技术中，不能对环境温湿度与制丝控制参数进行结合进行控制，在不同的温湿度或季节性差异导致烟丝品质变化较大的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种制丝过程水分精准控制方法，包括以下步骤：

1)确定制丝过程中，烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型；

2)检测烟叶的即时含水率数据，并与当前控制方式对应的数据模型的当前烟叶含水率进行比对，若所述即时含水率在所述当前烟叶含水率范围内，按当前数据模型进行控制，并进入步骤3)；若即时含水率不在当前烟叶含水率范围内，则调用与即时含水率对应的数据模型为控制模型，并进入步骤4)；

3)检测即时环境参数数据及即时烟丝控制参数数据，并与当前数据模型内与即时环境参数数据对应的环境参数数据匹配的烟丝控制参数数据进行比对，将即时烟丝控制参数数据中的相应参数进行调整；

4)检测即时环境参数数据及即时烟丝控制参数数据，并与调用数据模型内与即时环境参数数据对应的环境参数数据匹配的烟丝控制参数数据进行比对，将即时烟丝控制参数数据中的相应参数进行调整。

所述数据模型的建模方法，包括以下步骤：

S1、获取任一批次烟叶的含水率数据、制丝过程的控制参数数据及对应的环境参数数据；

S2、在所述控制参数数据中，选择N个第一设定时间长度的相对稳定的测试参数数据，其中N≥2；

S3、获取与上述测试参数数据一一对应的烟丝；

S4、通过第一次感官评价上述步骤S3的烟丝，获得最优烟丝所述对应的最优控制参数数据；

S5、通过所述最优控制参数数据获得对应的测试环境参数数据；

S6、选取M个与所述测试环境参数数据对应的第一设定时间长度的控制参数数据作为检测控制参数数据，其中M≥2；

S7、获取与所述检测控制参数数据一一对应的烟丝；

S8、通过第二次感官评价步骤S7所述的烟丝，获得最优检测控制参数数据，并与步骤S4的最优控制参数数据进行计算后判断：

若所述最优控制参数数据与所述最优检测控制参数数据的差值在设定的阈值范围内，建立相应烟叶含水率的环境和烟丝控制数据模型；

若所述最优控制参数数据与所述最优检测控制参数数据的差值不在设定的阈值范围内则进入步骤S9；

S9、重复步骤S2至步骤S8，直到建立相应烟叶含水率的环境和烟丝控制数据模型。

所述数据模型的建模方法，包括以下步骤：

S01、获取任一批次烟叶的含水率数据、制丝过程的控制参数数据及对应的环境参数数据；

S02、在所述环境参数数据中，选取H个第二设定时间长度的相同环境参数数据作为测试环境参数数据，其中H≥2；

S03、获取与所述测试环境参数数据一一对应的烟丝；

S04、通过第三次感官评价步骤S03所述烟丝，获得最优烟丝所对应的烟丝控制参数数据作为最优烟丝数据；

S05、在制丝过程的控制参数数据中，选取K个第二设定时间长度的最优烟丝数据；

S06、获取与K个最优烟丝数据一一对应的烟丝；

S07、通过第四次感官评价步骤S06的烟丝，获得最佳检测烟丝所对应的最优检测环境参数数据，并与测试环境参数数据进行比对，并判断：

若最优检测环境参数数据与测试环境参数数据的差值在第二设定的阈值范围内，则建立相应烟叶含水率的环境与烟丝控制数据模型；

若最优检测环境参数数据与测试环境参数数据的差值在第二设定的阈值范围内，则进入步骤S08；

S08、重复步骤S02至步骤S07，直到相应烟叶含水率的环境与烟丝控制数据模型。

两种数据模型中的第一设定时间长度与第二设定时间长度相同。

所述第一次感官评价至所述第四次感官评价的指标均至少包括烟气、刺激性及感官舒适度，并且将上述指标进行分别打分后再进行综合，得到综合评分。

所述环境参数数据包括温度参数和湿度参数。

当所述第一设定时间长度的测试数据或第二设定时间长度的检测控制参数数据中，任一参数包括多个点值时，选取其平均值为相应的参数测试数据或检测控制参数数据。

本发明的有益效果是：

本技术方案通过即时烟叶含水率数据，分别调用与烟叶含水率相一致的环境和控制参数数据模型，以保证整个制丝过程中的控制参数数据均在最优控制参数范围内，并结合环境参数数据，使得烟丝的品质基本一致，提高烟丝的质量。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

本技术方案是利用历史数据进行建立精确质量控制模型的方法，本质量精确控制模型是针对制丝前一工序烟叶含水率在设定的范围内，但是烟叶含水率依然有一定的变化的情况下进行的模型设定，在本申请的技术方案中，并不参考其它的参数，比如香气、烟叶中各部分的成份等均不在本申请的技术方案所考虑的范围内。

本技术方案的前提是，烟丝的含水率是影响感官中烟气是否柔和细腻、刺激性大水及感官是否舒适的前提的情况下的开发，因此，本技术方案是重要的是制丝过程中的水分的精确控制。

在本申请的技术方案中，选取多个全批次烟叶在制丝过程中的控制参数数据和对应的环境参数数据，在制丝过程中，会涉及多种参数，每种参数的变化均可能对烟丝的品质产生影响，而且根据工艺的设计，采集的各参数数据周期也可能不相同，因此，为了保证控制参数数据有代表性，选择第一设定时间长度段的控制参数为基本数据，而且该第一设定时间长度内一定要包括制丝控制的所有控制参数数据，并且需要对该时间段内的数据进行前期的处理，排除不适用的数据、错误数据、冗余数据等，但具体的数据前期处理不影响本申请技术方案的实现，因此，本申请的技术方案中，并不提及如何进行数据前期处理。

本申请提供一种制丝过程水分精准控制方法，包括以下步骤：

1)确定制丝过程中，相应的烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型。在本技术方案中，该数据模型为多个相应烟叶含水率的环境和烟丝控制数据模型的集合，该数据模型的集合在确定后，存储于制丝工艺的控制系统中。

本申请的数据模型包括有两种，一种是通过历史多个全批次烟叶制丝过程的控制参数数据获得的某一环境参数下的最优制丝控制参数数据模型；一种是通过历史多个全批次烟叶制丝过程的不同环境参数下的最优制丝控制参数数据模型。采用这两种模型能够实现两个方面的控制，分别是制丝工艺参数的控制，一种是对环境参数数据的控制。

关于某一环境参数下的最优制丝控制参数数据模型的建立方法为：

在这一时间长度内，若某一参数包括多个采样周期，包括多个数据值，本技术方案的处理方式为，将这些数据值进行平均，得到平均值，然后再选择最大的数据值和最小的数据值进行加和平均得到极限平均值，将平均值与极限平均值进行差值计算，得到差值，将该差值与事先确定的差值范围进行比对，若在此差值范围内，使用此平均值为该参数的数据值，若不在此差值范围内，弃去最大的数据值和最小的数据值，然后再进行平均，得到修正平均值为此参数的数据值。

在全批次烟叶的所有控制参数数据中，排除数据不平稳部分，选择第一设定时间长度，比如5分钟、10分钟、30分钟、1小时、2小时、4小时、8小时、12小时、24小时等，根据需要进行第一设定时间长度的选择。

在本实施例中，共选择9个第一设定时间长度的参数数据作为测试数据，在本申请的其它实施例中，也可以选择多于9个，至于具体的数量不建议低于9个，否则代表性不足。

将这9个时间段的烟丝由9名专家进行感官评价，采用分三组分别进行评价并打分的方法，在本技术方案中，评价的指标分别为烟气、刺激性及舒适性三个，并采用分别打分制，采用满分三十分，将所有评分进行汇总后，得到分数最高的烟丝，若是分数最高的烟丝多于一个时，选择多个烟丝所对应的环境参数数据；若各烟丝所对应的控制参数数据不同时，将各参数数值进行平均，所得的平均值列为最优参数数据所对应的参数值。

将对应的环境参数数据作为测试环境参数数据，并在全批次烟叶的参数数据中，选择M个第二设定时间长度的检测控制参数数据，其中M≥2，在本申请的技术方案中，为了保证参数数据的一致性，第二设定时间长度与第一设定时间长度相同，其中M可以大于N也可以小于N，本实施例中，选择M＝N。

其中，测试环境参数数据与测试数据不同，并提取对应时间的烟丝。

将该烟丝进行第二次感官评价，第二次感官评价的专家与第一次感官评价的专家可以相同也可以不相同，在本实施例中，选择专家相同。

第二次感官评价的方法与第一次感官评价的方法完全相同，通过打分获得最优烟丝及对应的最优检测控制参数数据。

若所述最优参数数据与所述最优检测控制参数数据的差值的绝对值在设定的阈值范围内，确定所述最优参数数据为对应的测试环境数据的最佳水分控制模型；

若所述最优参数数据与所述最优检测控制参数数据的差值的绝对值不在设定的阈值范围内则重新进行选择，直至确定最佳水分控制模型。

当控制参数数据为两个或两个以上参数时，

第一、标定在同一时间或同一时间长度范围内，各参数对烟丝的影响度，并确定关联系数。

第二、分析第一设定时间长度的测试数据中，各参数数据的波动范围；

第三、分析第二设定时间长度的检测控制参数数据中，各参数数据的波动范围；

第四、综合第二步和第三步的各参数数据波动值点，并与最优参数数据中相应的参数值进行比对，与所述参数值相邻的两个波动值点为相应参数的最佳控制范围。

具体为：比如湿度参数，若测试数据中的范围为63～68；检测控制参数数据中的时间段内的湿度范围为65～70，则形成湿度依次为63，65，68，70的范围，若最优参数数据所对应时间段内的湿度值为66，则湿度65～68为最佳湿度控制范围。

不同环境参数下的最优制丝控制参数数据模型的建模方法，包括以下步骤：

S01、获取任一批次烟叶的含水率数据、制丝过程的控制参数数据及对应的环境参数数据；

S02、在所述环境参数数据中，选取H个第二设定时间长度的相同环境参数数据作为测试环境参数数据，其中H≥2；

S03、获取与所述测试环境参数数据一一对应的烟丝；

S04、通过第三次感官评价步骤S03所述烟丝，获得最优烟丝所对应的烟丝控制参数数据作为最优烟丝数据；

S05、在制丝过程的控制参数数据中，选取K个第二设定时间长度的最优烟丝数据；

S06、获取与K个最优烟丝数据一一对应的烟丝；

S07、通过第四次感官评价步骤S06的烟丝，获得最佳检测烟丝所对应的最优检测环境参数数据，并与测试环境参数数据进行比对，并判断：

若最优检测环境参数数据与测试环境参数数据的差值在第二设定的阈值范围内，则建立相应烟叶含水率的环境与烟丝控制数据模型；

若最优检测环境参数数据与测试环境参数数据的差值在第二设定的阈值范围内，则进入步骤S08；

S08、重复步骤S02至步骤S07，直到相应烟叶含水率的环境与烟丝控制数据模型。

上述两种建模方法中，所述第一设定时间长度与所述第二设定时间长度相同。

所述第一次感官评价至所述第四次感官评价的指标均至少包括烟气、刺激性及感官舒适度，并且将上述指标进行分别打分后再进行综合，得到综合评分。

所述环境参数数据包括温度参数和湿度参数。

当所述第一设定时间长度的测试数据或第二设定时间长度的检测控制参数数据中，任一参数包括多个点值时，选取其平均值为相应的参数测试数据或检测控制参数数据。

2)检测烟叶的即时含水率数据(此数据同一批次烟叶也会有所不同，在相同的环境参数数据、相同的烟丝控制参数数据下，不同的烟叶含水率对烟丝的品质会有较大的影响)，并与当前控制方式对应的数据模型的当前烟叶含水率进行比对，若所述即时含水率在所述当前烟叶含水率范围内，按当前数据模型进行控制，并进入步骤3)；若即时含水率不在当前烟叶含水率范围内，则调用与即时含水率对应的数据模型为控制模型，并进入步骤4)。

3)检测即时环境参数数据及即时烟丝控制参数数据，并与当前数据模型内与即时环境参数数据对应的环境参数数据匹配的烟丝控制参数数据进行比对，将即时烟丝控制参数数据中的相应参数进行调整。

4)检测即时环境参数数据及即时烟丝控制参数数据，并与调用数据模型内与即时环境参数数据对应的环境参数数据匹配的烟丝控制参数数据进行比对，将即时烟丝控制参数数据中的相应参数进行调整。

上述步骤3)和步骤4)听烟丝控制参数数据包括多种，在进行调控时，可以确定各参数对烟丝控制的关联系数进行相应的调整，也可以在所有的参数中，其中一个或多个参数需要调整，这根据具体的情况进行具体的调整。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (8)

1.一种制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)确定制丝过程中，烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型；该数据模型为多个相应烟叶含水率的环境和烟丝控制数据模型的集合；

2)检测烟叶的即时含水率数据，并与当前控制方式对应的数据模型的当前烟叶含水率进行比对，若所述即时含水率在所述当前烟叶含水率范围内，按当前数据模型进行控制，并进入步骤3)；若即时含水率不在当前烟叶含水率范围内，则调用与即时含水率对应的数据模型为控制模型，并进入步骤4)；

3)检测即时环境参数数据及即时烟丝控制参数数据，并与当前数据模型内与即时环境参数数据对应的环境参数数据匹配的烟丝控制参数数据进行比对，若即时烟丝控制参数数据均在当前数据模型的烟丝控制参数数据范围内，不进行调整，若即时烟丝控制参数数据中任一项不在当前数据模型的烟丝控制参数范围内，将即时烟丝控制参数数据中的相应参数进行调整；

4)检测即时环境参数数据及即时烟丝控制参数数据，并与调用数据模型内与即时环境参数数据对应的环境参数数据匹配的烟丝控制参数数据进行比对，若即时烟丝控制参数数据均在调用数据模型的烟丝控制参数数据范围内，不进行调整，若即时烟丝控制参数数据中任一项不在调用数据模型的烟丝控制参数数据范围内，将即时烟丝控制参数数据中的相应参数进行调整。

2.根据权利要求1所述的制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，所述数据模型的建模方法，包括以下步骤：

S1、获取任一批次烟叶的含水率数据、制丝过程的控制参数数据及对应的环境参数数据；

S2、在所述控制参数数据中，选择N个第一设定时间长度的相对稳定的测试参数数据，其中N≥2；

S3、获取与上述测试参数数据一一对应的烟丝；

S4、通过第一次感官评价上述步骤S3的烟丝，获得最优烟丝所述对应的最优控制参数数据；

S5、通过所述最优控制参数数据获得对应的测试环境参数数据；

S6、选取M个与所述测试环境参数数据对应的第一设定时间长度的控制参数数据作为检测控制参数数据，其中M≥2；

S7、获取与所述检测控制参数数据一一对应的烟丝；

S8、通过第二次感官评价步骤S7所述的烟丝，获得最优检测控制参数数据，并与步骤S4的最优控制参数数据进行计算后判断：

若所述最优控制参数数据与所述最优检测控制参数数据的差值在设定的阈值范围内，建立烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型；

若所述最优控制参数数据与所述最优检测控制参数数据的差值不在设定的阈值范围内则进入步骤S9；

S9、在步骤S2所述控制参数数据中，重新选择N个第一设定时间长度的相对稳定的测试参数数据，其中N≥2，重复步骤S3至步骤S8，直到建立烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型。

3.根据权利要求2所述的制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，所述第一次感官评价和所述第二次感官评价的指标均至少包括烟气、刺激性及感官舒适度，并且将上述指标进行分别打分后再进行综合，得到综合评分。

4.根据权利要求1所述的制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，所述数据模型的建模方法，包括以下步骤：

S01、获取任一批次烟叶的含水率数据、制丝过程的控制参数数据及对应的环境参数数据；

S02、在所述环境参数数据中，选取H个第二设定时间长度的相同环境参数数据作为测试环境参数数据，其中H≥2；

S03、获取与所述测试环境参数数据一一对应的烟丝；

S04、通过第三次感官评价步骤S03所述烟丝，获得最优烟丝所对应的烟丝控制参数数据作为最优烟丝数据；

S05、在制丝过程的控制参数数据中，选取K个第二设定时间长度的最优烟丝数据；

S06、获取与K个最优烟丝数据一一对应的烟丝；

S07、通过第四次感官评价步骤S06的烟丝，获得最佳检测烟丝所对应的最优检测环境参数数据，并与测试环境参数数据进行比对，并判断：

若最优检测环境参数数据与测试环境参数数据的差值在第二设定的阈值范围内，则建立烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型；

若最优检测环境参数数据与测试环境参数数据的差值不在第二设定的阈值范围内，则进入步骤S08；

S08、在步骤S02中的所述环境参数数据中，重新选取H个第二设定时间长度的相同环境参数数据作为测试环境参数数据，其中H≥2，重复步骤S03至步骤S07，直到建立烟叶含水率、烟丝控制参数数据及环境参数数据对应的数据模型。

5.根据权利要求4所述的制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，所述第三次感官评价和所述第四次感官评价的指标均至少包括烟气、刺激性及感官舒适度，并且将上述指标进行分别打分后再进行综合，得到综合评分。

6.根据权利要求1所述的制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，所述环境参数数据包括温度参数和湿度参数。

7.根据权利要求2所述的制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，当所述第一设定时间长度的测试数据的检测控制参数数据中，任一参数包括多个点值时，选取其平均值为相应的参数测试数据或检测控制参数数据。

8.根据权利要求4所述的制丝过程水分精准控制方法，其特征在于，当所述第二设定时间长度的测试数据的检测控制参数数据中，任一参数包括多个点值时，选取其平均值为相应的参数测试数据或检测控制参数数据。