CN116076772A - 一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法，所述卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备包括一次风选来料输送带、出丝口、落料口风门、一次风选落料输送带、激光器、龙门架，其中，激光器安装在龙门架上，激光器激光扫描平面垂直一次风选落料输送带的运动方向，所述流量自动控制方法包括实时监测一次风选落料后、二次风选前输送皮带物料瞬时流量，通过统计分析其周期均值，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度，从而进行精准稳定流量控制。本发明对二次风选前物料流量稳定控制，提高二次风选质量稳定性，保证了烟丝纯净度和减少单箱烟丝消耗；可以实现在线实时测量和反馈控制，减少人工依靠经验调整的误差。
Description
技术领域
本发明涉及烟草加工技术领域，尤其是一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法。
背景技术
在卷烟生产过程中，制丝工艺是其中的核心内容，烟丝风选工序则是提高烟丝纯净度的关键环节，其工艺任务是将叶丝、梗丝、丝团及非烟草杂物等分离，提高烟丝纯净度，有利于卷烟配方的使用，稳定卷烟产品质量。风选是利用物料间或物料不同组分间悬浮速度不同，将纯净合格的烟丝送入风送管道，梗签、杂物以及少部分烟丝(主要是丝团、湿团)由下方出杂口落下达到分离目的。
由于出杂口落下的梗签等物质中含有部分烟丝，所以还需要针对一次风选的落料进行二次风选分离出其中的烟丝。二次风选很大程度上回收了一次风选落料种的烟丝，有效降低卷烟单箱消耗。一次风选除杂口下落的物料通过输送皮带进入二次风选，受限于二次风选结构和操作条件，二次风选前输送皮带上的物料流量很大程度上决定了二次风选的效果，往往流量越大分离效果越差，流量越小分离效果越好，但处理能力偏低，不利于规模化生产。由于目前二次风选来料流量由一次风选风门开度决定来控制，需要调节一次风选的风门开度来控制二次风选前输送皮带上物料瞬时流量的稳定性，其核心原理是通过一次风门来控制一级分离仓内的流速状态来实现合格烟丝与梗签、较重烟丝团的分离。。
但目前现有设备均是采用人工经验控制的办法来进行一次风选风门开度大小调节，且无法达到反馈控制目的，因此控制灵活性较差，瞬时流量波动性大，二次风选效果较差。并且在长期运行时，由于管道内粉尘沉积，造成分离仓压力平衡发生变化，为达到相同的分离效果，一次风门开度往往需要随生产时间增加而被动调节。
因此，研发一种能够实时监测二次风选前输送皮带物料瞬时流量，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度，进行精准稳定瞬时流量控制的方法，将为二次风选处理能力和分离效率的可靠控制提供有效手段。本发明提出了基于激光在线扫描检测的二次风选物料控制技术，具有非接触、体积小、测量精度高、反馈控制灵敏的特点。
发明内容
为克服现有的缺陷，本发明提出了一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法。
一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法，所述卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备包括一次风选来料输送带、出丝口、落料口风门、一次风选落料输送带、激光器、龙门架、二次风选分离室、二次风选落料口、二次风选出丝管道，其中，激光器安装在龙门架上，激光器激光扫描平面垂直一次风选落料输送带的运动方向，所述流量自动控制方法包括实时监测一次风选落料后、二次风选前输送皮带物料瞬时流量，通过统计分析其周期均值，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度，从而进行精准稳定流量控制。
首先对流量信号特征进行分析，测算其周期性并计算其周期统计均值，将其与控制目标流量进行对比，从而对一次风门进行反馈调节以调整物料流量。
一次风选后，除杂口重物料落到二次风选前输送皮带上，皮带将物料带入二次风选，通过皮带上方安装的激光器，采集物料的截面轮廓点云数据，通过激光扫描获取二次风选前皮带上物料截面的高度信息，结合皮带运动，通过纵向维度积分，获得截面瞬时体积流量，结合时间维度，求出累积体积流量，
式中，P(t)为瞬时体积流量，fspeed为激光器扫描频率，S(t)为物料瞬时截面积，v(t)为输送带速度，k为单位时间内物料流截面面积个数，S(i)为单个截面面积，v(ti)为单个截面对应的输送带瞬时速度。
由于瞬时流量信号波动过大，无法直接利用进行调控，对其流量信号特征进行分析，发现其周期性，计算其周期统计均值，将其与控制目标流量进行对比，从而对一次风门进行反馈调节以调整物料流量，
通过公式获取信号波动一个周期内的体积流量，
式中，Vi为激光器扫描获得任意时间段一个周期内的物料累积流量，ti为某一测量时刻，T为Vi波动周期，P(t)为瞬时体积流量，其通过分析瞬时流量信号特征得到；
一次风门反馈控制时首先需要进行流量与风门开度关系标定试验，将其作为控制模型中的控制条件，通过实验标定出体积流量与风门开度的关系，
V＝f(K,T)
式中，V为累积体积流量均值，K为一次风门开度，T为Vi的波动周期，f()为标定关系，
激光器获取一段时间内的体积流量，根据标定关系将其映射到风门开度，最后反馈到风门控制机构。
将瞬时流量信号结合统计周期时间信息得到累积体积流量，将该周期流量信息反馈到控制物料洒落的一次风选风门开度控制机构，再根据标定关系调整风门开度来控制体积流量的稳定性。
在调整一次风选风门开度后，保证了二次风选前输送皮带上物料体积流量的稳定，使进入二次风选的体积流量稳定。避免了物料断续造成分离效果较差的情况，便于提高物料分离的纯净度。避免现有在物料流量过大时需要贮料仓暂存物料而占用空间的问题。
本发明提供的卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法，物料经过一次风选通过出杂口落到皮带上，激光扫描器扫描平面垂直皮带运动方向，获取物料轮廓信息计算瞬时体积流量，根据信号周期性特征，计算周期内的流量统计均值，通过实验标定的流量与风门开度关系，将流量信号映射到风门开度。当体积流量过大时，自动调整一次风选风门开度，减少落料，当体积流量过小时，自动调整一级风选风门开度，增加落料，保持流量稳定的物料进入二次风选分离室。本发明基于激光在线扫描检测的二次风选物料控制技术，具有体积小，激光器可灵活安装在输送带上方，无需安装贮料仓；激光测量方法为在线计量装置，测量精度高。对二次风选前物料流量稳定控制，提高二次风选质量稳定性，保证了烟丝纯净度和减少单箱烟丝消耗；可以实现在线实时测量和反馈控制，减少人工依靠经验调整的误差，此外可以获得累积体积流量，为两次风选环节控制参数调整提供数据支持。
附图说明
图1为两次风选设备的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种检测系统及其检测方法进行详细描述。
图1所示，一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法，所述卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备包括一次风选来料输送带1、出丝口2、落料口风门3、一次风选落料输送带4、激光器5、龙门架6、二次风选分离室7、二次风选落料口8、二次风选出丝管道9，其中，激光器5安装在龙门架6上，激光器5激光扫描平面垂直一次风选落料输送带4的运动方向，所述流量自动控制方法包括实时监测一次风选落料后、二次风选前输送皮带物料瞬时流量，通过统计分析其周期均值，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度，从而进行精准稳定流量控制。
首先对流量信号特征进行分析，测算其周期性并计算其周期统计均值，将其与控制目标流量进行对比，从而对一次风门进行反馈调节以调整物料流量。
一次风选后，除杂口重物料落到二次风选前输送皮带上，皮带将物料带入二次风选，通过皮带上方安装的激光器5，采集物料的截面轮廓点云数据，通过激光扫描获取二次风选前皮带上物料截面的高度信息，结合皮带运动，通过纵向维度积分，获得截面瞬时体积流量，结合时间维度，求出累积体积流量，
式中，P(t)为瞬时体积流量，fspeed为激光器扫描频率，S(t)为物料瞬时截面积，v(t)为输送带速度，k为单位时间内物料流截面面积个数，S(i)为单个截面面积，v(ti)为单个截面对应的输送带瞬时速度。
由于瞬时流量信号波动过大，无法直接利用进行调控，对其流量信号特征进行分析，发现其周期性，计算其周期统计均值，将其与控制目标流量进行对比，从而对一次风门进行反馈调节以调整物料流量，通过公式获取信号波动一个周期内的体积流量，
Vi为激光器扫描获得任意时间段一个周期内的物料累积流量，ti为某一测量时刻，T为Vi波动周期，P(t)为瞬时体积流量，其通过分析瞬时流量信号特征得到；
一次风门反馈控制时首先需要进行流量与风门开度关系标定试验，将其作为控制模型中的控制条件，通过实验标定出体积流量与风门开度的关系，
V1＝f(K，T)
式中，V1为累积体积流量均值，K为一次风门开度，T为Vi的波动周期，f()为标定关系，
激光器获取一段时间内的体积流量，根据标定关系将其映射到风门开度最后反馈到风门控制机构。
实施例
具体实施中，首先将前一工艺环节通过一次风选来料输送带1将烟草物料输送到一次风选分离室，被分选出来的烟丝进入出丝口2进入下一工序，较重的物料经落料口风门3控制落下到一次风选落料输送带4，激光器5安装在龙门架6上，激光扫描平面垂直一次风选落料输送带4的运动方向，二次风选前物料输送带将物料输送到二次风选分离室7，其中较重的烟梗、非烟草物质经二次风选落料口8分离，一次风选后的物料中的部分烟丝经二次风选后经二次风选出丝管道汇合到一次风选后的出丝口2进入下一工序。
一次风选后落料口掉落的烟草物料10经一次风选落料输送带4通过龙门架6时，激光器5高频率扫描烟草物料10二维截面轮廓，计算特征周期内通过激光器5下方的烟草物料流量统计均值，根据事先标定的累积体积流量均值与风门开度关系将调整信号反馈给控制机构调整一次风选落料口风门3。
调控前后物料流量稳定性对比情况：
| 状态 | <![CDATA[物料流量均值cm<sup>3</sup>/s]]> | 物料流量标偏 |
| 调控前 | 10204 | 619 |
| 调控后 | 10239 | 595 |
物料流量稳定性调控后略好于调控前水平。
调控前后物料碎丝率对比情况：
| 样组号 | 控前整丝率/％ | 控后整丝率/％ |
| 1 | 1.80 | 1.47 |
| 2 | 1.87 | 1.57 |
| 3 | 1.74 | 1.44 |
| 标偏 | 0.251 | 0.152 |
控后碎丝率均好于控前水平，出料碎丝率均值和稳定性均好于控前水平。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的范围内。
Claims (4)
1.一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动控制方法，所述卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备包括一次风选来料输送带(1)、出丝口(2)、落料口风门(3)、一次风选落料输送带(4)、激光器(5)、龙门架(6)、二次风选分离室(7)、二次风选落料口(8)、二次风选出丝管道(9)，其中，激光器(5)安装在龙门架(6)上，激光器(5)激光扫描平面垂直一次风选落料输送带(4)的运动方向，所述流量自动控制方法包括实时监测一次风选落料后，通过统计分析其周期均值，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度，从而进行精准稳定流量控制。
2.根据权利要求1所述的流量自动控制方法，其特征在于，首先对流量信号特征进行分析，测算其周期性并计算其周期统计均值，将其与控制目标流量进行对比，从而对一次风门进行反馈调节以调整物料流量。
3.根据权利要求1所述的流量自动控制方法，其特征在于，一次风选后，除杂口重物料落到二次风选前输送皮带上，皮带将物料带入二次风选，通过皮带上方安装的激光器(5)，采集物料的截面轮廓点云数据，通过激光扫描获取二次风选前皮带上物料截面的高度信息，结合皮带运动，通过纵向维度积分，获得截面瞬时体积流量，结合时间维度，求出累积体积流量，
式中，P(t)为瞬时体积流量，fspeed为激光器扫描频率，S(t)为物料瞬时截面积，v(t)为输送带速度，k为单位时间内物料流截面面积个数，S(i)为单个截面面积，v(ti)为单个截面对应的输送带瞬时速度。
4.根据权利要求2所述的流量自动控制方法，其特征在于，由于瞬时流量信号波动过大，无法直接利用进行调控，对其流量信号特征进行分析，发现其周期性，计算其周期统计均值，将其与控制目标流量进行对比，从而对一次风门进行反馈调节以调整物料流量，
通过公式获取信号波动一个周期内的体积流量，
式中，Vi为激光器扫描获得任意时间段一个周期内的物料累积流量，ti为某一测量时刻，T为Vi波动周期，P(t)为瞬时体积流量，其通过分析瞬时流量信号特征得到；
一次风门反馈控制时首先需要进行流量与风门开度关系标定试验，将其作为控制模型中的控制条件，通过实验标定出体积流量与风门开度的关系，
V＝f(K,T)
式中，V为累积体积流量均值，K为一次风门开度，T为Vi的波动周期，f()为标定关系，
激光器获取一段时间内的体积流量，根据标定关系将其映射到风门开度最后反馈到风门控制机构。
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