CN115886309A - 一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法及装置，烘后水分控制方法，包括：响应于烘丝机断料，开始计时；响应于计时达到补水滞后时间，依据补水流量函数向烘丝机的筒体补水；其中，补水流量函数对应的补水曲线的切线斜率随补水时间的增大而减小。本申请在烘丝机断料后设置了补水滞后时间以消耗筒体内的热量过剩，随后通过切线斜率逐渐变小的补水流量函数进行补水，使得补水流量与烘丝机断料后筒体内部热量消耗特性匹配，更精准地提高出口烟丝含水率的稳定性。

Description

一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法及装置

技术领域

本申请涉及卷烟生产技术领域，更具体地，涉及一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法及装置。

背景技术

在烟丝加工过程中作为卷烟制丝关键加工工序的滚筒烘丝过程，是通过蒸气加热的筒壁和热风为烟丝提供干燥热源，其控制系统主要包括蒸汽压力控制系统、热风温度控制系统、筒体转速控制系统。滚筒烘丝过程以筒壁干燥为主，筒壁温度是通过调节蒸气薄膜阀调控蒸气压力来控制的。对热风温度的控制是通过热风回路中的加热器或冷热风门来控制的。烘丝含水率一般使用蒸气回路控制，即对筒壁蒸气压力或热风换热器实施双闭环串级控制，控制筒壁或热风温度使出口烟丝含水率达到工艺要求。

在工作过程中，存在由于突发情况导致烘丝机断料的情况，而烘丝机的滚筒具有较大热容，造成烘丝机进出口烟丝的“料尾”出现水分过干的问题，即烘丝机“干尾”现象，这是烟草行业目前面临的普遍问题。“干尾”的产生使得烟丝中化学成分也随着水分损失而发生显著变化，造成烟丝香气质、香气量降低、杂气增多、细腻程度降低、刺激性增强、干燥感增加、和干净程度降低等。除此之外，“干尾”经过后序加工造碎率较高，极大降低了产品加工质量、感官质量以及产品加工的均匀一致性，增加了烟丝原料的消耗。

近年来，随着烟草企业对生产过程的控制要求不断提高，尽可能地降低叶丝干燥加工过程中产生的“干尾”烟丝量,是卷烟企业提质降耗的重要目标之一。目前，为了减少“干尾”烟丝量，较为普遍的方法是通过对干燥时段划分及筒内留存时间和经验补水进行控制，提高出口烟丝含水率的稳定性。

HAUNI原厂KLD-1型(烘梗丝)烘丝机在断料后，采用的加水补偿方法是选用一次函数固定斜率的锯齿波进行加水补偿，如图1所示的锯齿波加水补偿函数。构建该锯齿波补水流量函数的三个参数分别为开始补水时间、补水流量斜率、持续补水时间，上述三个均在调试阶段根据经验进行固化。

但是，上述的函数曲线形状不符合烘丝机断料后筒体内部热量过剩需要冷却补偿的特性曲线形状。

并且，在滚筒干燥过程中，“干尾”受筒壁温度、热风温度等综合因素的影响，如果仅调控单个影响因素很难高效去控制“干尾”。

另外，上述方案以经验为主，固化的参数无法持续有效地适应各种烘丝机断料的复杂工况，因此还需要一种能不断自动优化、修正参数的方法。

发明内容

本申请提供一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法及装置，在烘丝机断料后设置了补水滞后时间以消耗筒体内的热量过剩，随后通过切线斜率逐渐变小的补水流量函数进行补水，使得补水流量与烘丝机断料后筒体内部热量消耗特性匹配，更精准地提高出口烟丝含水率的稳定性。

本申请提供了一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法，包括：

响应于烘丝机断料，开始计时；

响应于计时达到补水滞后时间，依据补水流量函数向烘丝机的筒体补水；

其中，补水流量函数对应的补水曲线的切线斜率随补水时间的增大而减小。

优选地，烘后水分控制方法还包括：

响应于计时达到补水滞后时间，依据筒壁温度调整函数控制筒体的筒壁温度。

优选地，烘后水分控制方法还包括：

响应于计时达到补水滞后时间，依据热风温度调整函数控制输入筒体的热风温度。

优选地，补水流量函数的参数包括补水滞后时间、补水时间、补水曲线的包络总面积以及补水曲线的极值相关。

优选地，烘后水分控制方法还包括对补水流量函数进行实时优化。

优选地，对补水流量函数进行实时优化，具体包括：

依据烘丝机断料后物料的实时出口水分数据制作实时烘后水分曲线；

依据实时烘后水分曲线与标准烘后水分曲线之间的差异对补水流量函数的参数进行修正，获得修正后的补水流量函数。

本申请提供一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制装置，包括计时模块和补水模块；

计时模块用于响应于烘丝机断料，开始计时；

补水模块用于响应于计时达到补水滞后时间，依据补水流量函数向烘丝机的筒体补水；

其中，补水流量函数对应的补水曲线的切线斜率随补水时间的增大而减小。

优选地，烘后水分控制装置还包括筒壁温度控制模块，筒壁温度控制模块用于响应于计时达到补水滞后时间，依据筒壁温度调整函数控制筒体的筒壁温度。

优选地，烘后水分控制装置还包括热风温度控制模块，热风温度控制模块用于响应于计时达到补水滞后时间，依据热风温度调整函数控制输入筒体的热风温度。

优选地，烘后水分控制装置还包括优化模块，优化模块用于对补水流量函数进行实时优化。

通过以下参照附图对本申请的示例性实施例的详细描述，本申请的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本申请的实施例，并且连同其说明一起用于解释本申请的原理。

图1为现有技术的锯齿波加水补偿函数的示意图；

图2为烘丝机断料后筒体内剩余物料重量曲线的示意图；

图3为烘丝机断料后进入筒体的物料重量曲线的示意图；

图4为本申请提供的烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法的流程图；

图5为本申请提供的补水曲线的示意图；

图6为本申请提供的筒壁温度调整曲线的示意图；

图7为本申请提供的热风温度调整曲线的示意图；

图8为本申请提供的标准烘后水分曲线的示意图；

图9为本申请提供的对补水滞后时间进行修正的一个实施例的示意图；

图10为本申请提供的对补水滞后时间进行修正的另一个实施例的示意图；

图11为本申请提供的对补水曲线的包络总面积进行修正的示意图；

图12为本申请提供的对补水曲线的极值进行修正的示意图；

图13为本申请提供的标准烘后水分曲线的曲线面积的示意图；

图14为本申请提供的实时烘后水分曲线的曲线面积的示意图；

图15为本申请提供的烘丝机断料后物料的烘后水分控制装置的结构示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本申请的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

本申请提供一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法及装置，在烘丝机断料后设置了补水滞后时间以消耗筒体内的热量过剩，随后通过切线斜率逐渐变小的补水流量函数进行补水，使得补水流量与烘丝机断料后筒体内部热量消耗特性匹配，更精准地提高出口烟丝含水率的稳定性。

本申请的前提条件为：滚筒烘丝机在工作过程中由于突发情况导致烘丝机断料，由此烘丝机筒体进入残料输出阶段。烘丝机普遍采取停止前端进料的控制策略，筒体内部物料开始逐步输出，筒体内剩余物料重量的函数形状如图2所示，烘丝机断料时筒体内剩余物料重量初始值定义为Z1。

若烘丝机断料后，烘丝机前端的进料振动输送机或者前端皮带秤未停止，则先控制进料振动输送机或者前端皮带秤停止进料。完成停止前端进料的控制策略后，由于滞后性和惯性作用，逐步进入烘丝机的物料总量相对较少，进入时流量如图3所示，进入筒体的物料总重量值Z2相对于Z1值较小，因此整体而言，进入的物料以及重量对于筒体内部总热量变化的影响较小，可忽略不计。

基于上述说明，如图4所示，本申请提供的烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法包括：

S410：响应于烘丝机断料，开始计时。

从残料输出开始进行分析，由于生产状态过程中蒸汽压力控制系统、热风温度控制系统的精确性控制，筒体内的总热量持续保持高饱和状态，一旦物料停止进入或者以图3的形式滞后性少量进入，筒体必会有部分热能多余且持续导致尾部物料越来越干。因此，在残料输出开始后，先进行一段时间的延时再进行补水，如图5所示。图5中补水滞后时间为T₁。

S420：响应于计时达到补水滞后时间，依据补水流量函数向烘丝机的筒体补水。其中，补水流量函数对应的补水曲线的切线斜率随补水时间的增大而减小。图5中补水时间为T₂。

具体地，如图5所示，本申请采用各个补水期间上多个时间点的切向斜率持续变化(切向斜率由大变小)的加水补偿方法。补水初期，由于筒体内物料较多，因此采用较大的切向斜率，此时较大切向斜率的补水流量不会立刻使物料回潮，而会缓慢作用于物料，且可以缓慢降低筒体内总热量。缓慢回潮与缓速降低筒内总热量的效应刚好抵消了筒体内物料减少、总热量无法立即排除或消耗的作用。补水中期，筒体内物料减少明显，且初期加入的大量补水开始显现回潮作用，筒体内总热量也在初期大量补水的作用下快速减少，因此补水中期的切向斜率小于初期的切向斜率。补水末期，由于筒体内物料所剩不多，筒体内总热量也消耗殆尽，且持续输出的物料流量已经降低到很小，因此采用较小切向斜率(小于中期切向斜率)的补水流量即可。基于上述补水初期、中期和末期的分析，本申请的补水方法的效果明显优于现有技术中一次函数固定斜率的锯齿波的补水方法。本申请的补水方法能有效减少“干尾”烟丝的总量，使得“干尾”烟丝的产出时间延后，并且可以整体提高“干尾”烟丝的含水率平均值。

基于上述说明，补水流量函数的表达式为：

上式中，F代表补水瞬时水流量的设定值，其随着补水时间t的变化而变化。参数a代表补水曲线的包络总面积。a值越大，函数曲线包络总面积越大，加水流量越大且总加水量越多；a值越小，函数曲线包络总面积越小，加水流量越小且总加水量越少。参数b代表补水曲线的极值。b值越大，函数曲线极值越小；b值越小，函数曲线极值越大。整个补水过程持续时间为T₂，则函数f(t)中t的有效取值范围为0<t<T₂。

优选地，烘后水分控制方法还包括：

S430：响应于计时达到补水滞后时间，依据筒壁温度调整函数控制筒体的筒壁温度,避免单补水因素调控带来的制约性。需要说明的是，筒壁温度调整时间与补水时间一致，即补水的同时进行筒壁温度的调整。

作为一个实施例，如图6所示，筒壁温度调整函数为一次函数：

Temp＝r(t)＝T_生产-k₁t，0<t<T₂          (2)

上式中，Temp为残料输出阶段的筒壁温度，T_生产为正常生产阶段的筒壁温度设定值(即残料输出的初始筒壁温度)，k₁为一次函数的斜率。也就是说，残料输出阶段的筒壁温度以固定速度减小，整个筒壁温度减小的过程持续时间为T₂，则函数r(t)中t的有效取值范围为0<t<T₂。若设定参数T_残料末为残料输出阶段结束时的筒壁温度，则斜率k₁为：

则公式(2)转换为：

优选地，烘后水分控制方法还包括：

S440：响应于计时达到补水滞后时间，依据热风温度调整函数控制输入筒体的热风温度,避免单补水因素调控带来的制约性。需要说明的是，热风温度调整时间与补水时间一致，即补水的同时进行热风温度的调整。

热风温度调整函数为一次函数：

G＝g(t)＝G_生产-k₂t，0<t<T₂               (5)

上式中，G为残料输出阶段的热风温度，G_生产为生产阶段的热风温度设定值(即残料输出的初始热风温度)，k₂为一次函数的斜率，即残料输出阶段的热风温度以固定速度减小，整个热风温度的减小过程持续时间为T₂，则函数g(t)中t的有效取值范围为0<t<T₂，如图7所示。若设定参数G_残料末为残料输出阶段结束时的热风温度，则k₂为：

则公式(5)转换为：

上述的两个参数T_残料末、G_残料末的初始值通过实物调试方法选取。

优选地，烘后水分控制方法还包括：

S450：对补水流量函数进行实时优化。

由上可知，补水流量函数的参数包括补水滞后时间T₁、补水时间T₂、补水曲线的包络总面积a以及补水曲线的极值b相关。上述四个参数T₁、a、b、T₂的初始值通过实物调试方法选取，作为初始值。在生产过程中不断进行修正，从而不断优化“干尾”时烘后水分控制方法的精确性。

在此基础上，对补水流量函数进行实时优化，具体包括：

S4501：依据烘丝机断料后物料的实时出口水分数据制作实时烘后水分曲线(即实际曲线)。

S4502：依据实时烘后水分曲线与标准烘后水分曲线之间的差异对补水流量函数的参数进行修正，获得修正后的补水流量函数。

选取一个较好的断料后烘丝机出口水分曲线作为标准烘后水分曲线(即标准模板，如图8所示)，补水曲线的自动优化过程就是使得补水流量函数带来的烘后水分(即残料输出阶段烘丝机的物料的出口含水率)效果始终向标准烘后水分曲线靠近。断料后烘丝机出口水分趋势大致如图8中曲线的形状，该曲线中可以确定的值如下：

断料后烘后水分初始值记为Temp_初始，当烘后水分减至过渡值Temp_初始-1时所经过的第一阶段时间定义为T₃。断料后烘后水分最终值记为Temp_末尾，则将烘后水分从Temp_初始减少到Temp_末尾所经过的整体时间长度定义为T_t，则烘后水分下降斜率k_p如下：

本申请对补水流量函数进行实时优化与固定值Temp_初始、Temp_末尾、T3、T_t进行比较或作为计算参数。

使用数据库记录每次烘丝机断料后烘后水分的数据集(即实时出口水分数据)，获得实时出口水分曲线，并与图8进行比较，从而修正T₁、a、b、T₂四个参数。

对补水滞后时间T₁进行修正时，若断料后实际烘后水分先上升再下降(如图9所示)，则表明补水过程过早，需要通过延迟补水进行修正，即需要增加补水滞后时间T₁的值。将实际烘后水分曲线上烘后水分的最高值与残料输出的初始水分之间的差值(即烘后水分上升极值)定义为Temp_升，则T₁的修正公式为：

T₁＝T₀₁+Temp_升*k_a                    (9)

上式中，系数k_a为T₁的第一修正系数，可以通过多次调试后优选确定；T₀₁为上一周期的补水滞后时间。

若断料后烘后水分下降过快，且下降速度超过图8(如图10所示)，即在实际烘后水分曲线上从烘后水分初始值Temp_初始'减少到过渡值(Temp_初始-1)′时所经过的时间长度T₃′小于T₃，则表明补水过程过迟，需要通过提前补水进行修正，即需要减小T₁值。

此时T₁修正公式为：

T₁＝T₀₁+(T₃-T₃′)*k_b                    (10)

上式中，系数k_b为T₁的第二修正系数，可以通过多次调试后优选确定。

对包络总面积a进行修正时，如图11所示，通过实际烘后水分曲线的烘后水分初始值Temp_初始′、烘后水分末尾值Temp_末尾′、整体时间T_t′三个值计算出实际烘后水分曲线的斜率k_p′值，计算公式为：

将标准烘后水分曲线的斜率k_p与实际烘后水分曲线的斜率k_p′值进行比较，若二者的差值大于阈值W₁，则对参数a进行修正。修正公式如下：

若|kp′-k_p|>W₁,则a＝a₀+(kp′-k_p)*k_c    (12)

上式中，系数k_c为参数a的修正系数，W₁为修正参数a的设定阈值，均通过多次调试后优选确定。a₀为上一周期参数a的值。

对极值b进行修正时，通过实际烘后水分曲线的烘后水分初始值Temp_初始′、烘后水分末尾值Temp_末尾′两个值计算出实际烘后水分曲线的减少值T_减′,再与标准烘后水分曲线的减少值T_减进行比较，其计算公式为：

T_减＝Temp_末尾-Temp_初始                              (13)

T_减′＝Temp_末尾′-Temp_初始′                   (14)

若二者的差值大于阈值W₂，则对参数b进行修正。修正公式如下：

若|T_减′-T_减|>W₂,则b＝b₀+(T_减′-T_减)*k_d   (15)

上式中，系数k_d为参数b的修正系数，W₂为修正参数b的设定阈值，均通过多次调试后优选确定。b₀为上一周期参数b的值。

对补水时间为T₂进行修正时，利用积分公式计算出标准烘后水分曲线中曲线面积S(如图13所示)与实际烘后水分曲线中的曲线面积S′(如图14所示)。

具体地，通过曲线拟合，得出标准烘后水分函数为u(t),实际烘后水分函数为u′(t)。面积的定义公式为：

将两个曲线面积进行比较，若差值大于阈值W₃，则对参数T₂进行修正。修正公式如下：

若S′-S>W₃,则T₂＝T₂₀+(S′-S)*k_e   (18)

上式中，系数k_e为参数T₂的修正系数，W₃为修正参数T₂的设定阈值，均通过多次调试后优选确定。T₂₀为上一周期参数T₂的值。

优选地，在优化补水流量函数时，将参数T₁、a、b、T₂的N次修正值的平均值作为最终的修正后参数T₁、a、b、T₂，作为自动优化的结果。即

由上可知，筒壁温度和热风温度与T₂相关，因此，补水流量函数的优化也带来了筒壁温度调整函数和热风温度调整函数的优化。

基于上述烘后水分控制方法，本申请还提供一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制装置。如图15所示，包括计时模块1501和补水模块1502。

计时模块1501用于响应于烘丝机断料，开始计时。

补水模块1502用于响应于计时达到补水滞后时间，依据补水流量函数向烘丝机的筒体补水；

其中，补水流量函数中，补水流量函数对应的补水曲线的切线斜率随补水时间的增大而减小。

优选地，烘后水分控制装置还包括筒壁温度控制模块1503，筒壁温度控制模块1503用于响应于计时达到补水滞后时间，依据筒壁温度调整函数控制筒体的筒壁温度。

优选地，烘后水分控制装置还包括热风温度控制模块1504，热风温度控制模块1504用于响应于计时达到补水滞后时间，依据热风温度调整函数控制输入筒体的热风温度。

优选地，烘后水分控制装置还包括优化模块1505，优化模块1505用于对补水流量函数进行实时优化。

本申请基于烘丝机断料后筒体内部热量过剩并需要冷却补偿的特性曲线形状，选用更适合的函数进行加水补偿控制，高度模拟烘丝机内物料剩余量与期望总热量的偏离程度以及热量趋势性的变化情况，并将复杂的断料后热量与水分控制状态高度抽象模型化，以较少的计算资源拟生出与实际高度近似的补水流量的控制模型。本申请构建的补水流量函数采用变化的切向斜率，充分符合筒体内部不同时期对于降温效应的变化需求，并不断修正补水流量函数的参数，不断逼近设备对于补水冷却的动态变化需求。本申请以热风温度控制、筒壁温度控制关联的形式，避免了补水单因素调控存在的制约性问题，较好地实现了热风温度、筒壁温度渐进式的降温功能。该方法既保证了不乱变的效果，又实现了及时变的效果，同时也极大程度地减少了三者之间交互作用的影响，综合起来保证了断料后烘丝水分的鲁棒性、稳定性。本申请在自动优化T1、T2、a、b四个参数时根据多批烘后水分历史数据的情况自动计算与标准烘丝水分曲线的差距，并通过多批次均值修正的方法来不断修四个参数的取值，从而不断修正补水流量函数的形状，使其更加符合设备现状，并最终实现不断优化断料后烘后水分曲线的功能。

虽然已经通过例子对本申请的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本申请的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本申请的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法，其特征在于，包括：

响应于烘丝机断料，开始计时；

响应于计时达到补水滞后时间，依据补水流量函数向烘丝机的筒体补水；

其中，所述补水流量函数对应的补水曲线的切线斜率随补水时间的增大而减小。

2.根据权利要求1所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法，其特征在于，还包括：

响应于计时达到补水滞后时间，依据筒壁温度调整函数控制所述筒体的筒壁温度。

3.根据权利要求1或2所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法，其特征在于，还包括：

响应于计时达到补水滞后时间，依据热风温度调整函数控制输入所述筒体的热风温度。

4.根据权利要求1所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法，其特征在于，所述补水流量函数的参数包括所述补水滞后时间、补水时间、所述补水曲线的包络总面积以及所述补水曲线的极值相关。

5.根据权利要求4所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法，其特征在于，还包括对所述补水流量函数进行实时优化。

6.根据权利要求5所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制方法，其特征在于，对所述补水流量函数进行实时优化，具体包括：

依据烘丝机断料后物料的实时出口水分数据制作实时烘后水分曲线；

依据所述实时烘后水分曲线与标准烘后水分曲线之间的差异对所述补水流量函数的参数进行修正，获得修正后的补水流量函数。

7.一种烘丝机断料后物料的烘后水分控制装置，其特征在于，包括计时模块和补水模块；

所述计时模块用于响应于烘丝机断料，开始计时；

所述补水模块用于响应于计时达到补水滞后时间，依据补水流量函数向烘丝机的筒体补水；

其中，所述补水流量函数对应的补水曲线的切线斜率随补水时间的增大而减小。

8.根据权利要求7所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制装置，其特征在于，还包括筒壁温度控制模块，所述筒壁温度控制模块用于响应于计时达到补水滞后时间，依据筒壁温度调整函数控制所述筒体的筒壁温度。

9.根据权利要求7或8所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制装置，其特征在于，还包括热风温度控制模块，所述热风温度控制模块用于响应于计时达到补水滞后时间，依据热风温度调整函数控制输入所述筒体的热风温度。

10.根据权利要求7所述的烘丝机断料后物料的烘后水分控制装置，其特征在于，还包括优化模块，所述优化模块用于对所述补水流量函数进行实时优化。

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