CN113282050B - 润叶机润叶控制方法、存储介质、检测装置及润叶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种润叶机润叶方法、检测装置、润叶系统及PLC控制器。润叶控制方法主要包括以下步骤：步骤S1.来料皮带向润叶机运送物料；步骤S2.来料皮带上方的超声波传感器进行来料情况检测；步骤S3.物料输送到位，超声波传感器检测到来料，PLC控制器打开水、汽、气阀门进行加汽加水操作；步骤S4.物料输送完毕，超声波传感器未检测到来料，PLC控制器关闭水、汽、气阀门。有益效果：通过修正系数使计算出的生产流量更加准确，在自动控制模式下，使得润叶质量更加稳定；本装置相比电子计量称，结构简单，节约了设备空间，减小了设备故障发生率；相比电子计量称，投入成本低，后期维护成本也相对较低。

Description

润叶机润叶控制方法、存储介质、检测装置及润叶系统

技术领域

本发明属于烟叶复烤领域，涉及一种烟叶物料检测装置，尤其涉及一种润叶机润叶控制方法、存储介质、检测装置及润叶系统。

背景技术

在复烤生产中，烟叶需要经过热风润叶工艺后才能进入打叶风分工艺，然后进入叶片复烤工艺，最后进入装箱打包工艺。热风润叶环节润叶质量的好坏直接影响着后续工艺的各项质量指标，因此，热风润叶工艺在复烤生产工艺流程中发挥着关键性作用。

烟叶在预处理阶段一般需要经过两次热风润叶，热风润叶机根据来料的流量、水分和温度，进行相应的加汽加水等动作，使得烟叶经过热风润叶后达到合理的水分和温度要求。即经过两次热风润叶后使得烟叶的水分和温度保持在合理的范围内，为接下来的打叶风分工艺作准备，绝大多数复烤企业在二润前均设置有仓式喂料机和电子流量称，用来稳定加工烟叶流量，然后依据红外水分仪检测出烟叶的水分和温度，来进行相应的加汽加水动作，但少数复烤企业，为节省工作空间，在一润前未设置仓式喂料机和电子流量称，仅在一润前加装对射式光电管来检测物料，然后进行相应的加汽加水来完成一次润叶工艺。

此种工艺方法属于粗放式管理方式，在一次润叶过程中存在两个方面的问题，一方面由于光电管其检测距离与穿透力呈现正相关关系，偶尔会出现不能准确检测出物料的故障现象，导致一次润叶质量不好；另一方面由于未安装电子流量称，不能准确计算出来料流量，润叶过程的加汽加水量存在不精准的现象。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足，提供了一种润叶机润叶控制方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案来实现：

一种润叶机润叶控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.来料皮带向润叶机运送物料；

步骤S2.来料皮带上方的超声波传感器进、行来料情况检测；

步骤S3.物料输送到位，超声波传感器检测到来料，PLC控制器打开水、汽阀门进行加汽加水操作；其中，步骤S3中所述PLC控制器打开水、汽阀门通过水、汽阀门开度控制实现，所述水、汽阀门开度的计算方法为：

1)先根据检测的物料厚度可计算出输送皮带上物料的横向截面积，再根据皮带的传输速度计算出加工物料的体积流量，基于物料的生产流量与体积流量呈近似正比例关系，计算出物料的生产计算流量；

2)再根据设置于润叶机后端的润后红外水分仪检测出的物料实际含水率，反向计算出物料的生产实际流量，并计算出修正系数，然后对生产计算流量进行修正，使生产计算流量无限接近于生产实际流量；

3)再根据设置于润叶机前端的润前红外水分仪检测出的物料含水率，以及润叶后需要达到的物料设定含水率，计算出物料进入润叶筒后需要开启的瞬时加水量，从而得出相应的加水管路电磁流量阀阀门开度；

4)设置润叶机后端的润后红外水分仪检测出的物料实际含水率接近或等于物料设定含水率，通过PLC控制器控制润叶过程的精准加水；

5)根据加汽量与加水量呈现稳定的正相关关系，同步计算出相应的加汽管路气动薄膜阀阀门开度，最终实现润叶过程的精准加汽和加水；

步骤S4.物料输送完毕，超声波传感器未检测到来料，PLC控制器关闭水、汽阀门。

进一步地，烟叶物料的生产计算流量为：Q_m＝K₁×H_C ²+K₂×H_C；

生产计算流量的修正系数为：k_tn，k_t(n+1)＝k_tn×x_n；

生产流量误差为：

修正生产计算流量为：Q_mn＝(K₁×H_C ²+K₂×H_C)×k_tn，其中，式中，K1和K2为批次烟叶正常生产情况下的常量；

Hc为梯形的高；

ktn为tn时刻质量流量修正系数，初始时k_t1＝1；

在下一单位时间为kt(n+1)；

其中：n＝1,2,3,4,5,6,……；

含水率和含水量中的水均指的是烟叶中的非结合水，即自由水分；

a％为同一单位物料润前含水率实测值；

b％为同一单位物料润后需要达到的含水率值；

b′％为同一单位物料润后含水率实测值；

W_a为同一单位物料润前含水量；

W_b′为同一单位物料润后含水量；

W_b为同一单位物料根据系统设定的润后含水率计算出的润后含水量；

Q_mn为来料皮带上物料修正质量流量。

具体的是，a％是通过在润叶筒进料口端处的红外水分仪测出的烟叶含水率值；

b％为操作人员根据工艺要求设定的烟叶物料在经过润叶筒后，在出料口端需要达到的含水率值，【理想情况下，根据烟叶部位等级、生产流量、在润叶筒内的润叶时间，结合向润叶筒内的加水量和加蒸汽量，以及循环风量和排潮风量的比例等，可以得到润后烟叶物料的含水率值】，但理论与实际有差异，所以需要引入理论值与实际值，即：b％与b′％；

b′％是通过在润叶筒出料口端处的红外水分仪测出的烟叶含水率值；单位物料为单位时间内流入润叶筒的烟叶量，定义单位物料是为方便计算，且可通过设定不同的单位时间(如5S或30S或60S)来进行单位物料量的统计变更。

W_a为在润叶筒进料口端处的红外水分仪测出的烟叶含水率值相对应的物料润前含水量；

W_b′为根据工艺要求设定的烟叶物料在经过润叶筒后，在出料口端需要达到的含水率值相对应的物料润后理论含水量；

W_b为在润叶筒出料口端处的红外水分仪测出的烟叶含水率值相对应的物料润后含水量。所采用的的字母W为水的英文Water(或重量weight)缩写；

Q_mn中Q为流量Quantity的缩写，m为质量mass的缩写，n是为了引入单位时间变量，因为烟叶物料不管在皮带上还是润叶筒内均为流动生产状态，引入n是为了方便对质量流量修正系数进行不断修正，(如第一个60s,第二个60s,第三个60s,…)。

本发明还提供了一种润叶机物料及水分检测装置，包括在来料皮带(1)上方按来料方向顺序设置的超声波传感器(11)和润前红外水分仪(12)和设置在出料皮带(2)上方的润后红外水分仪(21)，所述超声波传感器(11)、润前红外水分仪(12)和润后红外水分仪(21)，连接到润叶机(3)的PLC控制器。

本发明还提供了一种烟叶润叶系统，包括润叶机(3)，所述润叶机(3)内置有PLC控制器、加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀，还包括所述的润叶机物料及水分检测装置；所述PLC控制器与加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀连接并控制加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀的开度；PLC控制器内置有非瞬态计算机可读存储介质，

本发明还提供了一种非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被控制器内的处理器执行实现润叶机润叶控制方法的步骤。

工作原理：

在一次润叶机前端相应位置安装超声波传感器和红外水分仪，在一次润叶机后端相应位置安装红外水分仪，通过超声波传感器检测出来料有无情况，然后再通过程序控制决定是否进行加汽加水动作，若检测出无来料，则通过程序控制关闭相应的水、汽、气阀门，停止向润叶筒内加汽加水；若检测出有来料，则相应的水、汽、气阀门开启，向润叶筒内进行加汽加水。但具体加汽加水量的多少则需要通过超声波传感器和红外水分仪的检测数值来进行综合控制，超声波传感器不仅可以检测出物料的有无，还可以检测出物料的厚度，在生产稳定的情况下，润叶机前的输送皮带上的物料厚度相对稳定，而物料在输送皮带横向截面稳定成某一特定形状(如三角形或梯形)，根据检测的物料厚度可计算出输送皮带上物料的横向截面积，再根据皮带的传输速度可计算出加工物料的体积流量，而物料的质量流量(即生产流量)与体积流量呈近似正比例关系，则可得出物料的生产计算流量。再根据设置于一次润叶前端的红外水分仪检测出的物料含水率，以及一次润叶后需要达到的物料设定含水率，可计算出物料进入润叶筒后需要开启的瞬时加水量，并进行相应的加水管路电磁流量阀阀门开度开启，根据设置于一次润叶后端的红外水分仪检测出的物料实际含水率，可反向计算出物料的生产实际流量，并计算出修正系数，然后对生产计算流量进行修正，经过多次修正后，使得生产计算流量无限接近于生产实际流量，最后使设置于一次润叶后端的红外水分仪检测出的物料实际含水率接近或等于物料设定含水率，实现润叶过程的精准加水，由于加汽量与加水量呈现稳定的正相关关系，则可同步计算出相应的加汽管路气动薄膜阀阀门开度，最终实现润叶过程的精准加汽和加水。

有益效果：

1.在润叶设备前端安装空间有限或受限的情况下，可以采用本装置及控制方法实现对来料流量的准确计量；

2.相比采用光电开关或接近开关来检测物料，物料有无检测准确度更高，减少了误操作率；

3.本装置及方法在检测物料有无的同时，还可以检测出物料的厚度，并通过计算方法，可计算出来料物料的生产流量；

4.本装置及方法通过修正系数的应用，减少了计算误差，使得计算出的生产流量逐渐接近实际流量；

5.本装置及方法通过修正系数使计算出的生产流量更加准确，在自动控制模式下，使得润叶质量更加稳定；

6.本装置及方法的应用，投入成本较低，实现了电子流量的计量功能，投入产出效果明显。

7.本装置及方法的应用，拓宽了超声波传感器在复烤企业的应用范围。

8.本装置相比电子计量称，结构简单，节约了设备空间，减小了设备故障发生率；

9.本装置相比电子计量称，投入成本低，后期维护成本也相对较低。

附图说明

图1为本发明的结构整体示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为超声波传感器在来料皮带上的安装示意图。

图4为来料皮带上物料的形状示意图。

图5为润后效果对比图。

附图标记：

来料皮带1，出料皮带2，润叶机3，振动输送机4，烟叶5，烟叶截面形状51，超声波传感器11，润前红外水分仪12，润后红外水分仪21。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明并不局限于以下技术方案。

实施例

如图1-3所示，一种润叶机物料及水分检测装置，包括在来料皮带1上方按来料方向顺序设置的超声波传感器11和润前红外水分仪12和设置在出料皮带2上方的润后红外水分仪21，所述润前红外水分仪12和润后红外水分仪21以及超声波传感器11连接到润叶机3的PLC控制器。

采用所述检测装置构成的一种烟叶润叶系统，包括润叶机3，所述润叶机3内置有PLC控制器、加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀，还包括所述的润叶机物料及水分检测装置；所述PLC控制器与加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀连接并控制加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀的开度；PLC控制器内置有非瞬态计算机可读存储介质。

具体安装过程为：首先将超声波传感器11安装在来料皮带1上方合理高度位置，且安装方向垂直于来料皮带1，然后进行超声波传感器11的测量范围设定。

超声波传感器11的测量范围设定方法为：当来料皮带1上无物料时，此时烟叶5厚度为0，可将此距离设定为超声波传感器11的最大测量距离，同时应保证最大测量距离小于超声波传感器11出厂设置的最大测量范围，则对应的模拟量输出为0V或4mA；当来料皮带1上物料厚度达到最大值时，可将此距离设定为超声波传感器11的最小测量距离，同时应保证最小测量距离大于超声波传感器11出厂设置的最小测量范围，则对应的模拟量输出为10V或20mA。

再将润叶机3前端的润前红外水分仪12安装在来料皮带1上且位于超声波传感器11后方，安装方向垂直于来料皮带1；

再将润叶机3后端的润后红外水分仪21安装在出料皮带2上方合理位置，安装方向垂直于出料皮带2；

进一步的，将润前红外水分仪12、润后红外水分仪21接线以及超声波传感器11与PLC控制器连接，完善PLC控制器中的控制程序。

采用润叶机3物料检测装置构成润叶机3润叶系统，所述PLC控制器与水、气阀门连接，通过接收到的物料检测装置检测的数据，通过PLC控制器控制加水、加气量。

最后进行设备系统联动调试。

采用上述系统进行润叶控制的步骤为：

一种润叶机润叶控制方法，包括以下步骤：

步骤S1.来料皮带1向润叶机3运送物料；

步骤S2.来料皮带1上方的超声波传感器11进行来料情况检测；

步骤S3.物料输送到位，超声波传感器11检测到来料，PLC控制器打开水、汽、气阀门进行加汽加水操作；

步骤S4.物料输送完毕，超声波传感器11未检测到来料，PLC控制器关闭水、汽、气阀门。

步骤S3中所述PLC控制器打开水、汽阀门通过水、汽阀门开度控制实现，所述水、汽阀门开度的计算方法为：

1)先根据检测的物料厚度可计算出输送皮带上物料的横向截面积，再根据皮带的传输速度计算出加工物料的体积流量，基于物料的生产流量与体积流量呈近似正比例关系，计算出物料的生产计算流量；

2)再根据设置于润叶机3后端的润后红外水分仪21检测出的物料实际含水率，反向计算出物料的生产实际流量，并计算出修正系数，然后对生产计算流量进行修正，使生产计算流量无限接近于生产实际流量；

3)再根据设置于润叶机3前端的润前红外水分仪12检测出的物料含水率，以及润叶后需要达到的物料设定含水率，计算出物料进入润叶筒后需要开启的瞬时加水量，从而得出相应的加水管路电磁流量阀阀门开度；

4)设置润叶机3后端的润后红外水分仪21检测出的物料实际含水率接近或等于物料设定含水率，通过PLC控制器控制润叶过程的精准加水；

5)根据加汽量与加水量呈现稳定的正相关关系，同步计算出相应的加汽管路气动薄膜阀阀门开度，最终实现润叶过程的精准加汽和加水。

具体加水、加气量的计算方法为：

1、通过试验观察，来料皮带1上烟叶截面形状51近似为类梯形如图4所示，则横截面积为：

根据几何关系L₃＝H_C×cotα；L₄＝H_C×cotβ

则有：

皮带速度为v_带

Q_V＝v_带×S_截

通过一定体积容器试验称重方式，可计算出来料皮带1上烟叶5物料的密度ρ_j，则烟叶5物料的质量流量

在批次烟叶5正常生产情况下，ρ_jv_带L₁(用K₁代替)和

(用K₂代替)稳定为某一常量。

则有:

Q_m＝K₁×H_C ²+K₂×H_C

其中：L1为梯形的长边，物料与在来料皮带1上接触面的宽度；

L2为梯形的短边，来料皮带1上物料堆积的上表面的宽度；

L3为，梯形一边长边和短边之间的差距，α为此边斜的边与长边的夹角；

L4为，梯形另一边长边和短边之间的差距，β为此边的斜边与长边的夹角；

Hc为梯形的高。

皮带速度为v_带；梯形横截面积为S_截；来料皮带1上烟叶5物料的密度ρ_j；烟叶5物料的质量流量Q_m；K1和K2为批次烟叶5正常生产情况下的常量，K1代表ρ_jv_带L₁，K2代表

来料皮带1上物料修正质量流量为Q_mn；生产流量为Q_C；

2、为消除实际质量流量和计算出的质量流量之间的误差，需对计算出的质量流量进行不断修正。

Q_mn＝(K₁×H_C ²+K₂×H_C)×k_tn

k_t(n+1)＝k_tn×x_n

其中：n＝1,2,3,4,5,6,……；

通过计算将来料皮带1上物料修正质量流量Q_mn的值传输到PLC控制系统中进行生产流量的设定。

Q_C＝Q_mn

通过设置于润叶前端的红外水分仪检测出的单位时间t内烟叶5物料的含水率为a％,该部分烟叶5物料在经过△t₁₃后到达设置于润叶后端的红外水分仪处时，系统设定的该部分烟叶5需要达到的含水率为b％,检测出烟叶5物料的含水率为b′％,则单位时间t内烟叶5物料的润前含水量为W_a，润后设定含水量为W_b，润后实际含水量为W_b′，烟叶5物料不含水重量为W_o

则有

(W₀+W_a)×a％＝W_a

(W₀+W_b)×b％＝W_b

(W₀+W_b′)×b′％＝W_b′

通过PLC控制系统计算出修正系数后，在下一个单位时间内通过超声波传感器11测量烟叶5物料的厚度时，再对计算出的烟叶5物料质量流量进行修正，进一步缩小计算出的烟叶5物料质量流量误差，即生产流量误差。

通过不断变化的修正系数对计算出的烟叶5物料质量流量进行持续修正，最终使得计算出的生产流量接近或等于实际流量，即使得润叶后红外水分仪检测出的烟叶5物料含水率接近或等于系统设定含水率，实现自动调节和控制的功能。

所述PLC控制器中包含一种非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被控制器内的处理器执行实现润叶机润叶控制方法的步骤。

效果验证：

对润后的烟叶5进行取样，来判定润后的效果。

取样条件：在装置运行稳定后，生产期间一天中全天九个时间点一润出料水分、温度和当天每五分钟进行一次取样的64个一润出口水分样本值进行统计分析。选用值为随机取样值，确保数据的代表性，同时利用方差来判定，润后的水份分布情况是否一致。

方差是每个样本值与全体样本值的平均数之差的平方值的平均数。方差能反映一个数据集的离散程度，数据整体分布离平均值越近，方差就越小。

统计结果如表1、表2。

根据表1和表2可以看出未采用设备前的方差为0.39715564，采用设备后的方差为0.124171484，方差降低了68.73％,如图5。

工作方式：

在一次润叶机3前端相应位置安装超声波传感器11和红外水分仪，在一次润叶机3后端相应位置安装红外水分仪，通过超声波传感器11检测出来料有无情况，然后再通过程序控制决定是否进行加汽加水动作，若检测出无来料，则通过程序控制关闭相应的水、汽、气阀门，停止向润叶筒内加汽加水；若检测出有来料，则相应的水、汽、气阀门开启，向润叶筒内进行加汽加水。

Claims (5)

1.一种润叶机润叶控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1.来料皮带(1)向润叶机(3)运送物料；

步骤S2.来料皮带(1)上方的超声波传感器(11)进行来料情况检测；

步骤S3.物料输送到位，超声波传感器(11)检测到来料，PLC控制器打开水、汽阀门进行加汽加水操作；其中，步骤S3中所述PLC控制器打开水、汽阀门通过水、汽阀门开度控制实现，所述水、汽阀门开度的计算方法为：

1)先根据检测的物料厚度可计算出输送皮带上物料的横向截面积，再根据皮带的传输速度计算出加工物料的体积流量，基于物料的生产流量与体积流量呈近似正比例关系，计算出物料的生产计算流量；

2)再根据设置于润叶机(3)后端的润后红外水分仪(21)检测出的物料实际含水率，反向计算出物料的生产实际流量，并计算出修正系数，然后对生产计算流量进行修正，使生产计算流量无限接近于生产实际流量；

3)再根据设置于润叶机(3)前端的润前红外水分仪(12)检测出的物料含水率，以及润叶后需要达到的物料设定含水率，计算出物料进入润叶筒后需要开启的瞬时加水量，从而得出相应的加水管路电磁流量阀阀门开度；

4)设置润叶机(3)后端的润后红外水分仪(21)检测出的物料实际含水率接近或等于物料设定含水率，通过PLC控制器控制润叶过程的精准加水；

5)根据加汽量与加水量呈现稳定的正相关关系，同步计算出相应的加汽管路气动薄膜阀阀门开度，最终实现润叶过程的精准加汽和加水；

步骤S4.物料输送完毕，超声波传感器(11)未检测到来料，PLC控制器关闭水、汽阀门。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，

烟叶(5)物料的生产计算流量为：Q_m＝K₁×H_C ²+K₂×H_C；

生产计算流量的修正系数为：k_tn，k_t(n+1)＝k_tn×x_n；

生产流量误差为：

修正生产计算流量为：Q_mn＝(K₁×H_C ²+K₂×H_C)×k_tn，其中，式中，K1和K2为批次烟叶正常生产情况下的常量；

Hc为梯形的高；

ktn为tn时刻质量流量修正系数，初始时k_t1＝1；

在下一单位时间为kt(n+1)；

其中：n＝1,2,3,4,5,6,……；

含水率和含水量中的水均指的是烟叶中的非结合水，即自由水分；

a％为同一单位物料润前含水率实测值；

b％为同一单位物料润后需要达到的含水率值；

b′％为同一单位物料润后含水率实测值；

W_a为同一单位物料润前含水量；

W_b′为同一单位物料润后含水量；

W_b为同一单位物料根据系统设定的润后含水率计算出的润后含水量；

Q_mn为来料皮带上物料修正质量流量。

3.采用权利要求1-2任一项所述的控制方法的一种润叶机物料及水分检测装置，其特征在于，包括在来料皮带(1)上方按来料方向顺序设置的超声波传感器(11)和润前红外水分仪(12)和设置在出料皮带(2)上方的润后红外水分仪(21)，所述超声波传感器(11)、润前红外水分仪(12)和润后红外水分仪(21)，连接到润叶机(3)的PLC控制器。

4.采用权利要求3所述的检测装置的一种烟叶润叶系统，包括润叶机(3)，所述润叶机(3)内置有PLC控制器、加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀，其特征在于，还包括所述的润叶机物料及水分检测装置；所述PLC控制器与加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀连接并控制加水管路电磁流量阀和加汽管路气动薄膜阀的开度；PLC控制器内置有非瞬态计算机可读存储介质。

5.一种非瞬态计算机可读存储介质，该非瞬态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被控制器内的处理器执行实现权利要求1-2任一项所述的润叶机润叶控制方法的步骤。

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