一种烟丝加香滚筒自动调速方法及系统与流程

本发明涉及烟草制丝生产加香技术领域，尤其是一种烟丝加香滚筒自动调速方法及系统。

背景技术：

烟丝加香的工艺任务是将香精香料准确均匀地施加到烟丝上，并使得各种烟丝组分进一步混合均匀，作为烟丝生产过程中的核心工序，是决定卷烟加工质量好坏的关键环节。烟丝加香的目的是赋予烟草制品优美舒适的嗅香,增强人们的吸烟欲望,并能够消除不同等级、不同类型烟叶之间的差异并使之相互协调,还可以赋予烟气特征香气或模拟某些非烟草令人愉悦的香气。某些功能性的香料还能减轻烟气的刺激性,掩盖杂气,使烟气柔和圆润,并能改善余味。

滚筒混料本身是一个动态过程，烟丝与料液在滚筒内混合均匀性不仅受料液特性、填充系数、喷洒均匀性、烟丝特性影响，还受到滚筒结构、安装角度、滚筒半径、旋转速度和筒内气流等因素影响。

由于其他影响因素在投产后就已经固定不变或者受到一些客观因素的制约，有文献仅针对重要影响因素即滚筒旋转速度开展研究，探索并尝试寻找一种根据生产状态自动调整滚筒转速的方法，以满足企业自动化生产线精细化生产的要求，并提高烟丝和料液的混合均匀性。

烟丝在滚筒内流量即均匀性不好的话，会导致烟丝与料液混合不充分的情况发生。在生产全过程，滚筒内的烟丝流量越是均匀稳定，烟丝与料液的混合才会越充分。

由于烟丝在滚筒内的停留时间即为宏观上的加工时间或处理时间，是烟丝加工质量的关键影响因素和工业过程设计的重要依据，并且停留时间的分布主要加工过程的均匀性和一致性。因此，许多文献对烟丝在滚筒内停留时间问题从不同角度展开深入研究，不同物料之间的停留时间预测模型存在一定差异，主要因为停留时间受到多因素的影响，比如，设备结构、设备运行状态、操作条件、物料物理形态、含水率等特点。

针对滚筒结构和滚筒运行状态，秦国鑫等通过建立适用于烟丝的停留时间预测模型，考察了不同滚筒转速、倾角、风速和加料速率条件下烟丝在滚筒内停留时间的变化规律，发现在一定程度上，烟丝在滚筒内停留的时间随着滚筒转速增加而减小。

申请号201610067120.2，授权公告号cn105595403b，名称为一种根据生产状态自动调整滚筒转速的方法，公开了一种根据生产状态自动调整滚筒转速的方法，其方法步骤如下：在plc控制器中设置基本参数和编入计算公式；预热阶段：滚筒电机按照plc控制器输出的频率值f1运转；转换阶段i：预热完成后，开始进料生产，系统进入预热到生产的转换阶段；生产阶段：滚筒电机按照plc控制器输出的频率f值运转；转换阶段ii：滚筒前电子秤瞬时流量p逐渐减少到零，系统进入生产到结束的转换阶段；结束阶段：系统进入结束阶段，plc控制器输出给结束频率f2，本方法实现了在预热、生产、结束三种运行状态中，根据物料流量变化而自动调整滚筒电机的运行频率，转速切换平稳，避免了尾料稀薄，降低了检测仪表的误判率，缩短了尾料转出时间。

该专利料头频率，对于工艺流量小的生产批次，变化幅度反而比工艺流量大的生产批次变化幅度更大，就会使得工艺流量小的生产批次，滚筒内加工烟丝反而更薄，更少，不符合常理和实际，故该专利适用范围窄，不具有普适性。

技术实现要素：

本发明提供了一种烟丝加香滚筒自动调速方法及系统，用于解决现有技术中不能根据生产状态调整烟丝加香滚筒转速使得不同生产阶段烟丝加香浓度不一致的问题。

本发明采用如下技术方案：

一种烟丝加香滚筒自动调速方法，包括：

获取烟丝实时流量q2；

根据烟丝实时流量q2以及烟丝工艺流量q确定生产阶段；

根据当前生产阶段以及烟丝流量q2确定加香滚筒转速。

进一步地，所述生产阶段包括：预热状态阶段、料头状态阶段、生产状态阶段、料尾状态以及生产结束状态阶段；

根据烟丝实时流量q2以及烟丝工艺流量q确定生产阶段的方法包括：

烟丝实时流量q2为零且前一阶段无烟丝流量为预热阶段；

烟丝实时流量q2逐步增大且q2＜q-qa为料头状态阶段,qa为工艺参数可调范围；

烟丝实时流量q-qa≤q2≤q qa为生产状态阶段；

烟丝实时流量q2＜q-qa且烟丝实时流量q2逐步减小到零为料尾状态阶段；

烟丝实时流量q2为零且前一阶段有烟丝流量为生产结束状态阶段。

进一步地，其特征在于，所述预热状态阶段加香滚筒转速f1为恒速；

所述料头状态阶段加香滚筒转速f2随烟丝实时流量q2增大而加快，所述料头状态阶段加香滚筒转速f2还与烟丝工艺流量q成正比；

所述生产状态阶段加香滚筒转速f3与烟丝工艺流量q成正比；

所述尾料状态阶段加香滚筒转速f4随烟丝实时流量q2减小而加快；

生产结束状态阶段加香滚筒转速f5为保持所述尾料状态阶段加香滚筒转速f4延时运转一段时间后斜坡减速至停止运转。

进一步地，所述料头状态阶段加香滚筒转速f2按下式确定：

f2=f1 k1*（q2/qe）*（q/qe）（1）；

式中：q2为烟丝实时流量，qe为经验工艺流量，k1为料头修正系数。

进一步地，所述生产状态阶段加香滚筒转速f3按下式确定：

f3=f1 k1*（q1/qe）*（q/qe）（2）；

式中：q1为生产工艺参数设定值，q-qa≤q1≤q qa。

进一步地，所述尾料状态阶段加香滚筒转速f4按下式确定：

f4=f3 k2*(1-q2/qe)*(qe/q)（3）；

式中：k2为料尾修正系数。

进一步地，烟丝实时流量q2按下式确定：

料头状态阶段q2=q2-t1（4）

料尾状态阶段q2=q2-t2（5）；

q2为烟丝流量采集设备反馈的烟丝流量，t1或t2按烟丝从流量采集设备传送到加香滚筒的时间确定。

进一步地，qe为6000。

一种烟丝加香滚筒自动调速系统，包括：流量采集模块、控制模块以及转速调整模块；

所述流量采集模块用于采集烟丝流量q2；

所述控制模块记录有烟丝从流量采集模块传送到加香滚筒的延时时间；

所述控制模块设有计时器，所述控制模块用于根据烟丝流量q2、计时器时间以及延时时间确定烟丝实时流量q2，所述控制模块还用于根据烟丝实时流量q2以及烟丝工艺流量q确定生产阶段，所述控制模块还用于根据生产阶段以及烟丝实时流量q2确定加香滚筒转速，所述控制模块还用于通过所述转速调整模块控制所述加香滚筒转速；

所述流量采集模块以及所述转速调整模块分别与所述控制模块电连接。

本发明的积极效果如下

一种烟丝加香滚筒自动调速方法，其包括：获取烟丝实时流量q2；根据烟丝实时流量q2以及烟丝工艺流量q确定生产阶段；根据当前生产阶段以及烟丝实时流量q2确定加香滚筒转速。

本发明烟丝加香滚筒自动调速方法其根据烟丝流量以及当前生产阶段确定加香滚筒的转速，在料头状态时，滚筒转速与烟丝流量成正比，滚筒内烟丝厚度始终保持在应有的水平，故烟丝加香浓度、均匀度均得到保证，在料尾状态时，加香滚筒不再加香，在保证后续不堵料的情况下，应当有序提高滚筒转速。本发明按生产阶段以及烟丝流量确定滚筒转速，能够保证烟丝加香浓度的一致性，还能提高生产效率，节能能耗。

本发明烟丝加香滚筒自动调速方法能够在料头状态阶段、生产状态阶段控制加香滚筒转速，使得加香滚筒内的烟丝厚度始终处于一个较为稳定的水平，从而使得烟丝加香过程香精香料与烟丝的混合更均匀；在料尾状态阶段控制加香滚筒随烟丝流量减少而加大滚筒转速，能够加快排出烟丝的过程，避免烟丝断续排出造成后续检测烟丝湿度、温度数据不准确的问题，还能够避免盲目加快排出烟丝，造成烟丝堵塞生产线，造成生产事故的问题。本发明烟丝加香滚筒自动调速方法具有较强的实际生产指导意义，普适性较强，针对不同生产设备、不同烟丝组分、不同烟丝流量等客观因素，只需要调整里面相关变量的参数取值，即可投入使用。针对不同的生产阶段，方便调整滚筒内烟丝加工量和加工时间，进而提高烟丝的加香均匀性和一致性，提高产品的加工质量。本方法可以实现递进式调速，速度切换平稳且及时，有效解决了各阶段物料量不好控制、生产效率低、能耗大等难题，在行业内，具有很强的推广应用价值。

本发明烟丝加香滚筒调速系统，其包括流量采集模块、控制模块以及转速调整模块，控制模块根据流量采集模块反馈的流量信号判断生产过程所处的阶段，控制模块还根据生产过程所处的阶段以及烟丝流量信号控制转速调整模块控制加香滚筒转速，使得加香滚筒在控制模块内的程序下自动调整转速，自动化程度高，响应迅速。

附图说明

图1为本发明实施方式烟丝加香滚筒自动调速方法控制流程图；

图2为本发明实施方式烟丝加香生产设备原理图；

图3为本发明实施方式烟丝加香滚筒自动调速系统功能框图；

图4为本发明实施方式滚筒电机自动调速频率变化趋势图；

图5为本发明实施方式滚筒电机自动调速频率对比趋势图。

图中：

101喂料机；

102电子皮带秤；

103输送振槽；

104加香滚筒。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-图5所示，一种烟丝加香滚筒自动调速方法，包括：

获取烟丝实时流量q2；

根据烟丝实时流量q2以及烟丝工艺流量q确定生产阶段；

根据当前生产阶段以及烟丝流量q2确定加香滚筒转速。

进一步地，所述生产阶段包括：预热状态阶段、料头状态阶段、生产状态阶段、料尾状态以及生产结束状态阶段；

根据烟丝实时流量q2以及烟丝工艺流量q确定生产阶段的方法包括：

烟丝实时流量q2为零且前一阶段无烟丝流量为预热阶段；

烟丝实时流量q2逐步增大且q2＜q-qa为料头状态阶段,qa为工艺参数可调范围；

烟丝实时流量q-qa≤q2≤q qa为生产状态阶段；

烟丝实时流量q2＜q-qa且烟丝实时流量q2逐步减小到零为料尾状态阶段；

烟丝实时流量q2为零且前一阶段有烟丝流量为生产结束状态阶段。

更为具体地，一种典型的烟丝加香生产设备包括喂料机101、电子皮带秤102、输送振槽103以及加香滚筒104四部分，烟丝经过喂料机101送入电子皮带秤102，电子皮带秤102计量烟丝流量后，将烟丝送入输送振槽103，烟丝经输送振槽103振动输送至加香滚筒104加入香精香料。

烟丝实时流量q2为进入加香滚筒104的流量，本实施方式中烟丝流量q2通过电子皮带秤101称重产生烟丝流量信号，该烟丝流量q2与烟丝实时流量q2存在一定的时间差，根据该信号以及从电子皮带秤101流转到加香滚筒104的时间可推算出烟丝实时流量q2，根据烟丝实时流量q2以及前一阶段烟丝流量状态可以确定当前生产状态，如皮带秤检测到有不断增大的烟丝流量，而在此之前没有烟丝流量，即可判定当前阶段为料头状态阶段。

烟丝加香滚筒104转速在不同的生产阶段具有不同的调速方案。

如在料头状态阶段，此时加香滚筒104的转速应当与烟丝实时流量q2成正比，以使得加香滚筒104在不同转速下，加香滚筒104内的烟丝厚度始终保持在一定的水平。对于料尾状态阶段，因料尾状态阶段，已经不再需要加香，因此主要考虑的是尽快把滚筒内的物料转动出来，提高工作效率，节约能耗，料尾状态阶段与料头状态阶段是有着完全不同的加工工艺作用的，因此问题的出发点不一样，采用的滚筒转速也不一样。

本发明烟丝加香滚筒104自动调速方法其根据烟丝流量以及当前生产阶段确定加香滚筒104的转速，在料头状态时，滚筒转速与烟丝流量成正比，滚筒内烟丝厚度始终保持在应有的水平，故烟丝加香浓度得到保证，在料尾状态时，加香滚筒104不再加香，在保证后续不堵料的情况下，应当有序提高滚筒转速。本发明按生产阶段以及烟丝流量确定滚筒转速，能够保证烟丝加香浓度的一致性，还能提高生产效率，节能能耗。

进一步地，其特征在于，所述预热状态阶段加香滚筒104转速f1为恒速；

所述料头状态阶段加香滚筒104转速f2随烟丝实时流量q2增大而加快，所述料头状态阶段加香滚筒104转速f2还与烟丝工艺流量q成正比；

所述生产状态阶段加香滚筒104转速f3与烟丝工艺流量q成正比；

所述尾料状态阶段加香滚筒104转速f4随烟丝实时流量q2减小而加快；

生产结束状态阶段加香滚筒104转速f5为保持所述尾料状态阶段加香滚筒104转速f4延时运转一段时间后斜坡减速至停止运转。

进一步地，所述料头状态阶段加香滚筒104转速f2按下式确定：

f2=f1 k1*（q2/qe）*（q/qe）（1）；

式中：q2为烟丝实时流量，qe为经验工艺流量，k1为料头修正系数。

进一步地，所述生产状态阶段加香滚筒104转速f3按下式确定：

f3=f1 k1*（q1/qe）*（q/qe）（2）；

式中：q1为生产工艺参数设定值，q-qa≤q1≤q qa。

进一步地，所述尾料状态阶段加香滚筒104转速f4按下式确定：

f4=f3 k2*(1-q2/qe)*(qe/q)（3）；

式中：k2为料尾修正系数。

进一步地，烟丝实时流量q2按下式确定：

料头状态阶段q2=q2-t1（4）

料尾状态阶段q2=q2-t2（5）；

q2为烟丝流量采集设备反馈的烟丝流量，t1或t2按烟丝从流量采集设备传送到加香滚筒104的时间确定。

进一步地，qe为6000。

更为具体地，预热状态阶段加香滚筒104转速为恒速，预热状态阶段判断条件为烟丝流量q2为0。

当烟丝实时流量q2逐步从0开始变大时，进入料头状态阶段，该阶段滚筒转速与烟丝实时流量q2成正比，与烟丝工艺流量q成正比；

烟丝实时流量q2间接获得，烟丝流量q2从皮带秤获取后，传送到加香滚筒104需要t1时长，也就是t1时间之前的烟丝流量q2为当前烟丝流量。

当烟丝实时流量q2达到q1生产工艺参数设定值时，认为进入生产状态阶段，生产状态阶段滚筒转速与生产工艺参数设定值q1成正比，与烟丝工艺流量q成正比。

需要说明的是，烟丝工艺流量q与生产工艺参数设定值q1不同，一般情况下，生产过程中，烟丝工艺流量q作为生产工艺参数设定值是不会修改的，因此，运行稳定后，q2是非常接近于q值，但是不同组分的烟丝掺配比例不一样，混合后的烟丝物理特性有较大的区别，比如重量，操作工可以根据实际情况，对生产工艺参数设定值进行适当修改以满足生产要求，修改后的生产工艺参数设定值标记为q1，此时流量稳定后，烟丝实时流量q2会非常接近于q1，q1与q之间允许有一定的偏差，该偏差标记为qa。

对于尾料状态阶段，实时烟丝流量q2越小，加香滚筒104转速越快，其还与烟丝工艺流量q成反比。

实时烟丝流量q2间接获得，烟丝流量q2从皮带秤获得后，传送到加香滚筒104t2时长，也就是t2时间之前的烟丝流量q2为当前烟丝流量。

尾料状态阶段流量越小，加香滚筒104转速越快，能够避免加香滚筒104内物料较少时物料断续排出，滚筒出口水分仪误检测的现象发生。且加香滚筒104转速与尾料流量有关，避免盲目加大加香滚筒104转速，导致加香滚筒104的烟丝大量排出造成后续堵塞。

在进入生产结束状态阶段时，加香滚筒104转速f5为保持所述尾料状态阶段加香滚筒104转速f4延时运转一段时间后斜坡减速至停止运转，该时长通常设置为延时t2的两倍以上，如一种实施方式中，t2设置值为30s，该延时运转时间为180s，在180s以后开始斜坡减速直至停止运转。

一种具体的实施方式，加香滚筒104由滚筒电机驱动，滚筒电机的转速由变频器的频率控制，如图4所示：

q=6000kg/h、5900kg/h≤q1≤6100kg/h（qa=100kg）、f1=22hz、k1=10、k2=15、t1=30s、t2=30s。

t0---t1:预热阶段，滚筒电机驱动频率以f1=22hz运行，为了节约能耗，处于较低的速度，处于热车状态，随时准备进入料头阶段。

t1---t2:料头阶段，滚筒电机驱动频率以f2=f1 k1*（q2/6000）*（q/6000）逐级递增，直到f2=f2max=31.83hz，进入生产阶段，临界频率值f2=31.83hz。

t2---t7:生产阶段，滚筒电机驱动频率以f3=f1 k1*（q1/6000）*（q/6000）进行微调，此阶段f3max=32.17hz，f3min=31.83hz。t2-t3时间段运行频率为32hz，t3-t4时间段运行频率为31.83hz，t4-t5时间段运行频率为32hz，t5-t6时间段运行频率为32.17hz，t6-t7时间段运行频率为32hz。

t7---t8:料尾阶段，滚筒电机驱动频率以f4=f3 k2*(1-q2/6000)*(6000/q)逐级递增，直到f4max=47hz。

t8---t10:结束阶段，此时，f5按照f4max（47hz）频率值继续运行，保持该最大值运行180s，然后按照变频器设定减速时间斜坡减速至0hz/h，停机后，操作工点击全线停止按钮，整批次的烟丝加香过程彻底结束。

为了作对比研究，我们分别对流量5000kg/h和4000kg/h也进行了数据采集，通过与6000kg/h生产数据对比，如图4所示，我们不难发现：①料头阶段，不同流量对应的频率变化斜率有如下规律k6000＞k5000＞k4000。②生产阶段，不同流量对应的频率稳定后的值有如下规律f6000＞f5000＞f4000。③料尾阶段，不同流量对应的频率变化斜率有如下规律k4000＞k5000＞k6000。

本发明烟丝加香滚筒104自动调速方法能够在料头状态阶段、生产状态阶段控制加香滚筒104转速，使得加香滚筒104内的烟丝厚度始终处于一个较为稳定的水平，从而使得烟丝加香过程香精香料与烟丝的混合更均匀；在料尾状态阶段控制加香滚筒104随烟丝流量减少而加大滚筒转速，能够加快排出烟丝的过程，避免烟丝断续排出造成后续检测烟丝湿度、温度数据不准确的问题，还能够避免盲目加快排出烟丝，造成烟丝堵塞生产线，造成生产事故的问题。本发明烟丝加香滚筒104自动调速方法具有较强的实际生产指导意义，普适性较强，针对不同生产设备、不同烟丝组分、不同烟丝流量等客观因素，只需要调整里面相关变量的参数取值，即可投入使用。

针对不同的生产阶段，方便调整滚筒内烟丝加工量和加工时间，进而提高烟丝的加香均匀性和一致性，提高产品的加工质量。该方法可以实现递进式调速，速度切换平稳且及时，有效解决了各阶段物料量不好控制、生产效率低、能耗大等难题，在行业内，具有很强的推广应用价值。

一种烟丝加香滚筒104自动调速系统，包括：流量采集模块、控制模块以及转速调整模块；

所述流量采集模块用于采集烟丝流量q2；

所述控制模块记录有烟丝从流量采集模块传送到加香滚筒104的延时时间；

所述控制模块设有计时器，所述控制模块用于根据烟丝流量q2、计时器时间以及延时时间确定烟丝实时流量q2，所述控制模块还用于根据烟丝实时流量q2以及烟丝工艺流量q确定生产阶段，所述控制模块还用于根据生产阶段以及烟丝实时流量q2确定加香滚筒104转速，所述控制模块还用于通过所述转速调整模块控制所述加香滚筒104转速；

所述流量采集模块以及所述转速调整模块分别与所述控制模块电连接。

更为具体地，流量采集模块一种具体实施方式为电子皮带秤102，通过电子皮带秤102可以采集烟丝流量q2，控制模块一种具体的实施方式为可编程逻辑控制器plc，其内部设有程序、记录的延时时间t1以及t2，计时器可以推算出实时流量q2，进一步通过其内部的程序识别出当前所处的生产阶段，并根据生产阶段、烟丝实时流量q2计算出加香滚筒104的转速。转速调整模块一种具体的实施方式为变频器，控制模块计算出加香滚筒104的转速，该转速信号会通过变频器控制加香滚筒104电机的转速，实现对加香滚筒104转速的控制。

本发明烟丝加香滚筒104调速系统，其包括流量采集模块、控制模块以及转速调整模块，控制模块根据流量采集模块反馈的流量信号判断生产过程所处的阶段，控制模块还根据生产过程所处的阶段以及烟丝流量信号控制转速调整模块控制加香滚筒104转速，使得加香滚筒104在控制模块内的程序下自动调整转速，自动化程度高，响应迅速。

以上实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。