CN114376263A - 一种卷烟机回丝量在线连续表征方法 - Google Patents

Abstract

一种通过卷烟机运行参数表征回丝量的方法，包括以下步骤：步骤一、校准重量斜率；步骤二、验证重量线性；步骤三、测定针辊输送系数；步骤四、计算回丝量比例R。本发明通过卷烟机实时针辊转速、烟支重量、搭口胶重量、车速等数据，借助建立的针辊输送系数，能够快速、实时表征额定时间段或额定烟支数量对应范围的卷烟机回丝量比例。本发明的优点是无需任何设备改造，适用范围广，无损检验且可实现全数表征。

Description

一种卷烟机回丝量在线连续表征方法

技术领域

本发明涉及烟草工艺技术领域，具体涉及一种通过卷烟机运行参数在线连续表征回丝量的方法。

背景技术

为提高卷烟机供丝的均匀性和稳定性，保证烟支重量符合设计要求，在吸丝成型过程中，要求经过针辊的供丝量大于烟支需要的烟丝量，多余的烟丝经过平准盘修整后形成回丝，通过回丝装置返回供丝系统，上述多余的烟丝的重量、比例即烟草行业的通用叫法名词——回丝量。作为行业的共识，回丝量不足则会导致烟支空头率增加、烟支重量不稳定等问题，回丝量过大会造成过多的烟丝造碎，增加烟支含末率。因此，控制回丝量的稳定受控，是烟草行业卷烟机生产过程中必须要控制的一个重要参数，回丝量不足则会导致烟支空头率增加、烟支重量不稳定等问题，回丝量过大会造成过多的烟丝造碎，增加烟支含末率，而烟支含末率的增加，又会使烟支空头率和端部落丝量增加，并影响卷烟吸阻，同时有可能造成烟丝堵塞，影响生产效率，因此合适的回丝量对卷烟物理、感官质量、烟丝消耗和生产效率都至关重要。

当前，烟草行业对回丝量的研究总体分为2个方向：

方向1，回丝量参数设计的方法，总体来讲，主要有：郭妮等(PASSIM卷接机组供丝量的统计分析)利用一元线性回归和三次趋势预测模型，对卷烟机不同供丝量下的烟支空头率、烟支重量标偏和烟机堵塞停机次数进行分析，确定最佳回丝量；孙宇等(卷接机组烟丝最佳回丝量的确定)通过设定不同回丝量进行大量试验，根据空头烟支数量和烟支重量标偏来确定不同来料烟丝对应的回丝量；菅威等(PROTOS70卷烟机工艺参数与烟支重量控制稳定性的关系研究)运用均匀设计和回归分析的方法研究使烟支重量标偏最小的卷烟机回丝量；吕祥敏等(控制图在卷烟质量稳定性中的应用)利用控制图研究不同回丝量对卷烟单支质量的影响，确定最佳回丝量。以上方法均是以烟支质量或烟丝堵塞次数为目标变量，通过调整不同回丝量进行试验，根据试验结果采用不同分析方法确定最佳回丝量，上述方法受随机因素干扰较大，当机型和烟丝特性发生变化时，需要重新进行实验。为此，向虎等(基于烟丝特性和卷制原理的卷烟机最佳回丝量计算模型)根据烟支卷制原理，结合烟支重量、规格、密度和平准盘凹槽规格、卷烟机吸丝道导轨规格等因素建立了卷烟机最佳回丝量计算模型。以上研究表明：回丝量参数在卷烟工艺的重要作用，合理的回丝量设定值非常有助于提升烟支质量。

方向2，回丝量参数监控的方法，传统做法是，在卷烟机的回丝通道，进行肉眼观察或者手工取样，近年来，为使得回丝量进一步稳定受控，本领域的技术人员开始着眼于研究如何进行回丝量的在线监测，取得了一些成效，但受限于底层数据采集的限制，其方案均存在一定不足。如，杨佳玫(一种卷烟机回丝量的测量方法、装置及卷烟机系统)，通过收集、称取一段时间的回用烟丝，再根据生产速度和烟支重量，计算取样时间段的回丝量，以推测生产回丝量。该方法主要存在两点问题：一是该方法为抽样检验，存在抽样模式所带来的人力与烟丝损耗、抽样风险(α和β错误、抽样的滞后性)等弊端；二是由于目前高速、超高速卷烟机型(ZJ116、ZJ118等)的设备构造，收集回丝较困难，可用于研究使用，但该方法作为日常生产的监测手段并不可行；如，贺秋红(70卷烟机针辊电机速度及回丝量检测装置)，提供了一种Protos70卷烟机针辊电机转速及回丝量监测装置，其监测的主要原理是根据激光位移传感器测量吸丝通道的料位高度，推测回丝量，并根据回丝量指标，调整针辊电机速度。其存在的问题是：一是该方法基于吸丝通道下的烟丝密度均匀分布的前提条件，但由于其制造原理限制，靠近吸丝带的烟丝分布密，远离吸丝带的烟丝分布疏，即实际并非均匀分布，存在较大误差；二是基于卷烟机吸丝原理，当风室负压、梗签风分等参数中心值变化或存在一定波动时，即吸丝带下方的烟丝分布密度会发生一定变化，即基于料位高度的监测推断回丝量存在较大误差；三是料位高度传感器在烟草生产环境中经常会被灰尘遮挡，精度衰减严重；四是料位高度传感器一般使用激光，对烟草的感官质量有影响；五是该方法需通过检测器加装与设备改造，不同类型卷烟的安装空间存在差异，通用性有待考量，并且需一定的经济成本。

因此，有必要建立一种卷烟机回丝量的在线监测方法，基于设备制造原理，通过采集送丝、吸丝关键环节在线实时参数数据，并以一定的算法表征实时回丝量指标，实现回丝量状态的实时监测、分析与判定，提升工艺参数监测水平，同时为卷烟工业的智能制造奠定重要基础。

发明内容

本发明为了解决上述的技术问题，提供一种通过卷烟机运行参数表征回丝量的方法，不需硬件改造，即可根据针辊转速、烟支重量等工艺参数实时计算回丝量指标。

为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种通过卷烟机运行参数表征回丝量的方法，包括以下步骤：

步骤一、校准重量斜率；

11)对卷烟机前轨、后轨的烟支各取样若干支(若卷烟机为双通道机型，则为前道前轨、前道后轨、后道前轨、后道后轨)，并记录显示的随机取样前轨、后轨的重量标偏值SD₁、SD₂。

12)将被取样出烟支分别使用QTM等综合测试台检测每支烟支重量，计算得出前轨、后轨的标偏SD₃、SD₄。若丨SD₁-SD₃丨≤1mg且丨SD₂-SD₄丨≤1mg，则校准完成，否则按照3)执行；

13)计算实际斜率值

并将计算得出的K_实际，输入到重量控制系统参数中。输入完成后，重复上述步骤11)、12)。

步骤二、验证重量线性；

21)在目标重量设计值的范围内，输入若干个重量校准参数，共进行与所选的重量校准参数个数相同的次数的重量校准取样。取样过程中，可通过调整风室负压等方式，产生重量偏差大的烟支，既便于取出偏离中心值范围的烟支。

22)用CORREL函数将被取样组烟条的设定值和实测均值作相关性分析，若相关性大于等于阈值，则验证通过。若达不到该要求，则检查被取样组数据中是否存异常数据；若存在，则将该组重新取样再计算相关性是否符合要求，若仍不符合或不存在异常数据，则重复步骤一，直到达到要求为止。

步骤三、测定针辊输送系数；

31)启动机组以某一车速运行，调整烟支重量使烟支平均重量等于目标重量，采集此时的针辊转速(L)。

32)在卷烟机VE后身处收集回送烟丝，并计时间(T)，计时结束时停止收集，并使用天平称重,得到回送烟丝的重量(H)。

33)根据回丝取样时间段的生产车速(S)、重量控制系统检测的烟支重量(W₁)、搭口胶重量(W₂)，并根据卷烟纸克重，计算得出单支烟卷烟纸重量(W₃)，计算得出时间(T)内生产所消耗的烟丝重量W＝S×T×(W₁-W₂-W₃) (2)。

34)根据生产车速(S)、回丝时间(T)、生产所消耗的烟丝重量(W)、回送烟丝重量(H)、针辊转速(L)，可得到针辊每转动一圈所对应烟丝的重量，即：

步骤四、计算回丝量比例R；

在正常生产过程中，采集电机转速(L)、设备车速(S)、烟支重量(W₁)、搭口胶重量(W₂)、烟支数量(N)，并根据卷烟纸重量(W₃)、针辊输送系数(M)，可采用以下两种方法，计算得出某一特定时间(T)或特定烟支数量(N)内的回丝量比例(R)，即：

41)某一特定时间(T)的回丝量比例

42)某一特定烟支数量段(N)的回丝量比例

优选地，步骤一中对卷烟机前轨、后轨的烟支各取样50支。

优选地，步骤21中，目标重量设计值的上下范围是目标重量设计值的±50mg，输入重量校准参数是11个，以10mg为梯度，即-50mg、-40mg、-30mg、-20mg、-10mg、0mg、10mg、20mg、30mg、40mg、50mg。

优选地，步骤22中相关性阈值是99.50％。

由上述本发明所提供的步骤可看出，该技术方案可以在卷烟工艺技术领域，通过卷烟机实时针辊转速、烟支重量、搭口胶重量、车速等数据，借助建立的针辊输送系数，能够快速、实时表征额定时间段或额定烟支数量对应范围的卷烟机回丝量比例。

本申请的优点是：

(1)无需任何设备改造，：不需要在设备上额外加装吸丝通道内烟丝高度传感器等。

(2)适用范围广：不仅适用于国产ZJ17、ZJ112、ZJ116等卷烟机型，同时适用于M8、M5等进口卷烟机型。

(3)无损检验且可实现全数表征：不仅能够避免抽样模式所带来的人力与烟丝损耗、抽样风险等弊端，且可实现回丝量状态的实施监测、分析与判定。

(4)适应智能制造的趋势：在当前工业企业智能化发展背景下。使用该方法表征，可及时发现烟丝、设备等异常等，不仅提升生产过程工艺管控水平，且为卷烟工业的智能制造发展奠定重要基础。

附图说明

附图1是本发明方法的流程图。

附图2是实施例中的重量控制系统线性验证的相关性图。

附图3是实施例中的在线回丝量计算值的变化趋势图。

附图4是实施例中的在线回丝量计算值与离线检测值的相关性图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例。对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

下面结合实施例对本发明作进一步详细描述，但实施例并不是对本发明技术方案的限定。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明实施例提供了一种实时表征卷烟机回丝量的方法，为便于理解，下面将结合附图对本发明实施例作进一步详细阐述。

实施例：分析评价ZJ118型卷烟机，使用浙江中烟生产的某烟丝，烟支规格为(30+67)×17.0mm，VGB60-27LC2卷烟纸(定量为27.0g/m²)。

具体步骤如下:

步骤一、重量斜率的校准

1)对卷烟机前轨、后轨取样各50支，记录重量控制系统显示的随机取样前、后轨重量标偏值SD₁＝12.6mg、SD₂＝11.3mg；

2)将取出的前、后轨各50支烟支，使用QTM等综合测试台检测每支烟支重量，计算得出前轨、后轨的标偏SD₃＝11.9mg、SD₄＝11.0mg；即满足丨SD₁-SD₃丨≤1mg且丨SD₂-SD₄丨≤1mg的要求，校准完成。

步骤二、重量线性的验证

1)在目标重量设计值(400mg)的±50mg范围内，输入11个重量校准参数(以10mg为梯度，即-50mg、-40mg、-30mg、-20mg、-10mg、0mg、10mg、20mg、30mg、40mg、50mg)，共进行11次的校准取样。取样过程中，可通过调整风室负压等方式，产生重量偏差大的烟支，既便于取出偏离中心值范围的烟支。

2)用CORREL函数将这11组烟条的设定值和实测均值作相关性分析，如图2，R²＝99.72％≥99.50％，即重量线性验证通过。

步骤三、针辊输送系数测定

1)启动卷烟机组，以5000支/分的车速运行，调整烟支重量使烟支平均重量等于目标重量，采集此时的针辊转速(L)，为470转/分。

2)在卷烟机VE后身处收集回送烟丝，并计时1分钟，计时结束时停止收集，并使用天平称重,得到回送烟丝重量(H)为0.8377×10⁶mg。

3)根据卷烟纸克重(27g/m²)，计算得出单支烟卷烟纸重量(W₃)＝27g/m²×69mm×19mm×10^-3≈34.4mg；再根据回丝取样时间段的生产车速(S)为5000支/min，采集的重量控制系统烟支重量(W₁)均值为401.1mg、搭口胶重量(W₂)均值为1.8mg。计算得出1分钟(时间(T))内生产所消耗的烟丝重量，即烟丝重量W＝S×T×(W₁-W₂-W₃)＝5000支/min×1min×(401.1mg-1.8mg-34.4mg)＝1.8245×10⁶mg

4)根据即可以得到，针辊每转动一圈所对应烟丝的重量，即

步骤四、回丝量比例R的计算

在正常生产过程中，可根据设备数据采集系统所采集的电机转速(L)、设备车速(S)、烟支重量(W₁)、搭口胶重量(W₂)、并根据卷烟纸重量(W₃)、针辊输送系数(M)、烟支数量(N)，在线计算每分钟回丝量比例(R)，即：

以某一分钟的数据为例，设备车速(S)为4800支/分，该时间范围内，烟支重量(W₁)为408mg，搭口胶重量(W₂)为1.8mg，电机转速(L)为485rpm，

即该分钟回丝量比例

图3为1个小时内计算得出的每分钟回丝量比例R的变化趋势图。

为验证其实时计算得出的回丝量比例准确性，通过设置设备车速、电机转速、烟支重量梯度，得到不同梯度的回丝量比例，按照回丝称重的方法，以验证回丝量比例准确性。验证结果如图4所示，R²可达到95％以上。

Claims (4)

1.一种通过卷烟机运行参数表征回丝量的方法，包括以下步骤：

步骤一、校准重量斜率；

11)对卷烟机前轨、后轨的烟支各取样若干支(若卷烟机为双通道机型，则为前道前轨、前道后轨、后道前轨、后道后轨)，并记录显示的随机取样前轨、后轨的重量标偏值SD₁、SD₂；

12)将被取样出烟支分别使用QTM等综合测试台检测每支烟支重量，计算得出前轨、后轨的标偏SD₃、SD₄；若丨SD₁-SD₃丨≤1mg且丨SD₂-SD₄丨≤1mg，则校准完成，否则按照3)执行；

13)计算实际斜率值

并将计算得出的K_实际，输入到重量控制系统参数中；输入完成后，重复上述步骤11)、12)；

步骤二、验证重量线性；

21)在目标重量设计值的范围内，输入若干个重量校准参数，共进行与所选的重量校准参数个数相同的次数的重量校准取样；取样过程中，可通过调整风室负压等方式，产生重量偏差大的烟支，既便于取出偏离中心值范围的烟支；

22)用CORREL函数将被取样组烟条的设定值和实测均值作相关性分析，若相关性大于等于阈值，则验证通过；若达不到该要求，则检查被取样组数据中是否存异常数据；若存在，则将该组重新取样再计算相关性是否符合要求，若仍不符合或不存在异常数据，则重复步骤一，直到达到要求为止；

步骤三、测定针辊输送系数；

31)启动机组以某一车速运行，调整烟支重量使烟支平均重量等于目标重量，采集此时的针辊转速(L)；

32)在卷烟机VE后身处收集回送烟丝，并计时间(T)，计时结束时停止收集，并使用天平称重,得到回送烟丝的重量(H)；

33)根据回丝取样时间段的生产车速(S)、重量控制系统检测的烟支重量(W₁)、搭口胶重量(W₂)，并根据卷烟纸克重，计算得出单支烟卷烟纸重量(W₃)，计算得出时间(T)内生产所消耗的烟丝重量W＝S×T×(W₁-W₂-W₃) (2)；

34)根据生产车速(S)、回丝时间(T)、生产所消耗的烟丝重量(W)、回送烟丝重量(H)、针辊转速(L)，可得到针辊每转动一圈所对应烟丝的重量，即：

步骤四、计算回丝量比例R；

在正常生产过程中，采集电机转速(L)、设备车速(S)、烟支重量(W₁)、搭口胶重量(W₂)、烟支数量(N)，并根据卷烟纸重量(W₃)、针辊输送系数(M)，可采用以下两种方法，计算得出某一特定时间(T)或特定烟支数量(N)内的回丝量比例(R)，即：

41)某一特定时间(T)的回丝量比例

42)某一特定烟支数量段(N)的回丝量比例

2.如权利要求1所述的一种通过卷烟机运行参数表征回丝量的方法，其特征在于：步骤一中对卷烟机前轨、后轨的烟支各取样50支。

3.如权利要求1所述的一种通过卷烟机运行参数表征回丝量的方法，其特征在于：步骤21中，目标重量设计值的上下范围是目标重量设计值的±50mg，输入重量校准参数是11个，以10mg为梯度，即-50mg、-40mg、-30mg、-20mg、-10mg、0mg、10mg、20mg、30mg、40mg、50mg。

4.如权利要求1所述的一种通过卷烟机运行参数表征回丝量的方法，其特征在于：步骤22中相关性阈值是99.50％。

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