CN112278773A - 一种烟草喂料机提升带自适应变频控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，在烟草喂料机提升带的定量管内安装冗余光电管，冗余光电管包括基本在同一高度安装的两个以上光电管，各个光电管的输出信号被合并处理为该组冗余光电管的一个物料遮挡信号；根据一个时间周期对一个物料遮挡信号计数，以获得该组冗余光电管的循环计数信号；根据至少一个循环计数信号调节提升带运行速率。本发明技术方案避免了提升带运行速度的大幅变化对其机械部分的伤害，降低了能耗，更重要的是大幅提高了烟叶流量均匀稳定性，保证了卷烟产品的内在质量。本发明具有机构简单、控制精确、自动化程度高的特点，适合在制丝线各工段喂料机中应用。

Description

一种烟草喂料机提升带自适应变频控制方法

技术领域

本发明属于烟草生产设备的自动化控制技术领域，尤其涉及一种烟草喂料机提升带供料流量的自动控制方法。

背景技术

在烟草生产的叶加料、气流烘丝、薄板烘丝、烟丝加香、比例掺配等众多重要工段都需要稳定供料系统保证物料供应的稳定性，即定量喂料工序。稳定供料系统包括缓冲流量的喂料机、定量管和设置在喂料机后端的电子皮带秤，其中喂料机包括喂料仓、底带和提升带，在该工序中，来自储柜等上一工序的不同牌号的烟叶作为物料通过振筛落入喂料仓一端，由底带将烟叶输送到喂料仓另一端的提升带上，提升带提升烟叶到定量管上端并将烟叶卸入，烟叶经过定量管后落于电子皮带称上，由电子皮带称称重传输到下一工序。

现有技术中，烟叶喂料机的控制器均通过定量管中设置的三组光电管接收的遮挡信号对提升带调速控制以控制电子皮带秤的流量稳定，但仍经常出现提升带速度和电子皮带秤的流量不匹配的问题。一些改进的技术方案中，采用光栅传感器代替三组光电管，但是该方案的做法改变了原来的硬件配置和结构，增加了光栅和A/D转换，这样做成本较高；另一些改进的技术方案中，对控制策略进行了改进，提出了物料高于中位，频率减Δf，低于中位，频率加Δf，类似该原理的定量闭环跟随策略调速，然而考虑到烟草加工行业的特殊性，需要频繁切换牌号，不同牌号密度差异较大并具有随机性，闭环参数难以通过实验优选，仅仅靠该控制动作难以使得物料料位维持在一个固定高度，大滞环也会带来较大的调节损耗，烟草喂料机提升带速度的控制方法不够完善和实用。

发明内容

本发明目的在于提供一种烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，在保持原有的硬件配置，并且尽量少的改动设备结构的条件下，对烟草喂料机提升带的速度进行自适应变频控制，使得提升带的供料速度和电子皮带秤的流量相匹配。

本发明提供的技术方案是一种烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，包括步骤：

在定量管内设置至少一组冗余光电管，一组所述冗余光电管包括基本在同一高度安装的两个以上光电管，各个所述光电管的输出信号被合并处理为该组冗余光电管的一个物料遮挡信号；

根据一个时间周期对一个所述物料遮挡信号计数，以获得该组冗余光电管的循环计数信号；

根据至少一个所述循环计数信号调节提升带运行速率。

该技术方案不再将一个光电管的高低电平作为物料堆积高度的判断，而是对于动态下落的松散物料料堆考虑其在一个时间片上的松散程度，在重力加速度不变的情况下，在一个固定高度处，通过采集一组冗余的光电管的输出，将其处理为一个共同的电平信号，然后对其变化计数，如对其边沿计数，烟叶流的下落速度是基本不变的，因此计数值是稳定的，在此基础上，松散物料的模糊的堆积面越接近该固定高度，烟叶流的密度会更高，但是下落速度会越慢，循环计数信号的值会受至少两个因素印象影响，一是速度越快，计数值越大，二是密度越大，计数值越大，考虑在该高度上物料越密集或者流量越大，在理解上述循环计数信号的物理含义的情况下，本领域技术人员可以配置具体的控制程序对提升带运行速度控制，以便调节提升带速度使定量管中物料堆积高度保持在固定高度附近。

在一些优选的实施例中，所述冗余光电管包括在垂直方向上相邻的两个光电管，其中，上位的光电管的垂直投影覆盖下位的光电管。这些实施例中，一对包括发射端和接收端的光电对管因为只提供一个电平信号，在本申请中称为一个光电管，在考虑只有上下两个光电管的冗余光电管中，上位的光电管的垂直投影覆盖下位的光电管，使得下落的轻质烟叶不会落于下位的光电管上，使得其架丝概率极小，同时，上位的光电管如果出现架丝，则由于烟叶流动性也会被短时间解除，即在定量管同一位置上下重叠的设置两个光电管，并对其信号合并处理，可以排除架丝对光电管信号的影响。

进一步优选的，一组所述冗余光电管中各个相邻光电管的高度差不大于5cm。本发明的一组冗余光电管，要求基本位于同一高度，共同的采集该高度处的烟叶遮蔽信号，对于常规高度的定量管一般全高在3m以内，考虑这个区间的烟叶下落速度，以及烟草行业中烟叶、烟片、烟梗尺寸范围以及其混合成的松散的烟草团的尺寸，这个高度差不应该大于5cm。应当说明的是，这并非本领域常规选择，而是在上述技术方案的发明构思下的进一步优选限定。实际上为了便于内部维修，在可以充分调整光电管延时触发时间的情况下，本领域技术人员倾向于一个更大的安装间距。

在一些优选的实施例中，在所述定量管内一个高度区域的上端设置第一冗余光电管，在该高度区域的下端设置第二冗余光电管；以所述第一冗余光电管的第一循环计数信号为负反馈信号的调节提升带运行速率。在这些实施例中，通过负反馈，在第一循环计数信号变大时，考虑物料堆积面有上升趋势，应该下调提升带转速，在第一循环计数信号变小时，考虑物料堆积面有下升趋势，应该上调提升带转速，以便将物料大致的堆积面控制在高度区域的上端位置以下。

进一步优选的，调节提升带运行速率时，以所述第一冗余光电管的第一循环计数信号为一个负反馈信号，以所述第二冗余光电管的第二循环计数信号为一个正反馈信号。在这些实施例中，可以设置双环反馈，或者采用引入双参数的神经网络对提升带速度进行多级控制，其原理为，在对提升带的调速控制中，尽量保持第二循环计数信号为最大，同时，第一循环计数信号不为最大，以便将物料大致的堆积面控制在高度区域的上端位置和下端位置之间。

优选的，所述高度区域的上端距离其下端的高度差小于等于90cm。在一些实施例中，高度差可以为20cm，其高度差选取在于允许的物料大致的堆积面的移动范围，以及在该移动范围内的可接受的提升带的实际转速波动。

优选的，所述第一冗余光电管位于所述第二冗余光电管的正上方。

在一些优选的实施例中，将一组所述冗余光电管中各个光电管的输出信号合并处理为该组冗余光电管的一个物料遮挡信号的方法为：如果从各个所述光电管的输出端接收的信号均为遮蔽状态，则所述物料遮挡信号为遮蔽状态，否则，所述物料遮挡信号为非遮蔽状态。这些实施例中，如果光电管遮蔽信号为高电平时，相当于通过一个与门处理一组冗余光电管的光电管为一个电平信号，考虑一组冗余光电管仅包含一个上位光电管和一个下位光电管，则在一个响应周期内，如果有真实烟叶经过该处，则必有一个遮蔽状态的信号输出，否则被认为是架丝等引起的非正常遮蔽。

在一些优选的实施例中，根据一个时间周期对一个所述物料遮挡信号计数，以获得该组冗余光电管的循环计数信号的方法为：所述时间周期均分为若干时间片，对于相邻时间片的均分时间点，如果所述物料遮挡信号为遮蔽状态，则所述循环计数信号的计数值加1，否则，所述循环计数信号的计数值不变。

在一些优选的实施例中，在提升带与底带之间设置至少一组第三冗余光电管，所述第三冗余光电管提供携带所述提升带缺料信息的第三物料遮挡信号；如果所述底带末次运行结束时刻距离当前时刻大于一个预设时段，则采信当前时刻的所述第三物料遮挡信号，否则，不采信当前时刻的所述第三物料遮挡信号。

优选的，所述冗余光电管中的所述光电管选用光电对管。

本发明技术方案带来的效果包括但不限于：一个方面的，本发明对烟草喂料机提升带速度进行自适应变频控制，针对不同牌号的物料，都可以在3-5分钟内将喂料机的提升带控制到合适的频率范围，能够使得电子皮带秤的供料流量均匀稳定，进而提高了加水、加温、加料、加香、掺配和烘干等环节的精度和均匀性，并且在降低能耗的同时，还避免了因提升带速度大起大落对机械部分的伤害，延长了电机使用寿命。一个方面的，本发明技术方案在实施中不需要额外的增加硬件，只需要添加工作可靠的程序功能块即可实现。一个方面的，本发明技术方案限定的高位冗余光电管和低位冗余光电管各为两对，高位冗余光电管中的任意一对被挡光即认为物料高于或等于高位冗余光电管所在位置，低位冗余光电管中的任意一对通光即认为物料低于低位冗余光电管所在位置，保证检测数据的可靠准确性。

附图说明

图1为现有技术中稳定供料系统的结构示意图；

图2为现有技术中稳定供料系统中定量管信号与提升带速度关系的示意图；

图3为现有技术中稳定供料系统运行中提升带电机控制频率变化示意图；

图4为本发明一个方法实施例中改进的定量管结构示意图；

图5为本发明另一个方法实施例中改进的定量管结构示意图；

图6为本发明一个方法实施例中提升带调速流程示意图；

图7为本发明一个方法实施例中稳定供料系统运行中提升带电机控制频率变化示意图；

其中，

喂料仓31、底带32、提升带33、定量管34、电子皮带秤35、振筛36；

第一位置光电管5、第二位置光电管6、第三位置光电管7、第四位置光电管8；

高位冗余光电管1，低位冗余光电管2。

具体实施方式

首先需要说明的是，如图1、图2、图3所示的，一个现有技术中烟草加工的稳定供料系统，振筛36将烟叶疏松后，喂料机作为振筛36到电子皮带秤35之间保持疏松的暂存和传输烟叶的设备。喂料机包括喂料仓31、底带32、提升带33以及控制底带32、提升带33的皮带电机运行速率的控制器。为了使得电子皮带秤35获得的供料流量均匀稳定，定量管34中烟叶的动态堆积面应当尽量保持在稳定的高度，以保证定量管34末端的烟叶流速在保持松散的情况下又尽量稳定，喂料机的各个设备整体的安装在电子皮带秤的前面，作为上一工序，其具有一定的衔接生产和缓冲流量的作用。

现有技术通过光电管5、6、7、8是否被稳定遮蔽来检测定量管34内的料位高/低来改变提升带33的变频器的频率输出，以控制电机转速，进而控制提升带33的提升速度，在正常生产时光电管5、6、7、8和喂料机提升带33的速度关系为：

物料堆积高度高于第一位置光电管5时，光电管5、6、7、8始终处于被遮蔽状态，提升带33停止运行；

物料堆积高度介于第一位置光电管5和第二位置光电管6之间时，光电管6、7、8始终处于被遮蔽状态，提升带33零速运行；

物料堆积高度介于第二位置光电管6和第三位置光电管7之间时，光电管7、8始终处于被遮蔽状态，提升带33低速运行；

物料堆积高度介于第三位置光电管7和第四位置光电管8之间时，光电管8始终处于被遮蔽状态，提升带33中速运行；

物料堆积高度低于第四位置光电管8时，光电管5、6、7、8均不保持处于被遮蔽状态，提升带33高速运行。

除了上例所列情况，也有三组光电管对应两个速度的情况和四对光电管对应三个速度的情况，即通过离散化的高度值作为判断依据并以离散的设定进行控制运行，从而提高控制精度。然而，从本质上来讲，这些技术方案都会面临提升带速度和电子皮带秤的流量不匹配这一问题。提升带的高中低速分别是三个不同的固定值，但是烟叶牌号不同往往对应的生产工艺要求也不相同，其加工流量或掺配比例会有所不同，甚至变化较大。现有技术至少存在以下问题：提升带的运行速度在高度、中速、低速、停止四种模式下频繁地进行切换，造成电子皮带秤流量大幅波动，甚至会由于缺料或堵料而引起断流的现象发生，进而严重影响加香、加料、加水、烘干和掺配等加工环节的精度和均匀性，因此，这种以检测物料堆积高度为跟随量的控速方式不能够满足物料均匀稳定的生产要求。本领域技术人员容易想到是的，通过对定量管中各位置高度的提供离散信号的光电管换为提供连续信号的其他传感器，本发明主张，烟叶既非液体，也不是密度较大的矿粉、粮食颗粒等允许紧密堆积的粉末，一方面的，堆积在定量管中烟叶并不存在静态的明显的堆积界面，超声波测距、激光测距、电阻测距、电容测距均难以实现，接触式的流量计数转轮只适于流量计数，而定量管中实际的问题在于物料动态堆积面的控制，通过CCD器件测量遮光性也没有明显高于光电管的测量效果；另一方面的，由于烟叶物料各工序输出的密度不同，松散程度的要求也不同，提升带上带料的多少并不均匀，即使是生产同一品牌的烟草，同一流量提升带要想保持一个稳定的速度，也是难以满足给定量管供料的。

实际运行中，如图3所示，其中横坐标为时间，纵坐标为提升带电机的控制频率，可以看出来提升带电机处于一个频繁调速运行的状态，这种调速运行增加了提升带电机的损耗，电机发热严重，进而寿命变短，同时，定量管中的烟叶动态堆积厚度也难以保持稳定，影响成品质量。

本发明的构思在于，在定量管同一个高度位置的测量位置处，冗余的设置一组多个光电管，以提供该高度位置处分布于空间的直线采样，由于空间采样的不同，各个光电管的空间位置组合实际上携带了一个时间片瞬间的该定量管中一个高度切片面的烟叶分布信息，并以此为基础的，以光电管的遮蔽信号的计数值为提升带的主要控制信号之一，在一个高度位置上或者两个距离较近的相邻高度位置上，对提升带进行转速控制时，使用预设的烟叶分布重新定义物料动态堆积面，并追求这种物料动态堆积面的高度稳定在一个高度左右或者两个高度位置之间，以减少提升带电机的启停和大幅的转速变化，实现节约和节能，并以计数值为基础的明确提高烟叶稳定供料系统的稳定性。

下面结合具体实施例对本发明技术方案做出进一步的阐述，以便本领域技术人员予以实施和改进，这些实施例在清楚描述本发明技术构思的基础上，不能被解释为对本发明技术方案的限制。

本实施例提供一种烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，对现有的烟叶稳定供料系统中的定量管34进行了改进，同时，根据本发明技术方案重新配置了喂料机控制器关于提升带调速的内部程序，本方法实施例获得了依据本发明构思技术方案运行的新的烟叶定量管、包含该烟叶定量管的烟叶喂料机，以及包含该喂料机的烟叶稳定供料系统。

如图4所示，本实施例使用烟草喂料机提升带自适应变频控制方法对原有烟草喂料机进行改进，优选的，在不改变原来硬件配置的前提下，通过改变现有料位检测系统的安装位置即将光电管5、6、7、8按照高/低位冗余的方式进行安装，以便让提升带的速度自动适应电子皮带秤的流量变化，并使定量管的料位始终保持在高/低位之间。

具体的，实施本实施例的定量管34具体长为70cm，宽为30cm，高为110cm。在定量管34内选取距离定量管34下端出口，即电子皮带秤皮带的上表面，以此为起点，在定量管34高度方向上的第一高度H2即90cm处安装一组第一冗余光电管1，使用光电管5、6的控制器输入信道，在定量管34高度方向上的第二高度H1即70cm处安装一组第二冗余光电管2，70cm到90cm之间大约20cm的区域为本实施例控制目标的高度区域，即控制目标为H2上沿到H1上沿之间的高度区域，使用光电管7、8的控制器输入信道，每组冗余光电管的安装高度以其中最高位置的光电管的上沿为准。其中，第一冗余光电管1和第二冗余光电管均包括一个位于上位的光电管以及一个位于下位的光电管，上位的光电管与下位的光电管中心距为5cm。每个光电管选用包括一个发射端和一个接收端的、对射的光电开关，当其发射端与接收端之间存在遮挡物时，该光电开关输出高电平信号，即逻辑1，否则，输出低电平信号，即逻辑0。在另一些设有高度区域的实施例中，通过调节高度区域的上端距离其下端的高度差，以便获取电子皮带秤的一个合理的稳定供料范围，上端距离其下端的高度差越小，电子皮带秤的供料越稳定，但是对控制系统的响应指标要求越高，对于扫描周期大于1ms的PLC，本发明的高度区域的上端距离其下端的高度差应小于等于90cm。

四个光电管沿在定量管34的内壁位于同一垂线上，以便：一方面的，第一冗余光电管1或第二冗余光电管2中上位的光电管的垂直投影均覆盖其下位的光电管；另一方面的，第一冗余光电管1作为一个整体的，其垂直投影整体覆盖第二冗余光电管2的整体。可以理解的是，这种覆盖关系一个方面的作用在于，在同一组冗余光电管中，上下两个光电管，在一个扫描时间窗口内，对同一团垂直下落的松散烟叶的经过一组冗余光电管所在高度位置这一物理过程，可以获得相同的逻辑状态，由于光电管内部可是调整延时触发，一个硬件上的处理是上位的光电管的延触发时间大于等于其下位的光电管，一个软件上的处理是为上位的光电管和其下位的光电管设置两个具备时间差的扫描时间窗口，时间差为5cm的在该处下落烟叶速度的最小速度。这种覆盖关系另一个方面的作用在于，在同一组冗余光电管中，一个上位的光电管的垂直位置是与其下位的光电管的垂直方向位置一致的，该上位的光电管与其下位的光电管之间垂直距离较近，由于在上光电管对烟叶流的阻挡和引导，上下光电管之间难于落入烟叶，当上位的光电管表面短暂出现架丝时，其紧邻的下位的光电管仍然可以提供可用的逻辑信号。

可以理解的是，本实施例中对定量管34中设置一组冗余光电管时，采用垂直冗余方式设置，包括垂直部署的两个光电管，在另一些实施例中，也可以采用如图5所示的水平冗余，即在第一冗余光电管1和第二冗余光电管2中均至少包含同一水平高度的两个光电管。进一步的，在一些实施例中，一组冗余光电管可以即包含垂直部署的和水平部署的光电管。可以理解的是，本发明中，一组冗余光电管是基本聚集于一个高度上的，但是可以分散的沿定量管同一水平线分散部署的。可以理解的是，这种垂直或者水平是依据定量管34中动态的烟叶颗粒流的移动方向的，在一些异形的，如具有斜面内壁的定量管中，如本实施例定量管34上端形状的，可以依据定量管内壁的延伸方向进行设置。本实施例中，在同一高度设置的多个光电管，组成该高度的冗余光电管，共同的提供一个该高度处的一个时间点的空间分布状态，即为本发明该高度的物料遮挡信号，同一高度的多种采样方式的组合，可以产生该高度的多个物料遮挡信号，对一个物料遮挡信号进行基于包含多个连续时间点的时间片的空间分布状态的时间特征信息，即为本发明该高度的循环计数信号，多种时序采样颗粒度的大小或者各采样时间点的分布的不同，可以获得该物料遮挡信号的多个循环计数信号。

本实施例中，一组冗余光电管在信号处理时，作为一个整体合并处理为其安装高度处的一个物料遮挡信号，并作为一个调节依据对提升带运行速率进行调节。具体的，本实施例中，这种合并和调节通过对喂料机控制器中的PLC进行配置实现，本实施例的PLC以梯形图方式的被配置为实现以下功能。

功能一，包含预设置的基本参数：中间变量f₀、第一步进频率f₁、第二步进频率f₂、提升带实时驱动频率f、启动运行频率f₃、堵料时间t₃、缺料时间t₄、低限频率f_L、高限频率f_H、防止堵料最小频率f_min、防止缺料最大频率f_max；具体设定t₃为7s、t₄为300ms、f₃为25Hz、f₁为0.38Hz、f₂为0.18Hz、f_L为20Hz、f_H为32Hz、f_min为0Hz、f_max为37Hz；

功能二，包含冗余光电管的信号连接配置：PLC连接第一冗余光电管各个光电管输出端的各个采集端通过一个与门合并为一路第一物料遮挡信号，PLC连接第二冗余光电管各个光电管输出端的各个采集端通过一个与门合并为一路第二物料遮挡信号，即如果从各个所述光电管的输出端接收的信号均为遮蔽状态，则该冗余光电管的物料遮挡信号为遮蔽状态，即逻辑1，否则，所述物料遮挡信号为非遮蔽状态，即逻辑0；

功能三，包含实现图6逻辑控制过程的数据处理模块：

模块1，在提升带启动时刻，以f₃赋值f输出，令提升带以f₃运行；

模块2，在一个PLC描运行周期中，判断高位是否挡光，即第一物料遮挡信号是否为遮蔽状态，若不为遮蔽状态，进行低位是否通光的判断，即第二物料遮挡信号是否为遮蔽状态的判断；若为遮蔽状态，则读取提升带实时驱动频率f并降低一个f₁后，将降低后的频率值存入中间变量f₀，并将f₀赋给f，令提升带以新的f₀运行，并启动计时t₁；

模块3，在一个PLC描运行周期中，如果提升带实时驱动频率f降至低于低限频率f_L时，提升带实时驱动频率f取低限频率f_L的值，若计时时间t₁＜t₃，则进行低位是否通光的判断，若计时时间t₁≥t₃，提升带实时驱动频率f骤降为防止堵料最小频率即f＝f_min＝0Hz；

模块4，在一个PLC扫描运行周期中，当高位冗余光电管通光后，即第一物料遮挡信号出现一个下降沿，则设置提升带实时驱动频率f取值为中间变量f₀即f＝f₀；然后判断低位冗余光电管是否通光，即第二物料遮挡信号是否为遮蔽状态，一个判断分支的，若不通光，即其保持遮蔽状态，则频率输出f保持不变，继续的，进行高位是否挡光的循环判断；另一个判断分支的，若通光，通光时间t₂开始计时，若t₂≥t₄，则提升带实时驱动频率f输出为防止缺料最大频率f_max；低位挡光后，令f＝f₀+f₂，然后频率保持不变，再进行高位是否挡光的循环判断，若t₂＜t₄，通光次数n从1开始累加计数且计时周期T从0s开始累加计时，若计时周期T≥10s，则计时周期T和通光次数n均清零，为下一个计时周期运算做准备，若T＜10s，则对通光次数n进行判断，若n＜3，则频率保持不变，然后进行高位是否挡光的循环判断，若n≥3，提升带实时驱动频率f升高一个单元f₂，然后将频率值存入中间变量f₀中即f＝f₀，升高至高于高限频率f_H时，取高限频率f_H的值，然后进行高位是否挡光的循环判断。

具体的，在扫描运行中，即判断高位冗余光电管1是否被挡光，若高位挡光，则提升带实时驱动频率降低一个单元0.38Hz，然后将频率值存入中间变量f₀中，并开始计时(t₁)，但其实时驱动频率不能低于低限频率20Hz即当降至低于低限频率20Hz时，取低限频率20Hz的值，若计时时间大于堵料时间(7s)时即t₁≥7s，提升带实时驱动频率骤降为防止堵料最小频率f_min＝OHz，当高位冗余光电管1通光后，提升带实时驱动频率取值为中间变量即f＝f₀，然后判断低位冗余光电管2是否通光，若低位通光，且通光时间t₂≥300ms，则提升带实时驱动频率变为防止缺料最大频率f_max＝37Hz，低位挡光后，令f＝f₀+f₂，若通光时间t₂＜300ms，通光次数n从1开始累加计数且计时周期T从0s开始累加计时，若计时周期T≥10s，则计时周期T和通光次数n均清零，为下一个计时周期运算做准备，若T＜10s，则对通光次数n进行判断，若n＜3，则频率保持不变，然后进行高位是否挡光的循环判断，若n≥3，提升带实时驱动频率升高一个单元0.18Hz，然后将频率值存入中间变量f₀中即f＝f₀，但其驱动频率不能高于高限频率32Hz即升高至高于高限频率32Hz时，取高限频率32Hz的值，然后进行高位是否挡光的循环判断。

为了防止提升带变频动作过于频繁或有误动作发生，根据经验以及长期的跟踪观察，我们做出如下约定：两对高位冗余光电管1中任一对高位光电管满足高位被挡条件，即可被认为高位挡光，高位被挡条件为对射光电管连续被遮挡时间t₅超过500ms，这样就可以很好地过滤掉物料下落经过对射光电管时被误判为挡光的情况发生；两对低位冗余光电管2中任一对低位光电管通光后不能立即做出变频的控制，要对持续通光时间t₂和一个计时周期T内的通光次数n进行判断，然后再做出变频控制，这样就可以很好地过滤掉由于物料不均匀(偶然发生)而出现瞬时低位通光，但极短时间内物料高度又超过低位冗余光电管安装高度的情况发生。

物料流量波动幅度大小可以通过改变t₃、t₄、f₁、f₂的值来进行调节。

提升带自适应变频幅度大小可以通过f₁和f₂来进行调节，通过选择合适的f₁和f₂，可以使提升带速度由“阶跃式的变化”变为现在的“渐进式微变”。

可以理解的是，上述具体的控制器配置方式，目的在于提供一种跟随控制策略，即改进后的喂料机具有高位的第一冗余光电开关和中位的第二冗余光电开关两组采样通道，物料动态堆积界面低于70cm的中位时，提升带以一个定速的高速运行，物料动态堆积界面高于90cm的高位则提升带停止运行，在这两个中间时，提升带以可变速度运行。

第一方面的，基于上述配置，喂料机刚开始运行时，提升带会以一个初始速度启动，当这个初始速度的供料能力大于电子秤的流量时，定量管中物料就会逐渐增多，当物料到达高位光电开关附近时，第一冗余光电管中各光电开关各自频繁通断提供高低震荡的第一物料遮挡信号，第一物料遮挡信号保持逻辑1超过一个短的设置值，如200毫秒时，触发一次降速计数器，当计数器的次数达到设定值五次时，提升带降速一次，可以设定f₁为0.1赫兹，同时降速计数器清零，循环往复直到高位光电开关不再被遮挡，提升带的速度就维持在了上次调节的数值上。可以看出，这是一种以第一冗余光电管的第一循环计数信号为负反馈信号的调节提升带运行速率，根据1s为时间周期的，对第一物料遮挡信号计数，以获得该组冗余光电管的循环计数信号，循环计数信号为幅值，最大为5。本实施例中，并没有对第一物料遮挡信号直接进行边沿计数，而是分布的在1s的时间周期以0.2s为时间片的均匀设置5个时间点，在一个时间点，如果第一物料遮挡信号为遮蔽状态，则所述循环计数信号的计数值n加1，否则，所述循环计数信号的计数值n不变。可以理解n相当于一个概率采样，以第一物料遮挡信号在一个时间周期内保持遮蔽状态逻辑值的可能性为基准的，对提升带进行负反馈调节，即n越大，代表烟叶动态堆积界面从下方接近第一冗余光电管的概率越大，因此，应当减速运行。优选的，本实施例中还配置PLC当高位光电开关被遮挡时间超过五秒时，提升带停车，防止堵料。

第二方面的，当提升带的供料能力小于电子秤流量时，定量管中的物料就会逐渐减少，当物料动态堆积面的高度达到中位光电开关附近时，中位70cm处的第二冗余光电管中各光电开关频繁通断,第二循环计数信号在逻辑1与0之间切换。同样的，设置中位光电开关通光时间超过设定的200毫秒时，触发一次增速计数器，当计数器的次数达到设定值五次时，提升带就提速一次，同时计数器清零，循环往复直到中位光电开关，不再通光，提升带的速度就维持在上次调整的数值上，以所述第二冗余光电管的第二循环计数信号为一个正反馈信号的对提升带运行速率进行调节，以保持物料动态堆积面的高度最大可能保持在中位以上。优选的，本实施例中还配置PLC当中位光电开关通光时间超过五秒时，提升带高速运行，防止缺料。

第三方面的，本实施例的程序模块中还有一个较长时间的增速计数器和减速计数器自动清零的动作，如30秒钟的，因为在生产过程中这两个计数器并不一定都会增加到设定值五次，假如增速计数器只到了三次，物料就到了中料位的上方，那提升带的频率就不会增加，但是计数器并没有清零，所以设计了一个定时清零的程序。

在一些改进的实施例中，在提升带与底带之间设置至少一组第三冗余光电管，所述第三冗余光电管提供携带所述提升带缺料信息的第三物料遮挡信号；如果所述底带末次运行结束时刻距离当前时刻大于一个预设时段，则采信当前时刻的所述第三物料遮挡信号，否则，不采信当前时刻的所述第三物料遮挡信号。这些实施例中，实际上提供了可用的光电开关架丝报警及处理。制丝生产过程中底带每间隔一定时间，必定能运行一次，控制器被配置为设定一个底带运行间隔基准时间，在这个时间内底带如果自动运行，则复位这个基准时间，重新计时，在超出基准时间后，认为底带相关控制器件可能存在问题，底带自动运行2秒，这样彻底解决了光电开关架丝的问题。现有技术中的单光电管容易出现架丝时不能提供正确的缺料信号，基于本发明技术方案的冗余光电管，能够提供提升带上一工序可靠的缺料信号，有助于进一步调高提升带的运行稳定性。

在一些改进的实施例中，考虑喂料机的前道工序生产流量一般波动较大，所以喂料机会有料缺和盈料的情况，对喂料机影响大的是缺料的情况，会造成后续流量的波动，控制器被配置为通过监测喂料机底带的运行时间，来判断喂料仓中物料的多少，设定一个底带运行基准时间，当底带运行的时间超过这个基准时，控制系统认为料仓缺料，自动将后续设备提速一次。当底带运行的时间在这个基准时间内时，控制程序认为料仓不缺料，后续设备自动降回原来的速度。在现有技术中，这种短期加速会为提升带闭环控制带来较大扰动，由于本发明技术方案的实施，因为并不严格按照烟草动态堆积面的高度进行调节，控制系统的包容性好，使得短期加速信号能够向上一工序提供，增强了稳定供料系统的性能。

通过本实施例中提供的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，不但提高了电子皮带秤的流量稳定性，进而提高了各个工段中稳定供料系统的控制精度，同时也减少了提升带驱动电机的大负荷带载变速的运行工况总时长，延长了喂料机提升带电机的使用寿命，如图7所示提升带电机频率变化曲线，其中横坐标为运行时间，纵坐标为输出的运行频率。

可以理解的是，上述具体的控制器配置方式仅作为具体示范，本领域技术人员可以根据上述描述，基于不同的控制器进行配置，在一些实施例中，对基于概率的定量管中烟草动态堆积面的算法也可以根据人工神经网络获得通用模型。

通过以上改进，本发明对烟草喂料机提升带速度进行自适应变频控制，针对不同牌号的物料，都可以在3-5分钟内将喂料机的提升带控制到合适的频率范围，能够使得电子皮带秤的供料流量均匀稳定，从而提高了加水、加温、加料、加香、掺配和烘干等环节的精度和均匀性，并且在降低能耗的同时，还避免了因提升带速度大起大落对机械部分的伤害。这种设计思想不需要额外的增加硬件成本，只需要添加工作可靠的程序功能块即可实现。

在一些改进的实施例中，对定量管实施了较复杂的改进，如，沿定量管内壁一个螺旋线，均匀设置多个光电管，其中每上下相邻两个光电管作为一组冗余光电管共同提供其高度位置处的物料遮挡信号和循环计数信号，相当于多组冗余光电管，根据本发明提供的技术构思，可以实现更精确的盐业动态料堆在定量管内部的时空分布信号，以便对不同标号、不同工艺流程的烟叶缓冲的处理。对于PLC扫描运行周期难以实现1ms以内的动态响应，如果需要提供更高精度的定量管内部快照，可以采用运行实时系统的嵌入式计算设备作为上述实施例的调速控制器。

可以理解的是，上述实施例中，在定量管内设置了两组冗余光电管，并基于其提供的两个物料遮挡信号进行控制调速，基于该构思的，在另一些实施例中，冗余光电管可以仅设置一组，或者基于多高度聚类点的，设置三组以上，以便实施较为简单的或者更为复杂的控制逻辑。显然的，对于一组冗余光电管，也可以根据不同的逻辑合并策略，根据该组的各个光电管的遮蔽状态，获得多路物料遮挡信号，对于一路物料遮挡信号也可以根据不同的技术策略，获得多个循环计数信号，这些同一组冗余光电管的多个物料遮挡信号和循环计数信号可以整体的作为该组冗余光电管的特征信号，向量化以后做为机器学习的特征向量，参与到建立调节提升带运行速率的模型建立和作为运行参量调节提升带运行速率。

上述实施例和相关改进实施例的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域的技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (10)

1.一种烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，包括步骤：

在定量管内设置至少一组冗余光电管，一组所述冗余光电管包括基本在同一高度安装的两个以上光电管，各个所述光电管的输出信号被合并处理为该组冗余光电管的一个物料遮挡信号；

根据一个时间周期对一个所述物料遮挡信号计数，以获得该组冗余光电管的循环计数信号；

根据至少一个所述循环计数信号调节提升带运行速率。

2.根据权利要求1所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于：所述冗余光电管包括在垂直方向上相邻的两个光电管，其中，上位的光电管的垂直投影覆盖下位的光电管。

3.根据权利要求1所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于：一组所述冗余光电管中各个相邻光电管的高度差不大于5cm。

4.根据权利要求1所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于：在所述定量管内一个高度区域的上端设置第一冗余光电管，在该高度区域的下端设置第二冗余光电管；以所述第一冗余光电管的第一循环计数信号为负反馈信号的调节提升带运行速率。

5.根据权利要求4所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于：调节提升带运行速率时，以所述第一冗余光电管的第一循环计数信号为一个负反馈信号，以所述第二冗余光电管的第二循环计数信号为一个正反馈信号。

6.根据权利要求4所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于：所述高度区域的上端距离其下端的高度差小于等于90cm。

7.根据权利要求4所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于：所述第一冗余光电管位于所述第二冗余光电管的正上方。

8.根据权利要求1所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于，将一组所述冗余光电管中各个光电管的输出信号合并处理为该组冗余光电管的一个物料遮挡信号的方法为：如果从各个所述光电管的输出端接收的信号均为遮蔽状态，则所述物料遮挡信号为遮蔽状态，否则，所述物料遮挡信号为非遮蔽状态。

9.根据权利要求1所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于，根据一个时间周期对一个所述物料遮挡信号计数，以获得该组冗余光电管的循环计数信号的方法为：所述时间周期均分为若干时间片，对于相邻时间片的均分时间点，如果所述物料遮挡信号为遮蔽状态，则所述循环计数信号的计数值加1，否则，所述循环计数信号的计数值不变。

10.根据权利要求1所述的烟草喂料机提升带自适应变频控制方法，其特征在于：在提升带与底带之间设置至少一组第三冗余光电管，所述第三冗余光电管提供携带所述提升带缺料信息的第三物料遮挡信号；如果所述底带末次运行结束时刻距离当前时刻大于一个预设时段，则采信当前时刻的所述第三物料遮挡信号，否则，不采信当前时刻的所述第三物料遮挡信号。

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