CN116235980A - 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分级调控方法 - Google Patents

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分级调控方法 Download PDF

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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分级调控方法，所述设备包括出丝口、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，所述流量自动控制分级调控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和瞬时波动性，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度和二次风选皮带速度，进行精准稳定流量控制。本发明能够实时监测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和二次风选皮带速度，进行精准稳定流量控制。

Description

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 分级调控方法
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分级调控方法。
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。目前二次风选来料流量由一次风选风门开度来控制，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，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，并且在一定统计时间周期内，一级风选落料平均流量相对稳定后，在落料口输送皮带上物料瞬时流量仍然存在一定波动性，这在一定程度上仍然影响了二次风选分离效果的稳定性。
因此，研发一种能够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和瞬时波动性，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度和二次风选皮带速度，进行精准稳定流量控制的方法，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分级调控方法。
一种卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动分级调控方法，所述卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备包括出丝口、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，所述流量自动控制分级调控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和瞬时波动性，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度和二次风选皮带速度，进行精准稳定流量控制。
其中，调控方法采用外控制循环与内控制循环相结合的分级调控策略，外控制循环采用流量均值信息反馈控制一级风选风门开度，从而实现流量均值在设定条件范围内；内控制循环进一步分析瞬时流量波动性，采取调节二次风选输送皮带速度的方式减小瞬时流量波动性。
针对外控制循环，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(4)，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，
Figure BDA0004107359080000031
式中，P(t)为瞬时流量，ρ为物料密度，fspeed为激光器扫描频率，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)为输送带速度。
通过公式获取信号波动一个周期内的体积流量，
Figure BDA0004107359080000032
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，T为Vi波动周期，其通过分析瞬时流量信号特征得到；
通过公式获取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均值与风门开度的关系，
V1＝f(K，T)
式中，V1为累积体积流量均值，K为一次风门开度，
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现流量闭环控制。
针对外控制循环，在外控制循环风门开度调节控制后响应流量均值控制信号实现流量一级调控之后达到设定条件，根据激光器实时获取瞬时体积流量信息通过调控风选皮带速度进行内控制循环，风选皮带调控首先需要进行瞬时体积流量与皮带速度的标定实验，将其作为调控皮带速度的条件，皮带速度跟随瞬时体积流量变化，变化周期与物料流量的波动周期相同，
通过公式获取皮带速度控制条件，
v＝f(V2)
式中，v为风选皮带速度，V2为瞬时体积流量；
通过公式获取进入风分室的瞬时体积流量，
Vs＝f(K,v)
进入风分室的瞬时体积流量由一级风门开度和风选皮带速度联合调控。
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。
设置多个常用流量的风门开度梯度，并测量对应体积流量作为标定值，通过皮带输送过程中烟丝流量的实时测量和统计计算，分析时域内烟丝物料流量的波动情况，通过设定波动阈值，阈值设置为标定值下皮带最大调整档位的流量值；在阈值以内采用微调皮带速度进行流量调节，在阈值以外通过调节一级风门开度来反馈调节。
取一段时间内的烟丝平均流量V作为送丝系统流量的测量值，与送丝体积流量设定值V0进行比较，控制阈值为c，烟丝流量在V0(1±c)范围内波动时，不需要对皮带速度进行控制，当烟丝流量超过允许的波动范围，则需要对输送皮带的速度进行控制以使烟丝流量重回设定值；将皮带速度的允许调节范围划分为n个档位，通过皮带速度加减档对皮带速度进行定量调整；当烟丝体积流量大于设定值，且处于允许的波动范围外时，可以将皮带速度减小一档，从而减小烟丝的流量，直到达到最小档位，同理若流量小于设定值，则增加皮带速度档位。
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分级调控方法，能够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和瞬时波动性，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度和二次风选皮带速度，进行精准稳定流量控制的方法，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。
附图说明
图1为两次风选设备的示意图。
图2为分级调控流程示意图。
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分段吸阻检测系统及其检测方法进行详细描述。
图1和2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分级调控方法，所述卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备包括出丝口1、落料口风门2、一次风选落料输送带3、激光器4、龙门架6、二次风选分离室6、二次风选落料口7、二次风选出丝管道8，其中，激光器4安装在龙门架5上，激光器4激光扫描平面垂直一次风选落料输送带3的运动方向，所述流量自动控制分级调控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和瞬时波动性，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度和二次风选皮带速度，进行精准稳定流量控制。
调控方法采用外控制循环与内控制循环相结合的分级调控策略，外控制循环采用流量均值信息反馈控制一级风选风门开度，从而实现流量均值在设定条件范围内；内控制循环进一步分析瞬时流量波动性，采取调节二次风选输送皮带速度的方式减小瞬时流量波动性。
针对外控制循环，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(4)，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，
Figure BDA0004107359080000061
式中，P(t)为瞬时流量，ρ为物料密度，fspeed为激光器扫描频率，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)为输送带速度。
通过公式获取信号波动一个周期内的体积流量，
Figure BDA0004107359080000062
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，T为Vi波动周期，其通过分析瞬时流量信号特征得到；
通过公式获取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均值与风门开度的关系，
V1＝f(K，T)
式中，V1为累积体积流量均值，K为一次风门开度，
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现流量闭环控制。
针对外控制循环，在外控制循环风门开度调节控制后响应流量均值控制信号实现流量一级调控之后达到设定条件，根据激光器实时获取瞬时体积流量信息通过调控风选皮带速度进行内控制循环，风选皮带调控首先需要进行瞬时体积流量与皮带速度的标定实验，将其作为调控皮带速度的条件，皮带速度跟随瞬时体积流量变化，变化周期与物料流量的波动周期相同，
通过公式获取皮带速度控制条件，
v＝f(V2)
式中，v为风选皮带速度，V2为瞬时体积流量；
通过公式获取进入风分室的瞬时体积流量，
Vs＝f(K,v)
进入风分室的瞬时体积流量由一级风门开度和风选皮带速度联合调控。
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。
设置多个常用流量的风门开度梯度，并测量对应体积流量作为标定值，通过皮带输送过程中烟丝流量的实时测量和统计计算，分析时域内烟丝物料流量的波动情况，通过设定波动阈值，阈值设置为标定值下皮带最大调整档位的流量值；在阈值以内采用微调皮带速度进行流量调节，在阈值以外通过调节一级风门开度来反馈调节。
取一段时间内的烟丝平均流量
Figure BDA0004107359080000071
作为送丝系统流量的测量值，与送丝体积流量设定值V0进行比较，控制阈值为c，烟丝流量在
Figure BDA0004107359080000072
范围内波动时，不需要对皮带速度进行控制，当烟丝流量超过允许的波动范围，则需要对输送皮带的速度进行控制以使烟丝流量重回设定值；将皮带速度的允许调节范围划分为n个档位，通过皮带速度加减档对皮带速度进行定量调整；当烟丝体积流量大于设定值，且处于允许的波动范围外时，可以将皮带速度减小一档，从而减小烟丝的流量，直到达到最小档位，同理若流量小于设定值，则增加皮带速度档位。
实施例
具体实施中，首先将前一工艺环节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1进入下一工序，较重的物料经落料口风门2控制落下到一次风选落料输送带3，激光器4安装在龙门架5上，激光扫描平面垂直一次风选落料输送带3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6，其中较重的烟梗、非烟草物质经二次风选落料口7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1进入下一工序。
一次风选后落料口掉落的烟草物料经一次风选落料输送带3通过龙门架5时，激光器4扫描高频率扫描烟草物料二维截面轮廓，计算特征周期内通过激光器4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2。在调整风门开度后，通过激光器获取输送带3瞬时体积流量信息，根据实现标定的输送带3速度瞬时体积流量的关系，通过调整输送带3的电机频率改变皮带速度，从而改变进入风选室的物料体积流量，保证二次风选前的物料流量稳定。
实验工况设定4个条件，分别采用控制和未控制模式进行对比，通过过程连续取样，分析风选过程质量指标变化情况，以验证所建控制模式的应用效果。
Figure BDA0004107359080000081
表1实验工况设定
Figure BDA0004107359080000082
Figure BDA0004107359080000091
表2不同控制模式对物料流量的影响
结果发现，采用控制模式后，各工况均能较好的达到设定条件范围。并且对比发现，不同工况下在采用所建控制模式后，调控后相比调控前流量波动性有所降低，降低幅度约在10％，说明其流量稳定性有所提升，有助于二级风选过程的分离效果的稳定控制。
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 (9)

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分级调控方法，所述卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备包括出丝口(1)、落料口风门(2)、一次风选落料输送带(3)、激光器(4)、龙门架(5)、二次风选分离室(6)、二次风选落料口(7)、二次风选出丝管道(8)，其中，激光器(4)安装在龙门架(5)上，激光器(4)激光扫描平面垂直一次风选落料输送带(3)的运动方向，所述流量自动控制分级调控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和瞬时波动性，进行在线反馈并实时调控一次风选风门开度和二次风选皮带速度，进行精准稳定流量控制。
2.根据权利要求1所述的卷烟制丝过程烟丝二次风选物料设备及其流量自动分级调控方法，其特征在于，调控方法采用外控制循环与内控制循环相结合的分级调控策略，外控制循环采用流量均值信息反馈控制一级风选风门开度，从而实现流量均值在设定条件范围内；内控制循环进一步分析瞬时流量波动性，采取调节二次风选输送皮带速度的方式减小瞬时流量波动性。
3.根据权利要求2所述的流量自动控制分级调控方法，其特征在于，针对外控制循环，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。
4.根据权利要求3所述的流量自动控制分级调控方法，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(4)，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，
Figure QLYQS_1
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。
5.根据权利要求3或4所述的流量自动控制分级调控方法，其特征在于，通过公式获取信号波动一个周期内的体积流量，
Figure QLYQS_2
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；
通过公式获取进行流量与风门开度关系标定试验，将其作为外循环控制模型中的控制条件，通过实验标定出体积流量均值与风门开度的关系，
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现流量闭环控制。
6.根据权利要求2所述的流量自动控制分级调控方法，其特征在于，针对外控制循环，在外控制循环风门开度调节控制后响应流量均值控制信号实现流量一级调控之后达到设定条件，根据激光器实时获取瞬时体积流量信息通过调控风选皮带速度进行内控制循环，风选皮带调控首先需要进行瞬时体积流量与皮带速度的标定实验，将其作为调控皮带速度的条件，皮带速度跟随瞬时体积流量变化，变化周期与物料流量的波动周期相同，
通过公式获取皮带速度控制条件，
v＝f(V2)
式中，v为风选皮带速度，V2为瞬时体积流量；
通过公式获取进入风分室的瞬时体积流量，
Vs＝f(K,v)
进入风分室的瞬时体积流量由一级风门开度和风选皮带速度联合调控。
7.根据权利要求6所述的流量自动控制分级调控方法，其特征在于，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。
8.根据权利要求6所述的流量自动控制分级调控方法，其特征在于，设置多个常用流量的风门开度梯度，并测量对应体积流量作为标定值，通过皮带输送过程中烟丝流量的实时测量和统计计算，分析时域内烟丝物料流量的波动情况，通过设定波动阈值，阈值设置为标定值下皮带最大调整档位的流量值；在阈值以内采用微调皮带速度进行流量调节，在阈值以外通过调节一级风门开度来反馈调节。
9.根据权利要求6所述的流量自动控制分级调控方法，其特征在于，取一段时间内的烟丝平均流量
Figure QLYQS_3
作为送丝系统流量的测量值，与送丝体积流量设定值V0进行比较，控制阈值为c，烟丝流量在V0(1±c)范围内波动时，不需要对皮带速度进行控制，当烟丝流量超过允许的波动范围，则需要对输送皮带的速度进行控制以使烟丝流量重回设定值；将皮带速度的允许调节范围划分为n个档位，通过皮带速度加减档对皮带速度进行定量调整；当烟丝体积流量大于设定值，且处于允许的波动范围外时，可以将皮带速度减小一档，从而减小烟丝的流量，直到达到最小档位，同理若流量小于设定值，则增加皮带速度档位。
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