CN105595395A - 一种薄板烘丝机脱水量的计算方法 - Google Patents

Abstract

一种薄板烘丝机脱水量的计算方法，其特征在于，通过周期计算滚筒内烟丝平均停留时间、当前周期及上一周期滚筒入口处烟丝累计重量差值，得到当前周期滚筒内的进料量，并依据停留时间周期计算烟丝出料量，以此得到滚筒内积料量；同时计算滚筒内积料量平均含水率；再根据干燥前、干燥后烟丝干基质量重量守恒原则，得到当前周期滚筒内积料量所需理论脱水量；本发明的有益效果是：实现了对滚筒内的积料量及积料量平均含水率的实时计算，使得理论脱水量的计算具有更高准确性，提高了对薄板烘丝机出口烟丝水分控制的实时性和精确性。

Description

一种薄板烘丝机脱水量的计算方法

技术领域

本发明涉及卷烟工艺，尤其是以及烟草制丝工序中烟丝干燥设备自动化控制技术。

背景技术

随着卷烟工艺的不断完善，对产品过程控制的精确性提出了更高要求，薄板烘丝机是制丝线上的关键设备，其过程控制的精度决定了成品烟丝的内在质量。因此，对薄板烘丝机出口烟丝水分的控制优化成为必然发展趋势。

目前，对薄板烘丝机出口烟丝水分的控制是采集滚筒前的电子皮带称检测的烟丝流量和红外水分仪检测的烟丝水分直接计算理论上需要的脱水量，以此简单、近似的反应滚筒内的待加工烟丝状况，并依据脱水量调节薄板温度、热风温度、热风风量等可控因素，实现对薄板烘丝机出口烟丝水分的控制；

烟丝出口水分控制属于过程控制，这使得薄板温度、热风温度、热风风量等调节变量的改变所影响的不是滚筒内单个点或某个截面的物料，调节变量的改变会作用于滚筒内所有的烟丝，当烟丝流量、水分等波动时，为了及时抑制扰动，需要得到精确的补偿控制量，就要尽可能准确知道滚筒内所有待加工烟丝的状况，主要是当前滚筒内烟丝的积料量及所有积料量的平均水分，以此实时并准确计算当前滚筒内烟丝所需脱水量。

发明内容

鉴于以上技术背景，本发明的内容为：通过周期计算滚筒内烟丝平均停留时间、当前周期及上一周期滚筒入口处烟丝累计重量差值，得到当前周期滚筒内的进料量，并依据停留时间周期计算烟丝出料量，以此得到滚筒内积料量；同时计算滚筒内积料量平均含水率；再根据干燥前、干燥后烟丝干基质量重量守恒原则，得到当前周期滚筒内积料量所需理论脱水量，计算方法内容如下：

(1)符号标识说明

为了更清晰的叙述本发明内容，先对下面将用到的变量符号进行描述：

n：当前周期号；

t(n)：当前周期采集时刻；

t(n-1)：上一周期采集时刻；

M_a(n)：当前周期采集时刻滚筒入口处烟丝累计重量；

M_a(n-1)：上一周期采集时刻滚筒入口处烟丝累计重量；

M_in(n)：当前周期进料量；

τ：滚筒内烟丝平均停留时间；

λ：入口烟丝到当前计算周期时间；

M_in：滚筒内累计进料量；

M_out：累计出料量；

X(n)：当前周期进料含水率；

P₁：滚筒内积料量平均含水率；

P₂：烟丝出口设定含水率；

F：滚筒内积料量；

W：滚筒内积料量所需理论脱水量；

(2)周期

在控制***的PLC中编写该控制程序，比如在PLC中的间隔时间为一秒的循环中断程序里执行该计算,则一个周期的间隔时间就是一秒；

(3)停留时间计算

计算滚筒内烟丝平均停留时间τ_，方法见具体实施方式(1)中所述；

(4)物料状态判断

用当前周期采集时刻t(n)的滚筒入口处烟丝累计重量减去上一周期采集时刻t(n-1)的滚筒入口处烟丝累计重量的差值作为当前周期的进料量：M_in(n)＝M_a(n)-M_a(n-1)；同时把当前周期采集时刻t(n)的烟丝水分作为当前周期的进料含水率X(n)；然后根据当前周期的进料量进行物料状态判断：

1)M_in(n)＞0：滚筒入口有料，n＝n+1，λ＝λ+1；

2)M_in(n)＝0：滚筒入口无料，n＝n-1，λ＝λ-1；

边界条件:

1)n＞τ：n＝n-1；

2)n≤τ：n值保持不变；

3)0≤λ≤τ；

4)n≥1；

(5)累计进料量计算

把当前周期数n内的所有周期进料量累加得到滚筒内的累计进料量；

$M\_in=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{M}_{in}\left(i\right);$

(6)累计出料量计算

某周期的进料量经停留时间后离开滚筒，计算得出累计出料量；：

$M\_out=\underset{j=0}{\overset{n-\mathrm{\λ}}{\Σ}}{M}_{in}\left(j\right);$

(7)滚筒内的积料量计算

用滚筒内的累计进料量减去累计出料量得到滚筒内的积料量；

$F=M\_in-M\_out=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{M}_{in}\left(i\right)-\underset{j=0}{\overset{n-\mathrm{\λ}}{\Σ}}{M}_{in}\left(j\right);$

(8)滚筒内积料量平均含水率计算

滚筒内积料量平均含水率为： $P_1=\underset{k=1}{\overset{n-(n-\mathrm{\λ})}{\Σ}}X\left(k\right)/\mathrm{\λ}=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\λ}}{\Σ}}X\left(k\right)/\mathrm{\λ};$

(9)滚筒内积料量所需理论脱水量计算

烟丝在干燥过程中，干燥介质将热量传递给烟丝，烟丝内部水份以气化方式传递给干燥介质，烟丝在滚筒内减少的是内部水分，干燥前、后烟丝的干物质重量(烟丝干基质量重量)是相等的，以此守恒原则建立理论脱水量的计算方法。

即：干燥前滚筒内积料量的干基质量重量＝干燥后滚筒内积料量的干基质量重量，计算

式如下：

F*(1-P₁)＝(F-W)*(1-P₂)

式中,F：滚筒内积料量；W：滚筒内积料量所需理论脱水量；P₁：滚筒内积料量平均含水率；P₂：烟丝出口设定含水率；

求解上述方程得到：W＝F(P₁-P₂)/(1-P₂)

即： $W=\frac{\[\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{in}\left(i\right)-\underset{j=0}{\overset{n-\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{in}\left(j\right)\]*\[\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)/\mathrm{\λ}-P_2\]}{1-P_2}.$

通过上述发明内容，实现了对滚筒内的积料量及积料量平均含水率的实时计算，使得理论脱水量的计算具有更高准确性，提高了对薄板烘丝机出口烟丝水分控制的实时性和精确性。

附图说明

图1是本发明滚筒内积料量所需理论脱水量计算流程图。

具体实施方式

为更好叙述本发明的上述目的、特征，下面结合发明内容做进一步的具体实施。

在下面的具体实施方式中说明了很多具体细节以便于充分理解本发明，但本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开的具体实施方式的限制。

具体实施方式如下：

(1)滚筒内烟丝平均停留时间计算

在薄板烘丝机稳态工作过程条件下，分别考察薄板温度T_w、热风温度T_g、热风风量G_f这三个调节变量和烟丝流量Q、烟丝含水率X这两个干扰因素对烟丝在滚筒内实际平均停留时间的影响。(烟丝在滚筒内的运动不是单颗粒运动，而是烟丝颗粒群运动过程，停留时间是烟丝颗粒群在滚筒内的平均滞留时间，同时薄板温度、热风温度、热风风量这三个可调节变量的变化对停留时间也会造成影响，其中筒壁温度、热风温度通过改变烟丝轴向含水率和烟丝质量流量影响停留时间):

例如给薄板温度T_w施加10℃正向阶跃变化，直到稳定在该参数水平时，停止滚筒入口设备进料，同时开始分段接出滚筒出口处的烟丝(分段周期越短越准确)，待滚筒内烟丝出完后，把接出的每段烟丝的重量值和水分值进行实测，换算成干基烟丝重量，累加起来得到滚筒内干基烟丝滞留量H；再把进入滚筒前的电子皮带称检测的烟丝流量换算成入口烟丝干基质量流量F_S，按下式计算得到烟丝在滚筒内实际平均停留时间：

τ＝H/F_S

其中τ为烟丝在滚筒内实际平均停留时间，H为滚筒内干基烟丝滞留量，F_S为入口烟丝干基质量流量

其余因素：热风温度T_g、热风风量G_f烟丝流量Q、烟丝含水率X对烟丝在滚筒内实际平均停留时间的影响用类似上述的方法测试完成；

测试过程中薄板温度T_w、热风温度T_g、热风风量G_f、烟丝流量Q、烟丝含水率X的实验数据采集采用SIMATICStep7、VB等软件进行；滚筒长度L、滚筒直径D、滚筒倾角s、滚筒转速z等其它影响因素记录设备传感器检测值或实测数据；

运用物料在滚筒内停留时间的经验预测算法，在其算法中引入当前设备工艺调节所需要的其他变量，结合上述采集的实验数据，运用Matlab、PLCSIM等分析和仿真软件对引入变量改变对烟丝在滚筒内实际平均停留时间影响进行数据分析和函数拟合,并求解出系数，对已有变量的系数进行验证和修正，得出适用于一定型号烘丝机的滚筒内烟丝平均停留时间的计算方法；

(2)本方式实施的程序控制平台

在PLC的循环中断程序块中编写本发明的设计控制算法，本具体实施采用SIMATICStep7软件，循环中断程序块用OB32(时间间隔为一秒的循环中断组织块)：按上述发明内容的步骤，结合原理示意图编写控制程序，采用PLCSIM软件进行仿真测试。

以上所述仅为本发明的具体实施方式，不能以此限定本发明的范围，即依本发明专利申请保护范围所作的等同变化与修饰，均应包含在本发明的技术涵盖范围内。

Claims (1)

1.一种薄板烘丝机脱水量的计算方法，其特征在于，通过周期计算滚筒内烟丝平均停留时间、当前周期及上一周期滚筒入口处烟丝累计重量差值，得到当前周期滚筒内的进料量，并依据停留时间周期计算烟丝出料量，以此得到滚筒内积料量；同时计算滚筒内积料量平均含水率；再根据干燥前、干燥后烟丝干基质量重量守恒原则，得到当前周期滚筒内积料量所需理论脱水量，计算方法内容如下：

(1)符号标识说明：

n：当前周期号；

t(n)：当前周期采集时刻；

t(n-1)：上一周期采集时刻；

M_a(n)：当前周期采集时刻滚筒入口处烟丝累计重量；

M_a(n-1)：上一周期采集时刻滚筒入口处烟丝累计重量；

M_in(n)：当前周期进料量；

τ：滚筒内烟丝平均停留时间；

λ：入口烟丝到当前计算周期时间；

M_in：滚筒内累计进料量；

M_out：累计出料量；

X(n)：当前周期进料含水率；

P₁：滚筒内积料量平均含水率；

P₂：烟丝出口设定含水率；

F：滚筒内积料量；

W：滚筒内积料量所需理论脱水量；

(2)周期

在控制***的PLC中编写该控制程序，比如在PLC中的间隔时间为一秒的循环中断程序里执行该计算,则一个周期的间隔时间就是一秒；

(3)停留时间计算

计算滚筒内烟丝平均停留时间τ；

(4)物料状态判断

用当前周期采集时刻t(n)的滚筒入口处烟丝累计重量减去上一周期采集时刻t(n-1)的滚筒入口处烟丝累计重量的差值作为当前周期的进料量：M_in(n)＝M_a(n)-M_a(n-1)；同时把当前周期采集时刻t(n)的烟丝水分作为当前周期的进料含水率X(n)；然后根据当前周期的进料量进行物料状态判断：

1)M_in(n)＞0：滚筒入口有料，n＝n+1，λ＝λ+1；

2)M_in(n)＝0：滚筒入口无料，n＝n-1，λ＝λ-1；

边界条件:

1)n＞τ：n＝n-1；

2)n≤τ：n值保持不变；

3)0≤λ≤τ；

4)n≥1；

(5)累计进料量计算

把当前周期数n内的所有周期进料量累加得到滚筒内的累计进料量；

$M\_in=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{M}_{in}\left(i\right);$

(6)累计出料量计算

某周期的进料量经停留时间后离开滚筒，计算得出累计出料量；：

$M\_out=\underset{j=0}{\overset{n-\mathrm{\λ}}{\Σ}}{M}_{in}\left(j\right);$

(7)滚筒内的积料量计算

用滚筒内的累计进料量减去累计出料量得到滚筒内的积料量；

$F=M\_in-M\_out=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{M}_{in}\left(i\right)-\underset{j=0}{\overset{n-\mathrm{\λ}}{\Σ}}{M}_{in}\left(j\right);$

(8)滚筒内积料量平均含水率计算

滚筒内积料量平均含水率为： $P_1=\underset{k=1}{\overset{n-(n-\mathrm{\λ})}{\Σ}}X\left(k\right)/\mathrm{\λ}=\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\λ}}{\Σ}}X\left(k\right)/\mathrm{\λ};$

(9)滚筒内积料量所需理论脱水量计算

烟丝在干燥过程中，干燥介质将热量传递给烟丝，烟丝内部水份以气化方式传递给干燥介质，烟丝在滚筒内减少的是内部水分，干燥前、后烟丝的干物质重量是相等的，以此守恒原则建立理论脱水量的计算方法；

即：干燥前滚筒内积料量的干基质量重量＝干燥后滚筒内积料量的干基质量重量，计算式如下：

F*(1-P₁)＝(F-W)*(1-P₂)

式中,F：滚筒内积料量；W：滚筒内积料量所需理论脱水量；P₁：滚筒内积料量平均含水率；P₂：烟丝出口设定含水率；

求解上述方程得到：W＝F(P₁-P₂)/(1-P₂)

即： $W=\frac{{\[\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{in}\left(i\right)-\underset{j=0}{\overset{n-\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}}{M}_{in}\left(j\right)\]}^{*}\[\underset{k=1}{\overset{\mathrm{\λ}}{\mathrm{\Σ}}}X\left(k\right)/\mathrm{\λ}-P_2\]}{1-P_2}.$