CN112826119B - 一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统 - Google Patents

一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统，该方法包括：建立烟梗的出口含水率与浸泡温度的第一对应表，及出口含水率与浸泡时间的第二对应表；获取烟梗的出口含水率的目标值，并根据所述第一对应表及所述第二对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间；根据所述预设浸泡温度和所述预设浸泡时间对烟梗回潮的出口含水率进行控制，以达到所述目标值。本发明能解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

Description

一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统
技术领域
本发明涉及烟丝加工控制技术领域，尤其涉及一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统。
背景技术
在卷烟生产过程中，一般需要将烟梗切制成梗丝。在自然状态下贮存，烟梗的含水量一般在10％左右，为了将烟梗切制成梗丝，烟梗的含水量一般提高到30-37％之间。现有烟梗回潮常采用水浸式来提高烟梗含水量，但由于烟梗容易漂浮起来且水分向烟梗内部扩散的过程却十分缓慢，可能存在漂浮的烟梗浸泡不完全或浸泡时间不够等问题。实验表明，烟梗的浸泡时间和浸泡温度可以对烟梗回潮效果发挥很大的作用，即烟梗的回潮效果与浸泡时间和浸泡温度是正相关的，浸泡时间越长、温度越高，烟梗吸收的水分越多。因此，为了使烟梗的内外水分均匀，可通过调节浸泡时间和浸泡温度。但现有的浸泡时间和浸泡温度的调节主要是通过烟梗回潮的出口含水分的反馈来调节，存在滞后性，易造成批次内烟梗水分不均匀，不利于生产过程质量控制。
发明内容
本发明提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统，解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：
一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法，包括：
建立烟梗的出口含水率与浸泡温度的第一对应表，及出口含水率与浸泡时间的第二对应表；
获取烟梗的出口含水率的目标值，并根据所述第一对应表及所述第二对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间；
根据所述预设浸泡温度和所述预设浸泡时间对烟梗回潮的出口含水率进行控制，以达到所述目标值。
优选的，还包括：
获取调节烟梗浸泡温度的蒸汽温度，以设定时间段内的N次采集浸泡温度来计算浸泡温度的平均温度；
建立一个包括当前时刻在内的n次采样的蒸汽温度滑窗，并计算得到各个时刻的蒸汽温度滑窗与所述平均温度的差值；
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断浸泡温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制蒸汽阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对烟梗出口含水率进行前馈控制。
优选的，还包括：
获取烟梗的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节蒸汽阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内烟梗的出口含水率按所述目标值进行控制。
优选的，还包括：
建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS；
在
Figure BDA0002983118430000021
或
Figure BDA0002983118430000022
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；
根据所述EWMA统计量ZS对蒸汽阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
优选的，所述EWMA统计量ZS根据以下公式计算：
ZS＝λ·yS+(1-λ)ZS-1，其中，Z0＝T，λ＝2，yS为第S个时刻的出口含水率。
优选的，还包括：
设置水槽内的刮板电机频率与所述出口含水率的第三对应表，并根据所述目标值得到预设刮板电机频率；
刮板电机根据所述预设刮板电机频率对水槽内的烟梗进行洗梗，以使烟梗与水槽内的水流充分接触。
本发明还提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制系统，包括：
对应表设置单元，用于建立烟梗的出口含水率与浸泡温度的第一对应表，及出口含水率与浸泡时间的第二对应表；
预设单元，用于获取烟梗的出口含水率的目标值，并根据所述第一对应表及所述第二对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间；
控制单元，用于根据所述预设浸泡温度和所述预设浸泡时间对烟梗回潮的出口含水率进行控制，以达到所述目标值。
优选的，还包括：
第一获取单元，用于获取调节烟梗浸泡温度的蒸汽温度，以设定时间段内的N次采集浸泡温度来计算浸泡温度的平均温度；
差值计算单元，用于建立一个包括当前时刻在内的n次采样的蒸汽温度滑窗，并计算得到各个时刻的蒸汽温度滑窗与所述平均温度的差值；
判断单元，用于在一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0时，判断浸泡温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
前馈控制单元，用于获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制蒸汽阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对烟梗出口含水率进行前馈控制。
优选的，还包括：
第二获取单元，用于获取烟梗的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
PID反馈控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节蒸汽阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内烟梗的出口含水率按所述目标值进行控制。
优选的，还包括：
EWMA反馈控制单元，用于建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS；
所述EWMA反馈控制单元在
Figure BDA0002983118430000041
或
Figure BDA0002983118430000042
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；
所述EWMA反馈控制单元根据所述EWMA统计量ZS对蒸汽阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
本发明提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统，通过建立烟梗的出口含水率与浸泡温度和浸泡时间的对应关系，并根据对应关系控制烟梗回潮的出口含水率，以达到目标值。解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本发明提供的一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法示意图。
图2是本发明提供的烟梗回潮的出口含水率前馈控制方法示意图。
图3是本发明提供的烟梗回潮的出口含水率PID反馈控制方法示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。
针对当前烟梗回潮存在出口含水率调节滞后的问题，本发明提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法及系统，通过建立烟梗的出口含水率与浸泡温度和浸泡时间的对应关系，并根据对应关系控制烟梗回潮的出口含水率，以达到目标值。解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
如图1所示，一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法，包括：
S1：建立烟梗的出口含水率与浸泡温度的第一对应表，及出口含水率与浸泡时间的第二对应表；
S2：获取烟梗的出口含水率的目标值，并根据所述第一对应表及所述第二对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间；
S3：根据所述预设浸泡温度和所述预设浸泡时间对烟梗回潮的出口含水率进行控制，以达到所述目标值。
具体地，水浸式烟梗回潮设备主要控制的质量指标是烟梗出口含水率，该设备是将进入其中的烟梗在设备内的水槽中浸泡在40-70℃的循环水中，约20—120s时间，使烟梗内外部水分均匀，从而使烟梗充分浸湿、吸水，待烟梗的水分达到30-37％后沥除表面水分，进行水分平衡。该工艺参数包括循环水泵、滤水网带电机频率、刮板电机频率、物料流量、浸梗水温等。本方法将烟梗的出口含水率分别与浸泡温度和浸泡时间建立对应表，并根据对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间，进而控制烟梗回潮的出口含水率达到目标值。能解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
如图2所示，该方法还包括：
S4：获取调节烟梗浸泡温度的蒸汽温度，以设定时间段内的N次采集浸泡温度来计算浸泡温度的平均温度。
S5：建立一个包括当前时刻在内的n次采样的蒸汽温度滑窗，并计算得到各个时刻的蒸汽温度滑窗与所述平均温度的差值。
S6：如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断浸泡温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势。
S7：获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制蒸汽阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对烟梗出口含水率进行前馈控制。
在实际应用中，为了区分和识别出口含水率的整体趋势性变化，可采用移动滑窗的方法进行监测。首先，由于蒸汽温度是不断变化的，设当前时刻为t，为了确定当前温度变化情况，可采用近一段时间的前N次采样作为一个滑窗来计算浸泡温度的平均温度。随着生产过程的继续，这个滑窗向前滑动。其次，为了识别蒸汽温度的趋势性变化，可再建立一个包括n次采样的滑窗，分别计算包括当前时刻在内的n次采样的蒸汽温度与其对应的平均温度的差。为了避免偶然性变化的影响，识别趋势性的来料含水率的变化，可设置过程质量控制判异准则。本方法通过蒸汽温度与水槽内的浸泡温度的平均值相比较，在浸泡温度出现整体性增大趋势或减小趋势时，控制蒸汽阀门的开度，以便对烟梗的出口含水率进行前馈控制。能解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
如图3所示，该方法还包括：
S8：获取烟梗的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值。
S9：建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节蒸汽阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内烟梗的出口含水率按所述目标值进行控制。
在实际应用中，通过调节浸泡时间来实现出口含水率的调节。通过PID反馈控制模型对出口含水率进行实时调整，将出口含水率的实测值与目标值进行比对，然后根据目标偏差值作为PID反馈控制模型的输入，并根据输入进行自适应学习，进而确定调节P、I和D的参数取值，以实现出口含水率的控制，提高批次内出口含水率控制的稳定性，增加批次间控制的一致性。
为了更好地对出口含水率进行有效控制，还应该根据其变化情况及时进行修正调整。已有的PID反馈控制系统能够对出口含水率的轻微变化进行调整，但对于较大的过程波动往往难以及时实现有效控制，很多时候都需要操作人员进行人工干预，这既增加了人员的工作强度，也由于操作人员的经验差异造成批次质量稳定性下降，为此可采用计算机来实现出口含水率变化的自动识别和调整。该方法还包括：
S10：建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS；在
Figure BDA0002983118430000071
或
Figure BDA0002983118430000072
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；根据所述EWMA统计量ZS对蒸汽阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
进一步，所述EWMA统计量ZS根据以下公式计算：
ZS＝λ·yS+(1-λ)ZS-1，其中，Z0＝T，λ＝2，yS为第S个时刻的出口含水率。
该方法通过EWMA统计量来反馈，进而控制出口含水率的调整，使出口含水率的变化波动减少，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
该方法还包括：
S11：设置水槽内的刮板电机频率与所述出口含水率的第三对应表，并根据所述目标值得到预设刮板电机频率。
S12：刮板电机根据所述预设刮板电机频率对水槽内的烟梗进行洗梗，以使烟梗与水槽内的水流充分接触。
在实际应用中，通过刮板电机频率控制洗梗，使烟梗得到充分浸泡，采用不同的刮板电机频率能对烟梗的出口含水率产生影响，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性。
可见，本发明提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法，通过建立烟梗的出口含水率与浸泡温度和浸泡时间的对应关系，并根据对应关系控制烟梗回潮的出口含水率，以达到目标值。解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
相应地，本发明还提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制系统，包括：对应表设置单元，用于建立烟梗的出口含水率与浸泡温度的第一对应表，及出口含水率与浸泡时间的第二对应表。预设单元，用于获取烟梗的出口含水率的目标值，并根据所述第一对应表及所述第二对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间。控制单元，用于根据所述预设浸泡温度和所述预设浸泡时间对烟梗回潮的出口含水率进行控制，以达到所述目标值。
该系统还包括：第一获取单元，用于获取调节烟梗浸泡温度的蒸汽温度，以设定时间段内的N次采集浸泡温度来计算浸泡温度的平均温度。差值计算单元，用于建立一个包括当前时刻在内的n次采样的蒸汽温度滑窗，并计算得到各个时刻的蒸汽温度滑窗与所述平均温度的差值。判断单元，用于在一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0时，判断浸泡温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势。前馈控制单元，用于获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制蒸汽阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对烟梗出口含水率进行前馈控制。
该系统还包括：第二获取单元，用于获取烟梗的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值。PID反馈控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节蒸汽阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内烟梗的出口含水率按所述目标值进行控制。
该系统还包括：EWMA反馈控制单元，用于建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS。所述EWMA反馈控制单元在
Figure BDA0002983118430000081
或
Figure BDA0002983118430000082
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数。所述EWMA反馈控制单元根据所述EWMA统计量ZS对蒸汽阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
可见，本发明提供一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制系统，通过建立烟梗的出口含水率与浸泡温度和浸泡时间的对应关系，并控制烟梗回潮的出口含水率，以达到目标值。解决现有烟梗回潮时出口含水率调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次梗丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。
以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法，其特征在于，包括：
建立烟梗的出口含水率与浸泡温度的第一对应表，及出口含水率与浸泡时间的第二对应表；
获取烟梗的出口含水率的目标值，并根据所述第一对应表及所述第二对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间；
根据所述预设浸泡温度和所述预设浸泡时间对烟梗回潮的出口含水率进行控制，以达到所述目标值；
获取调节烟梗浸泡温度的蒸汽温度，以设定时间段内的N次采集浸泡温度来计算浸泡温度的平均温度；
建立一个包括当前时刻在内的n次采样的蒸汽温度滑窗，并计算得到各个时刻的蒸汽温度滑窗与所述平均温度的差值；
如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断浸泡温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制蒸汽阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对烟梗出口含水率进行前馈控制；
建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS；
在
Figure FDA0003679547540000011
或
Figure FDA0003679547540000012
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；
根据所述EWMA统计量ZS对蒸汽阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小；
所述EWMA统计量ZS根据以下公式计算：
ZS＝λ·yS+(1-λ)ZS-1，其中，Z0＝T，λ＝2，yS为第S个时刻的出口含水率。
2.根据权利要求1所述水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法，其特征在于，还包括：
获取烟梗的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节蒸汽阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内烟梗的出口含水率按所述目标值进行控制。
3.根据权利要求2所述水浸式烟梗回潮的水分平衡控制方法，其特征在于，还包括：
设置水槽内的刮板电机频率与所述出口含水率的第三对应表，并根据所述目标值得到预设刮板电机频率；
刮板电机根据所述预设刮板电机频率对水槽内的烟梗进行洗梗，以使烟梗与水槽内的水流充分接触。
4.一种水浸式烟梗回潮的水分平衡控制系统，其特征在于，包括：
对应表设置单元，用于建立烟梗的出口含水率与浸泡温度的第一对应表，及出口含水率与浸泡时间的第二对应表；
预设单元，用于获取烟梗的出口含水率的目标值，并根据所述第一对应表及所述第二对应表确定预设浸泡温度和预设浸泡时间；
控制单元，用于根据所述预设浸泡温度和所述预设浸泡时间对烟梗回潮的出口含水率进行控制，以达到所述目标值；
第一获取单元，用于获取调节烟梗浸泡温度的蒸汽温度，以设定时间段内的N次采集浸泡温度来计算浸泡温度的平均温度；
差值计算单元，用于建立一个包括当前时刻在内的n次采样的蒸汽温度滑窗，并计算得到各个时刻的蒸汽温度滑窗与所述平均温度的差值；
判断单元，用于在一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0时，判断浸泡温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势；
前馈控制单元，用于获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制蒸汽阀门在所述出口时刻开始减小开度或增大开度，以对烟梗出口含水率进行前馈控制；
EWMA反馈控制单元，用于建立所述出口含水率的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口含水率进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量ZS；
所述EWMA反馈控制单元在
Figure FDA0003679547540000031
或
Figure FDA0003679547540000032
时判断出口含水率有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；
所述EWMA反馈控制单元根据所述EWMA统计量ZS对蒸汽阀门开度进行反馈控制，使出口含水率的波动减小。
5.根据权利要求4所述水浸式烟梗回潮的水分平衡控制系统，其特征在于，还包括：
第二获取单元，用于获取烟梗的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；
PID反馈控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节蒸汽阀门开度以对出口含水率进行反馈控制，使批次内烟梗的出口含水率按所述目标值进行控制。
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