一种脉冲宽度调制的烟草加料筒温控制方法与流程

1.本发明涉及烟草加料机料筒内料液的温度控制技术，具体涉及一种脉冲宽度调制的烟草加料筒温控制方法。


背景技术：

2.制丝加料机是烟草制丝工艺中对烟片进行雾化添加料液的设备，而加料筒的作用是存储料液和维持料液温度恒定。行业内常见的hauni型加料机和国产秦皇岛制的加料筒温控制效果均非最完美化。加料机罐体温度采集源自测温传感器，罐体温度则是通过蒸汽通断阀的开和关两个执行动作进行控制。蒸汽喷入罐体外围密封夹层中，通过罐壁的热量对料液进行间接加热。当罐内料液较多时，加热过程比较缓慢。当罐内料液较少时，加热迅速，容易超温。从罐体设计的角度看，保温效果较好，能长时间保持罐体料液温度，散热很慢。
3.普遍地，现有技术的加料筒温控采用单一的蒸汽通断阀控制，罐温高于55℃(加料机料液温控指标值)，蒸汽通断阀关闭；罐温低于54℃(视设备调试情况而定，往往取值比55度低1℃)，蒸汽通断阀开启。这种温控模型存在一种缺陷，即在生产末尾料液剩余量较少时，开启蒸汽通断阀后进入的大量蒸汽会对少量料液保持持续加热的效果，导致批次尾部有罐体温度升温爬坡的波动，造成料液超温，影响产品质量。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种脉冲宽度调制的烟草加料筒温控制方法，该方法使得烟草加料筒温控制中蒸汽通断阀的开闭采用高低电平制式的脉冲宽度可调的信号控制，脉冲宽度(高低电平周期长度)直接与罐内剩余料液量直接联系，起到稳定控制料温的目的。
5.为了实现上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种脉冲宽度调制的烟草加料筒温控制方法，包括如下步骤：
7.步骤一、判断加料机是否准备生产，当加料机准备生产且加料罐倒入料液后，根据基于经验临界值的上下限开关规则进行判断，若料液温度大于或等于(55
‑
x)℃时，则关闭阀门；若料液温度小于(55
‑
x)℃时，则采用脉冲宽度调制信号控制蒸汽通断阀；
8.步骤二、采用脉冲宽度调制信号控制蒸汽通断阀时，遵循以下三个规则：
9.a、分条件选择脉冲宽度规则：主要根据当前加料罐料液重量值和加料罐料液温度值的取值区域进行划分，使得不同的取值组合分别使用不同的调制方式产生高低电平；
10.b、高电平脉冲宽度计算规则：主要使得高电平的导通时间与加料罐体内料液重量值进行关联，根据分条件选择脉冲宽度规则选择定值或计算公式得出高电平脉冲导通时间；即高电平脉冲宽度使得蒸汽通断阀开启的时间区域；
11.c、低电平脉冲宽度计算规则：主要使得低电平的导通时间与加料罐体内料液温度值进行关联，根据分条件选择脉冲宽度规则选择定值或计算公式得出低电平脉冲导通时
间；即低电平脉冲宽度使得蒸汽通断阀关闭的时间区域。
12.作为优选方案，所述步骤一中x值根据设备调试时的温度特性进行设置，x的取值范围为0.1～1℃。
13.作为优选方案，所述脉冲宽度调制信号的高低电平脉冲宽度计算规则如下：
14.当罐体料液重量大于w1时，脉冲导通时间设定值＝t1，脉冲关断时间设定值＝t2；
15.当罐体料液重量小于w1且大于w2时，脉冲导通时间设定值＝当前罐内料液重量值/w1*t1；脉冲关断时间设定值根据当前罐温选择t3或者t4；
16.当罐体料液重量小于w2时，脉冲导通时间设定值＝0，脉冲关断时间设定值＝t2。
17.作为优选方案，当罐体料液重量小于w1且大于w2时，脉冲导通时间设定值＝当前罐内料液重量值/w1*t1；脉冲关断时间设定值的判定条件如下：当罐温小于53℃时，脉冲关断时间设定值＝t3；当罐温大于53℃且小于(55
‑
x)℃时，脉冲关断时间设定值＝t4。
18.作为优选方案，所述w1为实际生产时加料罐料液重量经验值，取值为多个批次加料料液总重量的平均值，取值范围为130～150kg，w2为加料机生产过程中罐体保温效果失效后料液温度开始降低时的料液重量值，取值范围为2～10kg，t1为短时间定值1，取值范围为10～30s；t2为长时间定值2，取值范围为200～400s；t3为短时间定值3，取值范围为40～60s；t4为长时间定值4，取值范围为400～600s。
19.与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：
20.本发明实施例提供的基于经验临界值的上下限开关规则的温度区域设置数量、温度区域设置值较好地划分出适用脉冲宽度调制信号产生器的温度区域，以便更好地进行温度稳定性控制；分条件选择脉冲宽度规则以及基于定值或公式的高低电平脉冲宽度计算方法创新性地解决了现有技术缺陷以及温度控制不稳定的问题，将脉冲导通时间设定值与罐体内料液多少进行关联，且将脉冲关断时间设定值与当前罐温进行关联的先进控制模型的构建，很好地满足了精确温控的需求。
21.本发明设计了一种能随着料液减少的过程依然能稳定控制料温的控制方法。该方法中蒸汽通断阀的开闭采用高低电平制式的脉冲宽度可调的信号控制，脉冲宽度(高低电平周期长度)直接与罐内剩余料液量直接联系，起到稳定控制料温的目的。
附图说明
22.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的限定。
23.图1为本发明的整体流程示意图；
24.图2为本发明采用脉冲宽度调制信号进行温控的第一种情况示意图；
25.图3为本发明采用脉冲宽度调制信号进行温控的第二种情况示意图；
26.图4为本发明采用脉冲宽度调制信号进行温控的第三种情况示意图；
27.图5为本发明采用脉冲宽度调制信号进行温控的第四种情况示意图。
具体实施方式
28.应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常
理解的相同含义。
29.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。
30.此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
31.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
33.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
35.如图1所示，一种脉冲宽度调制的烟草加料筒温控制方法，构建的脉冲宽度调制的烟草加料筒温控制方法包括脉冲宽度调制信号产生器、基于经验临界值的上下限开关规则。脉冲宽度调制信号产生器包括分条件选择脉冲宽度规则、高电平脉冲宽度计算规则以及低电平脉冲宽度计算规则。
36.基于经验临界值的上下限开关规则类似于原有设备控制方法，即分温度区域打开或关闭蒸汽通断阀。原有设备控制方法中，罐温高于55℃(加料机料液温控指标值)，蒸汽通断阀关闭；罐温低于54℃，蒸汽通断阀开启。
37.而本实施例中基于经验临界值的上下限开关规则不同的内容主要是：
38.其一，温度区域设置数量不同。原有设备控制方法分三个温度区域：大于55℃(温度区域1)、大于54℃小于55℃(温度区域2)、小于54℃(温度区域3)。基于经验临界值的上下限开关规则分两个温度区域：大于或等于(55
‑
x)℃(温度区域1)、小于(55
‑
x)℃(温度区域2)。其中x值根据设备调试时的温度特性进行合理设置，x的取值范围为0.1～1℃。在杭州卷烟厂调试时，x取值为0.25。
39.其二，温度区域设置值不同。原有设备控制方法分三个温度区域：大于55℃、大于54℃小于55℃、小于54℃(以数字54、55作为区域分界)。基于经验临界值的上下限开关规则分两个温度区域：大于或等于(55
‑
x)℃、小于(55
‑
x)℃(以数字55
‑
x作为区域分界)。其中x值设置规则如上。
40.其三，温度区域设置作用不同。原有设备控制方法分三个温度区域：大于55℃(打开阀门)、大于54℃小于55℃(阀门状态不变)、小于54℃(关闭阀门)。基于经验临界值的上下限开关规则分两个温度区域：大于或等于(55
‑
x)℃时关闭阀门、小于(55
‑
x)℃时采用脉冲宽度调制信号控制蒸汽通断阀。其中x值设置规则如上。
41.本发明的具体实施例如下：
42.当加料机准备生产且加料罐倒入料液后，根据基于经验临界值的上下限开关规则进行判断，若料液温度大于或等于(55
‑
x)℃时，则关闭阀门；若料液温度小于54℃时，则采用脉冲宽度调制信号控制蒸汽通断阀。
43.利用脉冲宽度调制信号产生器产生不同周期的高低电平。根据分条件选择脉冲宽度规则的构建，首先根据罐体料液重量值确定脉冲导通时间设定值(即高电平脉冲宽度计算规则)，然后根据当前罐温值确定脉冲关断时间设定值(即低电平脉冲宽度计算规则)。将脉冲导通时间设定值与罐体内料液多少进行关联；将脉冲关断时间设定值与当前罐温进行关联。
44.当罐体料液重量大于w1时，脉冲导通时间设定值＝t1，脉冲关断时间设定值＝t2；(即为情况1，如图2所示)；当罐体料液重量小于w1且大于w2时，脉冲导通时间设定值＝当前罐内料液重量值/w1*t1；当罐温小于53℃时，脉冲关断时间设定值＝t3，实现快速升温目的；(即为情况2，如图3所示)；当罐温大于53℃且小于(55
‑
x)℃时，脉冲关断时间设定值＝t4，实现慢速升温目的；(即为情况3，如图4所示)；当罐体料液重量小于w2时，脉冲导通时间设定值＝0，脉冲关断时间设定值＝t2。(即为情况4，如图5所示)。
45.以杭州卷烟厂调试后实际取值为例子，若w1＝140kg，w2＝5kg，t1＝20s，t2＝300s,，t3＝50s，t4＝500s。则脉冲宽度调制的烟草加料筒温控制模型构建方式如下：
46.当罐体料液重量刚刚倒入且料液总重大于其他批次均值时，需要快速升温且接近55℃时又不能超温过多，因此采用比较快速的升温脉冲式接通蒸汽通断阀，接通蒸汽通断阀时间应较大，取20s，而关断蒸汽通断阀时间也应较大，取300s。即情况1，当罐体料液重量大于140kg时，脉冲导通时间设定值＝20s，脉冲关断时间设定值＝300s；如图2所示。
47.当罐体料液重量刚刚倒入且料液总重小于其他批次均值时，或者生产开始后，料液刚刚开始减少，且实际料液温度已经低于标准温度55℃超过2℃时(低于53℃)，需要快速升温且接近55℃时又不能超温过多，因此采用比较快速的升温脉冲式接通蒸汽通断阀，接通蒸汽通断阀时间应较大，但小于(情况1)的取值，又要根据实际罐内料液重量进行合理地分配。因此，脉冲关断时间设定值＝当前罐内料液重量值/140kg*20s，脉冲关断时间设定值＝50s，实现快速升温目的。即情况2，当罐体料液重量小于140kg且大于5kg时，当罐温小于53℃，脉冲导通时间设定值＝当前罐内料液重量值/140kg*20s，脉冲关断时间设定值＝50s，实现快速升温目的，如图3所示。
48.当罐体料液重量刚刚倒入且料液总重小于其他批次均值时，或者生产开始后，料液刚刚开始减少，且实际料液温度已经低于标准温度55℃小于2℃时(罐温大于53℃且小于
(55
‑
x)℃)，需要慢速升温且接近55℃时又不能超温过多，因此采用比较慢速的升温脉冲式接通蒸汽通断阀，接通蒸汽通断阀时间应较小。因此，脉冲关断时间设定值＝当前罐内料液重量值/140kg*20s，脉冲关断时间设定值＝500s，实现慢速升温目的。即情况3，当罐体料液重量小于140kg且大于5kg时，当罐温大于53℃且小于(55
‑
x)℃，脉冲导通时间设定值＝当前罐内料液重量值/140kg*20s，脉冲关断时间设定值＝500s(慢速升温目的)。如图4所示。
49.当罐体料液重量非常少时，可以利用上一阶段加入的蒸汽余温进行保温，原则上不用再打开蒸汽通断阀即可完成生产。即情况4，当罐体料液重量小于5kg时，脉冲导通时间设定值＝0，脉冲关断时间设定值＝300s。如图5所示。
50.若生产结束，则关断蒸汽通断阀。
51.上述整个模型控制流程如图1所示。
52.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
53.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。