CN113303489B - 一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法,属于制烟工艺技术领域。本发明将松散回潮机和烟叶加料机作为一个整体控制单元,从历史数据中优选出多批次生产过程稳定、切后叶丝水分满足基准参数要求的批次,计算出烟叶加料机出料水分中位数标准值,利用在叶片线控制系统计算出修正的松散回潮机实时加水流量,将该加水流量带入松散回潮机得到加水量修正值,最终实现整批次的烟叶加料机出料水分实控中位数与中位数标准值的最小偏差,利用中位数是样本数据所占频率的等分线,不受少数几个极端值得影响的优点,选用中位数作为烟叶加料机出料水分的控制因子,提高切后叶丝水分达标率。
Description
技术领域
本发明属于制烟工艺技术领域,具体的说,涉及一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法。
背景技术
制丝线烟叶水分控制中,受到烟叶原料等级、年份、水分等因素影响,松散回潮机对烟叶水分控制结果容易产生波动大、准确性不高的结果,而后工序的加料机主要用于烟叶加料,对烟叶水分的调节能力有限,一旦烟叶水分控制结果达不到理想值,就会造成切后叶丝水分的中心偏移问题,最终影响到烟丝整体加工质量。因此,准确控制烟叶加工过程水分,有利于促进产品质量的稳定及均质化管理。目前,国内烟草行业关于制丝过程烟叶水分的控制方法也有一些报道,但都存在一定程度的局限性。
烟叶水分的控制主要由松散回潮通过对烟叶水分的影响因素进行过程调节,改善松散回潮出料水分的稳定性。崔升烟叶松散含水率合格率影响因素研究中,将加水量、热风温度、烟叶流量及它们的组合进行了研究,找出了影响烟叶水分合格率的因素,优化了过程控制参数。由于热风温度、烟叶流量均属于关键工艺指标,其稳定性对卷烟内在质量有一定影响,通过调节这些参数进行水分控制,势必会对产品质量造成影响,存在一定的局限性。
在烟叶加料机上实现水分调节,甘华的烟叶加料机控制系统研究中,依据烟叶水分控制流程和特性,采用串级控制的方式设计烟叶加料机水分控制系统,然后根据实验测试的结果优化控制系统,并观察优化后的控制系统投入生产的使用情况,利用标准偏差统计的方式对生产效果进行验证,一定程度地降低了烟叶加料机出料水分标准偏差。烟叶加料机本身加料比例就很大,水分调节的空间极其有限,若在此增加水分调节系统,想要发挥对烟叶水分有效调节功能,就必须降低松散回潮机的烟叶出料水分,这种方法增加烟叶加工过程的造碎风险,以及烟叶在加料机内壁的粘附水渍风险。同时,该控制方式对切后叶丝水分的准确控制效果缺乏验证。
高立秀等基于机器学习的切丝后含水率预测及控制方法中,通过采用递归特征消除法分析模型的影响变量。基于车间温湿度SARIMAX 预测模型,利用蒙特卡洛仿真、神经网络算法和 XGBoost 算法建立切丝后含水率控制模型,最终筛选了7个输入变量需要人工维护录入。现有技术三的缺点由于生产牌号的不同, 7个输入型变量的值也略有不同,如何根据不同环境条件及时准确地录入变量值也是一种挑战,并且该方法对切丝水分控制的准确率最高也只有86.49%,还有较大的优化空间。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提出了一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法。本发明将松散回潮机和烟叶加料机作为一个整体控制单元,从历史数据中优选出多批次生产过程稳定、切后叶丝水分满足基准参数要求的批次,计算出烟叶加料机出料水分中位数标准值,利用在叶片线控制系统计算出修正的松散回潮机实时加水流量,将该带入松散回潮机得到加水量修正值,最终实现整批次的烟叶加料机出料水分实控中位数与中位数标准值的最小偏差,从而提高切后叶丝水分达标率。
具体步骤为:
1)将PLC控制程序中采集的烟叶加料机出料水分含量数据通过OPC SERVER中转到ORCALE等数据库中,然后由数据库完成烟叶加料机出料水分含量从小到大实时排序和中位数计算。从数据库中通过程序设定条件自动筛选出多批次生产过程稳定、切后叶丝水分满足基准参数要求的批次,分别计算各批次烟叶出料水分中位数并与对应的切后叶丝水分平均值进行差值计算,再对差值进行平均值计算,将差值平均值与切后叶丝水分标准中心值进行相加,得到烟叶加料机出料水分中位数标准值;
2)在叶片线视窗控制系统中设定烟叶加料机出料水分中位数标准值、松散回潮机批次生产量和生产时间,通过数据库将实时计算出的烟叶加料机出料水分含量的中位数与水分中位数标准值进行对比,计算出烟叶加料机出料水分中位数偏差值;
3)在数据库中用烟叶加料机出料水分中位数偏差值与松散回潮生产批次的已生产烟叶重量相乘,计算出加水偏差量,将加水偏差量与生产剩余时间相除,计算出需要修正的松散回潮机实时加水流量;
4)将实时加水流量带入到松散回潮机当前加水流量(Hi)中,得到加水量修正值,再将加水流量修正值从数据库中反馈到IFIX等视窗控制系统中的相应地址,并由视窗控制系统改变PLC控制变量,实现过程加水流量的调节,最终实现整批次的烟叶加料机出料水分实控中位数与中位数标准值的最小偏差。
作为优选,步骤1)中,烟叶加料机出料水分中位数标准值Mi=Mx+[(Mi1-A1)+(Mi2-A2)+(Mi3-A3)...+(Min-An)]/n,其中Mx为切后叶丝水分标准中心值,Min为不同批次的烟叶出料水分中位数,An为不同批次的切后叶丝水分平均值,当数据数量n为奇数时,中位数Min=X(n+1)/2;当n为偶数时,中位数Min={X(n/2)+ X(n/2+1)}/2,公式中下标公式为位数计算值,X为位数所对应的值。
作为优选,步骤2)中,烟叶加料机出料水分中位数偏差值Ci=Ei-Mi,其中Ei烟叶加料机出料水分实时中位数;
作为优选,步骤3)中,松散回潮机剩余生产时间ti=Ti-Tis,其中Tis为已生产时间,Ti为总生产时间;
松散回潮已生产烟叶重量Yi=Tis×a,其中a为松散回潮生产工艺流量;
加水偏差量Fi= Yi×Ci;
松散回潮机实时加水流量Di=Fi/ti。
作为优选,步骤4)中,加水量修正值Bi = Tis×a×(Ei-Mi)/(Ti-Tis)+ Hi。
作为优选,步骤1)中,在数据采集过程中用低于各牌号烟叶加料机出料水分中位数3%—6%的数据作为稳态数据识别线,当烟叶水分大于程序设定的识别线时,数据正常采集并进行中位数计算,若烟叶加料机出料水分低于识别线数据并延时超过t时间时,可自动过滤掉识别线以下的数据,直至水分显示值大于识别线时再正常采集计算。
本发明的有益效果:
本发明将松散回潮机和烟叶加料机作为一个整体控制单元,从历史数据中优选出多批次生产过程稳定、切后叶丝水分满足基准参数要求的批次,计算出烟叶加料机出料水分中位数标准值,利用在叶片线控制系统计算出修正的松散回潮机实时加水流量,将该带入松散回潮机得到加水量修正值,最终实现整批次的烟叶加料机出料水分实控中位数与中位数标准值的最小偏差,利用中位数是样本数据所占频率的等分线,不受少数几个极端值得影响的优点,选用中位数作为烟叶加料机出料水分的控制因子,提高切后叶丝水分达标率。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚,对本发明的优选实施例进行详细的说明,以方便技术人员理解。
1)将PLC控制程序中采集的烟叶加料机出料水分含量数据通过OPC SERVER中转到ORCALE等数据库中,然后由数据库完成烟叶加料机出料水分含量从小到大实时排序和中位数计算,从数据库中通过程序设定条件自动筛选出多批次生产过程稳定、切后叶丝水分满足基准参数要求的批次,例如:取切后叶丝水分含量CPK计算结果为大于1.33的批数据,分别计算各批次烟叶出料水分中位数并与对应的切后叶丝水分平均值进行差值计算,再对差值进行平均值计算,将差值平均值与切后叶丝水分标准中心值进行相加,得到烟叶加料机出料水分中位数标准值;即烟叶加料机出料水分中位数标准值Mi=Mx+[(Mi1-A1)+(Mi2-A2)+(Mi3-A3)...+(Min-An)]/n,其中Mx为切后叶丝水分标准中心值,Min为不同批次的烟叶出料水分中位数,An为不同批次的切后叶丝水分平均值,当数据数量n为奇数时,中位数Min=X(n+1)/2;当n为偶数时,中位数Min={X(n/2)+ X(n/2+1)}/2,公式中下标公式为位数计算值,X为位数所对应的值。
2)在叶片线控制系统中设定烟叶加料机出料水分中位数标准值、松散回潮机批次生产量和生产时间,通过控制系统实时计算烟叶加料机出料水分中位数并与水分中位数标准值进行对比,计算出烟叶加料机出料水分中位数偏差值;即烟叶加料机出料水分中位数偏差值Ci=Ei-Mi,其中Ei烟叶加料机出料水分实时中位数;
3)用烟叶加料机出料水分中位数偏差值与松散回潮生产批次的已生产烟叶重量相乘,计算出加水偏差量,将加水偏差量与生产剩余时间相除,计算出需要修正的松散回潮机实时加水流量;即松散回潮机剩余生产时间ti=Ti-Tis,其中Tis为已生产时间,Ti为总生产时间;松散回潮已生产烟叶重量Yi=Tis×a,其中a为松散回潮生产工艺流量;加水偏差量Fi= Yi×Ci;松散回潮机实时加水流量Di=Fi/ti。
4)将该加水流量带入到松散回潮机当前加水流量(Hi)中,得到加水量修正值,最终实现整批次的烟叶加料机出料水分实控中位数与中位数标准值的最小偏差;即加水量修正值Bi = Tis×a×(Ei-Mi)/(Ti-Tis)+ Hi。
作为优选,在数据采集过程中用低于各牌号烟叶加料机出料水分中位数3%—6%的数据作为稳态数据识别线,当烟叶水分大于程序设定的识别线时,数据正常采集并进行中位数计算,若烟叶加料机出料水分低于识别线数据并延时超过t时间时,可自动过滤掉识别线以下的数据,直至水分显示值大于识别线时再正常采集计算。
作为优选,在数据处理过程中,通过工控软件编写PLC控制程序,同时利用相关软件如IFIX开发前台操作画面,搭建控制平台和数据处理平台,实现前后台数据信息交互,在工艺管理系统中录入烟叶加料机出料水分中位数标准控制值、批次生产量和生产时间等工艺参数等变量维护工作,这些参数将被控制程序读取并参与计算;PLC计算出的加水流量反馈给现场及远程PC操作系统中,实时修正松散回潮机加水流量,同时,松散回潮机加水流量采用PID控制,实现加水瞬时流量与期望加水流量的准确拟合;生产过程数据自动采集并传送到工艺管理系统中,通过数据库进行数据统计分析,同时将数据共享至MES系统中,实现数据网络共享。
实施例:在A牌号烟叶加工过程中,首先统计10批次该牌号烟叶加料机出料水分中位数平均值为21.24%,切后叶丝水分平均值为20.05%,偏差值为1.19%,切后叶丝水分标准中心值为20.00%,因此,烟叶加料机出料水分中位数标准值为21.19%,将数据代入到控制系统中,最终得到该批次烟叶加料机出料水分实控中位数值为21.20%,根据各实控水分中位数值减去1.19%后的结果为20.01%,实际该批切后叶丝水分平均值为19.98%,偏差值为0.02%。
该批松散回潮机生产流量为5500Kg/h,批次重量为8600Kg,生产时间为1.56h,初始加水流量350Kg/h,调取该批15个点的松散回潮加水流量的调节数据,过程计算结果如下表所示:
选用中位数作为烟叶加料机出料水分的控制因子,其优点在于中位数是样本数据所占频率的等分线,它不受少数几个极端值得影响,在中位数或平均值的选择上,控制因子应优先选择中位数。本例中,采集过程控制较好的10批次数据,统计出烟叶加料机出料水分中位数平均值为21.02%,切后叶丝水分平均值为20.31%,烟叶加料机出料水分中位数与切后叶丝水分的偏差值为0.71%,该牌号切后叶丝水分标准中心值为20.50%,因此,烟叶加料机出料水分中位数标准值为21.21%,将数据代入到控制系统中,实时计算松散回潮加水量偏差值并对加水流量进行修正,经过200批次试验,最终得到各批次烟叶加料机出料水分实控中位数值为Xi(i=1…200),根据各批次实控水分中位数值减去0.71%后的结果,得到切后叶丝水分预测值,对比各批次实际切后叶丝水分均值结果,统计出符合切后叶丝水分中心偏移在±0.3%范围内的批数为197批,达标率为≥98.5%,证明控制效果较好。同时,经过对烟叶中位数水分实时控制,各批次烟叶加料机出料水分中位数实际控制值与出料水分中位数标准值平均偏差为0.11%,说明以烟叶加料机出料水分中位数为关键控制因子的方法切实可行。
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。
Claims (6)
1.一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法,其特征在于:具体步骤为:
1) 将PLC控制程序中采集的烟叶加料机出料水分含量数据通过OPC SERVER中转到ORCALE数据库中,然后由数据库完成烟叶加料机出料水分含量从小到大实时排序和中位数计算,从数据库中通过程序设定条件自动筛选出多批次生产过程稳定、切后叶丝水分满足基准参数要求的批次,分别计算各批次烟叶出料水分中位数并与对应的切后叶丝水分平均值进行差值计算,再对差值进行平均值计算,将差值平均值与切后叶丝水分标准中心值进行相加,得到烟叶加料机出料水分中位数标准值;
2)在叶片线视窗控制系统中设定烟叶加料机出料水分中位数标准值、松散回潮机批次生产量和生产时间,通过数据库将实时计算出的烟叶加料机出料水分含量的中位数与水分中位数标准值进行对比,计算出烟叶加料机出料水分中位数偏差值;
3)在数据库中用烟叶加料机出料水分中位数偏差值与松散回潮生产批次的已生产烟叶重量相乘,计算出加水偏差量,将加水偏差量与生产剩余时间相除,计算出需要修正的松散回潮机实时加水流量;
4)将实时加水流量带入到松散回潮机当前加水流量中,得到加水量修正值,再将加水流量修正值从数据库中反馈到IFIX视窗控制系统中的相应地址,并由视窗控制系统改变PLC控制变量,实现过程加水流量的调节,最终实现整批次的烟叶加料机出料水分实控中位数与中位数标准值的最小偏差。
2.根据权利要求1所述的一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法,其特征在于:步骤1)中,烟叶加料机出料水分中位数标准值Mi=Mx+[(Mi1-A1)+(Mi2-A2)+(Mi3-A3)...+(Min-An)]/n,其中Mx为切后叶丝水分标准中心值,Min为不同批次的烟叶出料水分中位数,An为不同批次的切后叶丝水分平均值,当数据数量n为奇数时,中位数Min=X(n+1)/2;当n为偶数时,中位数Min={X(n/2)+ X(n/2+1)}/2,公式中下标公式为位数计算值,X为位数所对应的值。
3.根据权利要求2所述的一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法,其特征在于:步骤2)中,烟叶加料机出料水分中位数偏差值Ci=Ei-Mi,其中Ei烟叶加料机出料水分实时中位数。
4.根据权利要求3所述的一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法,其特征在于:步骤3)中,松散回潮机剩余生产时间ti=Ti-Tis,其中Tis为已生产时间,Ti为总生产时间;
松散回潮已生产烟叶重量Yi=Tis×a,其中a为松散回潮生产工艺流量;
加水偏差量Fi= Yi×Ci;
松散回潮机实时加水流量Di=Fi/ti。
5.根据权利要求4所述的一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法,其特征在于:步骤4)中,加水量修正值Bi = Tis×a×(Ei-Mi)/(Ti-Tis)+ Hi,其中Hi为松散回潮机当前加水流量。
6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的一种制丝过程烟叶水分准确控制的方法,其特征在于:步骤1)中,在数据采集过程中用低于各牌号烟叶加料机出料水分中位数6%的数据作为稳态数据识别线,当烟叶水分大于程序设定的识别线时,数据正常采集并进行中位数计算,若烟叶加料机出料水分低于识别线数据并延时超过t时间时,自动过滤掉识别线以下的数据,直至水分显示值大于识别线时再正常采集计算。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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