CN115140559B - 一种风力送丝的风力平衡控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了香烟生产领域的一种风力送丝的风力平衡控制系统及方法，包括送丝主管道和与送丝主管道相连通的多个送丝支路；所述风力平衡装置内设有调控门；控制模块根据送丝支路的风速调节所述调控门的开度；所述送丝主管道上设有补风阀、空气压力传感器、空气流速传感器、除尘风机和送风出口；所述控制模块的输出端与所述补风阀、除尘风机电性连接；所述控制模块根据送丝主管道的空气流速控制补风阀的开度；所述控制模块根据各调控门的开度调控所述除尘风机的功率；本发明为送丝管路提供最合适的输送气流，保证了烟丝的正常供应，提高了烟丝输送过程中的稳定性，降低了烟丝的造碎率。
Description
技术领域
本发明属于香烟生产领域，具体涉及一种风力送丝的风力平衡控制系统及方法。
背景技术
风力送丝是连接制丝和卷包的重要环节，是决定烟丝能否顺利进入卷接设备的关键。其原理是利用负压吸风将制丝车间生产的烟丝通过送丝管道输送至卷接机的集丝箱内，为卷烟制造提供源源不断的烟丝。一般情况下通过一台变频器控制除尘风机以特定的速度为多台卷烟机提供送丝风力，同时在各支路的回风管上采用风力平衡装置控制单管的送丝风速。
支路管道性能是否优异，是影响烟丝能否正常输送的重要因素，其与安装工艺、布局走向、弯头数量、管道长度以及卷烟机集丝箱的密封性能都有着密切的联系，一般通过对除尘风机设置较高的转速，来通过增加管道压力的形式弥补对烟丝脱节、结团、堵塞的影响，在管道高压力的作用下，支管内的输送气流与烟丝之间就会形成较大的速度差，形成烟丝拉拽破碎的现象，而较高的烟丝运动速度在管道的弯道处，也会由于烟丝本身速度所产生的较高的离心动能对支路管道外侧内壁形成猛烈撞击，使烟丝造碎加剧。
因此就需要一种风力送丝的风力平衡控制方法，将支管道内的压力和气流控制在有效合适的范围内，保证风力平衡和烟丝正常供应的同时，提高烟丝在输送过程中的稳定性，降低烟丝的造碎率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风力送丝的风力平衡控制系统及方法，为送丝管路提供最合适的输送气流，保证了烟丝的正常供应，提高了烟丝输送过程中的稳定性，降低了烟丝的造碎率。
为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
本发明第一方面提供了一种风力送丝的风力平衡控制系统，包括送丝主管道和与送丝主管道相连通的多个送丝支路；所述送丝支路与喂丝机连接；所述送丝支路沿送丝方向设置有卷烟集丝装置和风力平衡装置；所述卷烟集丝装置内设有阻风门；所述风力平衡装置内设有调控门和风速传感器；控制模块与所述阻风门、调控门及风速传感器电性连接；所述控制模块根据送丝支路的风速调节所述调控门的开度；
所述送丝主管道上设有补风阀、空气压力传感器、空气流速传感器、除尘风机和送风出口；所述空气压力传感器、空气流速传感器与控制模块的输入端电性连接；所述控制模块的输出端与所述补风阀、除尘风机电性连接；所述控制模块根据送丝主管道的空气流速控制补风阀的开度；所述控制模块根据各阻风门的开度调控所述除尘风机的功率。
优选的，所述卷烟集丝装置内设置有烟丝检测机构和控制开关；所述烟丝检测机构、控制开关电性连接至所述控制模块；所述控制模块根据烟丝检测机构的检测信息控制所述调控门、所述控制开关和所述阻风门同步打开或者关闭。
优选的，所述风力平衡装置上设有转轴编码器和电机；所述电机驱动所述调控门动作；控制模块、转轴编码器和电机依次电性连接。
优选的，所述控制模块包括现场控制柜和本地控制柜；所述现场控制柜内设置有相互电性的分布式控制器和现场交换机；所述本地控制柜内设有相互电性连接的PLC控制器和本地交换机；所述现场交换机与所述本地交换机通过光纤通信连接；所述分布式控制器与所述转轴编码器电性连接；所述PLC控制器和空气压力传感器以及空气流速传感器电性连接。
优选的，所述控制模块通过变频器与所述除尘风机电性连接。
本发明第二方面提供了一种风力送丝的风力平衡控制方法，包括：
启动除尘风机并为各送丝支路同时供丝提供设定风量；
通过空气流速传感器检测送丝主管道的空气流速数据，通过风速传感器检测送丝支路的风速数据，并将送丝主管道的空气流速数据及送丝支路的风速数据传输至控制模块；
根据所述送丝主管道的空气流速数据控制补风阀的开度；
基于送丝支路的风速数据调节调控门的开度，间隔设定时段检测所述调控门的开度；
根据调控门的开度调节除尘风机的功率，改变送丝主管道的空气压力；通过空气压力传感器和检测送丝主管道的空气压力数据，将空气压力数据反馈至控制模块。
优选的，根据所述送丝主管道的空气流速数据控制补风阀的开度的方法包括：
当所述送丝主管道的空气流速小于流速下限阈值，控制所述补风阀执行打开动作设定时间，增大补风阀的开度；
当所述送丝主管道的空气流速大于流速上限阈值，控制所述补风阀执行闭合动作设定时间，减小补风阀的开度。
优选的，根据调控门的开度调节除尘风机的功率，改变送丝主管道的空气压力的方法包括：
采集设定次数的调控门的开度，并计算各调控门的平均开度；
当各调控门的最大平均开度小于开度下限百分比阈值A，调节除尘风机的功率使送丝主管道的空气压力降低aMbar；
当各调控门的最大平均开度大于开度上限百分比阈值B，调节除尘风机的功率使送丝主管道的空气压力提高bMbar；
当各调控门的最大平均开度在开度下限百分比阈值A至开度上限百分比阈值B的范围内，保持除尘风机的功率恒定；
重复采集设定次数的调控门的开度，调节除尘风机的功率和送丝主管道的空气压力。
优选的，所述开度下百分比限阈值A为65％；所述开度上限百分比阈值B为85％。
优选的，送丝支路的风量计算公式为：
公式中，Vfeeding表示为送丝支路内的风量；Wair表示为送丝支路内的速度；d表示为送丝支路的内径。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明控制模块根据送丝支路的风速调节所述调控门的开度；所述控制模块根据送丝主管道的空气流速控制补风阀的开度；所述控制模块根据各调控门的开度调控所述除尘风机的功率，对调控门、补风阀和除尘风机进行实时调控，提高了烟丝输送过程中的稳定性，降低了烟丝的造碎率。
本发明中基于送丝支路的风速数据调节调控门的开度，间隔设定时段检测所述调控门的开度；根据调控门的开度调节除尘风机的功率，改变送丝主管道的空气压力；避免了调控门的开度较小时，除尘风机以较大功率工作的情况出现，降低了除尘风机的能耗，将调控门的最大平均开度在开度下限百分比阈值A至开度上限百分比阈值B的范围内，减小送丝过程中空气流速和空气压力变化，降低烟丝的造碎率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种风力送丝的风力平衡控制系统的管路图；
图2是本发明实施例提供的一种风力送丝的风力平衡控制系统的电路图；
图3是本发明实施例提供的一种风力送丝的风力平衡控制方法的流程图；
图中：1-1空气流速传感器、1-2空气压力传感器、1-3补风阀、1-4风力平衡装置、1-5卷烟集丝装置、1-6光纤、1-7现场控制柜、1-8本地控制柜、1-9变频器、1-10除尘风机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例一
如图1至图2所示，本发明第一方面提供了一种风力送丝的风力平衡控制系统，包括送丝主管道和与送丝主管道相连通的多个送丝支路；所述送丝支路与喂丝机连接；所述送丝支路沿送丝方向设置有卷烟集丝装置1-5和风力平衡装置1-4；所述卷烟集丝装置1-5和风力平衡装置1-4电性连接至控制模块；
所述控制模块包括现场控制柜1-7和本地控制柜1-8；所述现场控制柜1-7内设置有相互电性的分布式控制器和现场交换机，所述的分布式控制器采用ET200S控制模块；所述本地控制柜内设有相互电性连接的PLC控制器和本地交换机，所述PLC控制器采用S7-300PLC；所述现场交换机与所述本地交换机通过光纤1-6连接；
所述卷烟集丝装置1-5内设有阻风门、烟丝检测机构和控制开关；所述风力平衡装置内设有调控门、风速传感器；阻风门、烟丝检测机构、控制开关、阻风门和调控门成电性连接至所述分布式控制器；当风力平衡控制系统开启时，所述控制模块控制控制开关驱动阻风门和调控门同时打开，所述调控门的开度为70％；当烟丝检测机构检测烟丝集丝装置装满之后，所述控制模块控制控制开关驱动阻风门和调控门同时关闭。
所述风力平衡装置1-4上设有转轴编码器和电机；所述电机驱动所述调控门动作；分布式控制器、转轴编码器和电机依次电性连接，所述的转轴编码器采用绝对值编码器，所述分布式控制器分为低速输入模块和高速输入模块，所述低速输入模块用来采集卷烟机阻风门的运行信号，以此判断设备运行状态，所述的高速输入模块连接转轴编码器，用来采集转轴编码器的位置信号，通过PLC控制器计算获得调控门的开度；所述风速传感器检测送丝支路内的风速，所述控制模块根据所述送丝支路内的风速驱动电机运动，调节调控门的开度。
所述送丝主管道上设有补风阀1-3、空气压力传感器1-2、空气流速传感器1-1、除尘风机1-10和送风出口；所述空气压力传感器1-2的检测范围为0-200mbar,所述空气流速传感器1-1的检测范围为0-5mbar，所述PLC控制器和空气压力传感器1-2、空气流速传感器1-1电性连接；所述控制模块的PLC控制器通过变频器1-9与所述除尘风机1-10电性连接；所述控制模块根据送丝主管道的空气流速控制补风阀的开度；所述控制模块根据各阻风门的开度调控所述除尘风机1-10的功率；本发明对调控门、补风阀1-3和除尘风机1-10进行实时调控，提高了烟丝输送过程中的稳定性，降低了烟丝的造碎率。
实施例二
如图3所示，一种风力送丝的风力平衡控制方法，所述风力平衡控制方法可以应用于实施例一所述的风力平衡控制系统，所述风力平衡控制方法包括：
当风力平衡控制系统开启时，所述控制模块控制控制开关驱动阻风门和调控门同时打开，所述调控门的开度为70％；启动除尘风机并为各送丝支路同时供丝提供设定风量；
送丝支路的风量计算公式为：
公式中，Vfeeding表示为送丝支路内的风量；Wair表示为送丝支路内的速度；d表示为送丝支路的内径。
通过空气流速传感器检测送丝主管道的空气流速数据，通过风速传感器检测送丝支路的风速数据，并将送丝主管道的空气流速数据及送丝支路的风速数据传输至控制模块；
根据所述送丝主管道的空气流速数据控制补风阀的开度的方法包括：
当所述送丝主管道的空气流速小于流速下限阈值(本实施例中流速下限阈值取值为9m/s)，控制所述补风阀执行打开动作1s，增大补风阀的开度；
当所述送丝主管道的空气流速大于流速上限阈值(本实施例中流速上限阈值取值为13m/s))，控制所述补风阀执行闭合动作设定时间，减小补风阀的开度。
基于送丝支路的风速数据调节调控门的开度，间隔0.5s检测一次所述调控门的开度；
根据调控门的开度调节除尘风机的功率，改变送丝主管道的空气压力的方法包括：
连续采集20次的调控门的开度，并计算各调控门的平均开度，其中开度为0的调控门不参与平均开度的计算；送丝支路通过增加调控门的打开比例来保证能够供上烟丝所需的风速，风力平衡装置在调控过程中调控门开度越大，送丝支路内的风速越小，所以需要维持调控门开度最大的送丝支路的烟丝正常输送。
当各调控门的最大平均开度小于65％时，调节除尘风机的功率使送丝主管道的空气压力降低0.1Mbar；
当各调控门的最大平均开度大于85％时，调节除尘风机的功率使送丝主管道的空气压力提高0.1Mbar；
当各调控门的最大平均开度在65％至85％时，保持除尘风机的功率恒定；
通过空气压力传感器和检测送丝主管道的空气压力数据，将空气压力数据反馈至控制模块，所述控制模块判断送丝主管道中空气压力的调节结果；
重复采集设定次数的调控门的开度，调节除尘风机的功率和送丝主管道的空气压力。
本发明避免了在调控门的开度较小时，除尘风机以较大功率工作的情况出现，降低了除尘风机的能耗；所述除尘风机的能耗计算公式为：
公式中，Ecentr.fan表示为除尘风机的能耗；Pcentr.fan表示为除尘风机的负压；Nmarker/bay表示为送丝支路数量；Tpro表示为每天生产的时长；Ncentr.fan＝表示为除尘风机的的效率。
实验数据表明，调控门的合适运行范围在65％至85％，当阀门平均值开度小于65％，送丝主管道压力太大，就要降低除尘风机转速逐渐降低送丝主管道压力，使调控门开度达到70％保持恒定，当阀门开度大于85％，送丝主管道压力不够，就要增加除尘风机转速逐渐增大送丝主管道压力，使调控门开度降低；plc控制器在5分钟之内未检测到调控门运行信号，直接结束对该调控门开度百分比的采集。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，包括送丝主管道和与送丝主管道相连通的多个送丝支路；所述送丝支路与喂丝机连接；所述送丝支路沿送丝方向设置有卷烟集丝装置和风力平衡装置；所述卷烟集丝装置内设有阻风门；所述风力平衡装置内设有调控门和风速传感器；所述调控门和阻风门同步执行打开或者关闭动作；控制模块与所述阻风门、调控门及风速传感器电性连接；所述控制模块根据送丝支路的风速调节所述调控门的开度；
所述送丝主管道上设有补风阀、空气压力传感器、空气流速传感器、除尘风机和送丝出口；所述空气压力传感器、空气流速传感器与控制模块的输入端电性连接；所述控制模块的输出端与所述补风阀、除尘风机电性连接；
除尘风机为各送丝支路同时供丝提供设定风量；空气流速传感器检测送丝主管道的空气流速数据并传输至控制模块，风速传感器检测送丝支路的风速数据并传输至控制模块；
所述控制模块根据所述送丝主管道的空气流速数据控制补风阀的开度；所述控制模块基于送丝支路的风速数据调节调控门的开度，间隔设定时段检测所述调控门的开度；
控制模块采集设定次数的调控门的开度，并计算各调控门的平均开度；当各调控门的最大平均开度小于开度下限百分比阈值A，控制模块调节除尘风机的功率使送丝主管道的空气压力降低aMbar；当各调控门的最大平均开度大于开度上限百分比阈值B，控制模块调节除尘风机的功率使送丝主管道的空气压力提高bMbar；当各调控门的最大平均开度在开度下限百分比阈值A至开度上限百分比阈值B的范围内，控制模块控制除尘风机保持功率恒定；控制模块循环重复采集设定次数的调控门的开度并调节除尘风机的功率和送丝主管道的空气压力的过程；空气压力传感器检测送丝主管道的空气压力数据，将空气压力数据反馈至控制模块。
2.根据权利要求1所述的一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，所述卷烟集丝装置内设置有烟丝检测机构和控制开关；所述烟丝检测机构、控制开关电性连接至所述控制模块；所述控制模块根据烟丝检测机构的检测信息控制所述调控门、所述控制开关和所述阻风门同步打开或者关闭。
3.根据权利要求1所述的一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，所述风力平衡装置上设有转轴编码器和电机；所述电机驱动所述调控门动作；控制模块、转轴编码器和电机依次电性连接。
4.根据权利要求3所述的一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，所述控制模块包括现场控制柜和本地控制柜；所述现场控制柜内设置有相互电性的分布式控制器和现场交换机；所述本地控制柜内设有相互电性连接的PLC控制器和本地交换机；所述现场交换机与所述本地交换机通过光纤通信连接；所述分布式控制器与所述转轴编码器电性连接；所述PLC控制器和空气压力传感器以及空气流速传感器电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，所述控制模块通过变频器与所述除尘风机电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，所述送丝支路的风量计算公式为：
；
公式中，表示为送丝支路内的风量；/>表示为送丝支路内的速度；d表示为送丝支路的内径。
7.根据权利要求1所述的一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，所述控制模块根据所述送丝主管道的空气流速数据控制补风阀的开度的方法包括：
当所述送丝主管道的空气流速小于流速下限阈值，控制所述补风阀执行打开动作设定时间，增大补风阀的开度；
当所述送丝主管道的空气流速大于流速上限阈值，控制所述补风阀执行闭合动作设定时间，减小补风阀的开度。
8.根据权利要求1所述的一种风力送丝的风力平衡控制系统，其特征在于，所述开度下百分比限阈值A为65%；所述开度上限百分比阈值B为85%。
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