CN106418635A - 降低打叶复烤烟碱变异系数的设备及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种降低打叶复烤烟碱变异系数的设备及工艺，其特征在于：降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，其特征在于：所述设备包括输送带和仓库，在汇总输送皮带上方设有在线近红外光谱仪，在输送皮带的后端下方设有电子皮带秤，所述皮带秤的输出端通往原烟配方立体库。本发明解决了备料区人工选料投料的问题，有效调控配方打叶复烤工序前备料区烟叶均匀性，降低配方打叶生产备料区烟碱变异系数，从而提高了配方打叶均质化加工水平的控制能力，保证产品的质量稳定性。

Description

降低打叶复烤烟碱变异系数的设备及工艺

技术领域：

本发明涉及一种打叶复烤生产工艺，特别是降低打叶复烤烟碱变异系数的设备及工艺。

背景技术：

模块化配方打叶技术是按一定的比例，将多产地、多等级烟叶均匀掺配而形成一个质量稳定的片烟等级或配方模块。该技术是目前国内外应用较为普遍的技术。通过配方打叶可以实现基于多产地、多等级烟叶的混合配打，打后的片烟内在质量特征、感官评吸质量、烟叶叶片混合的均匀与稳定有所提高，消除了烟叶原料间的品质差异、为卷烟企业实现卷烟配方奠定了原料基础。

复烤企业通常采用大量的人工进行地摊式选叶，将同等级的烟叶按照颜色和其他一定的规则分类，然后按照比例进行混合投料，从而保证原料的均匀性和协调性。但是这种模式存在不少问题：如消耗大量的人力和财力、感官质量评价的差异性，甚至同一个体评价也存在一定差异性，因此亟需采用新的配方加工模式来对原料的稳定性和协调性进行调节。

理论上认为，烟叶主要化学成分如：烟碱、总糖、总氮等对烟叶品质的表征较强。随着科技的发展，在线检测设备的不断更新，在线实时检测烟叶的化学成分含量已经成为可能，利用先进的检测设备对烟叶实时检测与控制具有极高的可能性和现实意义。

近红外分析技术( NIR) 是近些年发展起来的一种绿色分析技术，具备简单、高效、快速等优点，适于在线检测与过程分析，是质量控制的理想手段，在农业、食品、石油等领域特别是烟草行业的应用日益广泛。近年来该技术已快速地进入烟草领域，烟碱、总糖等化学成分是烟草的重要指标，对于烟草品质的控制和卷烟配方设计等环节因素极为重要，传统的分析手段需要花费大量的时间和精力，难以对整个加工环节进行控制，因此利用在线近红外对这些指标进行检测和控制对提升烟草品质极为有效，应用近红外光谱分析(NIR)技术测定在线烟叶化学成分，烟草行业技术人员对其进行大量的研究，已成为打叶复烤领域备料区烟叶内在成分检测和控制技术。

目前，国外烟草行业对近红外技术的应用已成熟，不但用于烟草化学成分的快速检测，也可在烟叶焦油等质量指标进行检测。实践证明利用在线近红外技术具有“快速、简易、准确”的优点。

关于近红外技术在烟草行业领域的应用也有相关报道，例如： 20061004339.7，发明名称为采用近红外检测烟叶叶片化学成分的方法，该发明突破了现有烟叶化学成分分析问题的瓶颈，能快速检测烟叶化学成分的优点，但并不涉及备料区铺叶配比方案和原烟配方立体库调控方法。

发明内容：

本发明的目的是提供一种降低打叶复烤烟碱变异系数的设备及工艺，该工艺在配比投料铺叶后通过在线近红外光谱仪快速检测烟叶化学值，结合原烟配方立体库控制管理***均值化算法出入库和预混柜掺配的打叶复烤加工工艺，提高配方打叶均质化加工水平和产品的控制能力，很好地满足卷烟工业企业在打叶复烤备料过程调控烟碱变异系数的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，其特征在于：所述设备包括在线化学成分检测仪器、烟叶自动装箱控制装置、原烟配方立体库，其特征在于：烟叶经配方铺叶通过化学成分检测后，输送至精度为±0.5%的装箱重量控制***，装箱控制***箱满后通往原烟配方立体库,烟叶化学成分信息通过PLC连接至检测控制***，所述化学成分检测设备与检测控制***实现数据连接。

进一步的，所述的化学成分检测设备光谱范围在910nm-2200nm，扫描速度≥30光谱/秒，积分时间为21.4ms，设备探头表面距烟叶表面距离在170mm，经化学成分检测设备扫描后间隔3秒生成光谱，对烟叶扫描后产生的光谱进行自动异常光谱剔除、最优波长筛选和高杠点的智能选取，并对检测过程异常化学值智能分析、判别、反馈等功能模块。

本发明降低打叶复烤烟碱变异系数的工艺，其特征在于：所述工艺包括如下步骤：

步骤1：烟叶经过人工选叶后，形成多等级烟叶模块，根据均质化配比需求制作完整的配方单、烟叶投料信息，利用48个铺叶工位，所计算配方单精确到投入到铺叶台的原烟中各等级原烟数量、装箱重量、配比箱数，结合铺叶摆把台LED屏控制及时调整各工位的投料进度，确保模块配方中各等级烟叶铺叶混配的均匀作用；

步骤2：模块化配方打叶加工前，根据烟叶配方单在生产前组织小批量的烟叶的配比铺叶方案，所述的铺叶目的为保证预建化学成分检测设备模型，在后续的正式配方打叶过程中能够准确的检测烟叶的化学值，并对各装箱烟叶检测的平均化学值进行存储；

步骤3：上述步骤2中的化学成分检测设备模型，通过在线采集具有代表性烟叶样品进行实验室标准值的检测与预测值的比对，通过对扫描过程中生产的光谱进行均质中心化、多元散射校正、标准正态变量变换、微分和平滑等数据预处理方法，通过相关系数、方差分析、连续投影等先进的波长筛选，利用偏最小二乘校正算法构建主成分模型，建立并优化、验证模型，确保模型相对偏差精度控制在5%以下。

步骤4：化学成分检测控制***存储的化学值传送至原烟配方立体库物流管理***；

步骤5：原烟带着装箱重量、箱号以及化学成分等信息进入高架库，***对该批次所有库存原烟化学成分平均值进行计算后按化学值高中低分布进行高效、分类堆垛入库；

步骤6：原烟配方立体库物流管理***按照各箱烟叶化学值存储信息，根据每个批次的合适数量分成若干组，基于NP算法等从库存样本中每次取出一定数量的烟箱，形成一组出库波次队列；

步骤7：在指定等级和数量下，每波次化学均值接近，化学值分布与原库存中化学值的总体分布相吻合，确定投料的批次和数量，同时将该波次队列信息传输至原烟配方立体库物流管理***；

步骤8：确定批次的出库波次队列之后，按照排序后的结果为组和组之间的批内烟碱均值和批内变异系数最小（同等级），或者每个最小配方单元（多等级）的批内烟叶等级分布、烟碱均值和批内变异系数最小的均匀散布的原则对每组的分布进行排序；

经过上述步骤，确定每个工单的批次和组之间的波次队列排布。对每组的等级进行归类统计，通过调整组的排序，组合生成每个最小配方单元批内的等级分布趋于一致，实现烟叶等级的均匀分布；

步骤9：根据以上配方原则，最大程度利用原烟配方立体库堆垛机运行效率进行同步翻箱投料，烟叶通过恒流装置输送后进行二次均匀掺配。

本发明通过配比铺叶，近红外光谱仪的在线检测技术，结合原烟配方立体库物流管理***和预混柜均匀掺配多个环节的有机结合，在实际生产控制过程中取得良好的效果，将铺叶配比、配方出入库、质量信息追溯相结合，解决了备料区人工选料投料的问题，有效调控配方打叶生产备料区烟叶均匀性，在烟叶打叶复烤工序前端降低其烟碱变异系数，从而提高了配方打叶均质化加工水平的控制能力，保证产品的质量稳定性。

附图说明：

图1 本发明调控备料区烟碱变异系数的工艺流程图；

图2 本发明装框入库前在线近红外光谱仪检测示意图。

具体实施方式：

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

本发明降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，所述设备包括输送带1和原烟配方立体库，在汇总输送皮带上方设有在线近红外光谱仪3，在输送皮带的后端下方设有电子皮带秤4，所述皮带秤的输出后进行装框后原烟配方立体库5。

进一步的，上述原烟配方立体库的存储信息通过PLC连接至检测控制***，所述在线近红外光谱仪与检测控制***数据连接（如图2所示）。

进一步的，为了设计合理，化学成分检测仪器扫描速度≥30光谱/秒，积分时间为21.4ms，设备探头表面距烟叶表面距离在170mm，经光谱仪扫描后间隔3秒生成光谱。

本发明通过配比铺叶—检测入库—算法出库—预混掺配，在线近红外光谱仪检测技术结合原烟配方立体库物流管理***和预混柜掺配来调控备料区烟碱变异系数的工艺模式，其较佳的具体实施方式如下：

烟叶经过人工选叶后，形成多等级烟叶模块，根据均质化配比需求制作完整的配方单、烟叶投料信息，利用48个铺叶工位，所计算配方单精确到投入到铺叶台的原烟中各等级原烟数量、装箱重量、配比箱数等，结合铺叶摆把台LED屏控制及时调整各工位的投料进度，确保模块配方中各等级烟叶铺叶混配的均匀性；

参见附图1配比铺叶完成后烟叶汇总皮带处安装在线近红外光谱仪，烟叶装框进入配方立体库工序前，斜升皮带的正上方，近红外光谱仪与近红外数据采集和管理平台相连接，控制***与配方立体库程序相接，形成一套完整的出入库控制管理程序。扫描速度≥30光谱/秒，积分时间为21.4ms，设备探头表面距烟叶表面距离在170mm，经光谱仪扫描后间隔3秒生成光谱，通过生成的连续光谱分析其在线检测、存储每框烟叶化学成分和水分的平均值。

参见附图2通过在线检测出的每框烟叶化学成分和水分的平均值，将存储信息通过PLC程序传输至原烟配方立体库管理***上位程序，按检测信息进行高效堆垛入库。如果某条线检测情况出现异常，***将对其进行在线平均赋值，保证完整的装框烟叶的信息，进入下一操作工序。

原烟配方立体库管理***按照各箱烟叶化学值存储信息，根据每个批次的合适数量分成若干组，基于NP算法等从库存样本中每次取出一定数量的烟箱，形成一组出库波次队列。出库生产时，立体库根据在线检测信息生成出库工单、指定等级和数量、确定投料批次数量、依据出库队列按组投料出库。对有异常值情况，配方***将对其进行化学值维护。

翻箱时，以三箱为一个组合同时翻箱，每一组都经过***计算后组合，其化学成分平均值最接近每个波次的平均值，通过这种方式将组与组之间的化学成分波动降到最低，确保每一个预混柜内的原烟组成为完整的配方比例且化学成分最均匀。

翻箱后的原烟通过电子皮带秤均匀的输送至布料车，布料车采用变频调速控制，以条型铺叶的方式在预混柜内来回运动并把原烟均匀分布在预混柜内，通过原烟按模组储料和横断面出料作业的方式，实现原烟二次均匀掺配。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，其特征在于：所述设备包括在线化学成分检测仪器、烟叶自动装箱控制装置、原烟配方立体库，其特征在于：烟叶经配方铺叶通过化学成分检测后，输送至精度为±0.5%的装箱重量控制***，装箱控制***箱满后通往原烟配方立体库，烟叶化学成分信息通过PLC连接至检测控制***，所述化学成分检测设备与检测控制***实现数据连接。

2.根据权利要求1所述的降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，其特征在于：所述的化学成分检测设备光谱范围在910nm-2200nm，扫描速度≥30光谱/秒，积分时间为21.4ms，设备探头表面距烟叶表面距离在170mm，经化学成分检测设备扫描后间隔3秒生成光谱，对烟叶扫描后产生的光谱进行自动异常光谱剔除、最优波长筛选和高杠点的智能选取，并对检测过程异常化学值智能分析、判别、反馈等功能模块。

3.一种降低打叶复烤烟碱变异系数的工艺，其特征在于：所述工艺包括如下步骤：

步骤1：烟叶经过人工选叶后，形成多等级烟叶模块，根据均质化配比需求制作完整的配方单、烟叶投料信息，利用48个铺叶工位，所计算配方单精确到投入到铺叶台的原烟中各等级原烟数量、装箱重量、配比箱数，结合铺叶摆把台LED屏控制及时调整各工位的投料进度，确保模块配方中各等级烟叶铺叶混配的均匀作用；

步骤2：模块化配方打叶加工前，根据烟叶配方单在生产前组织小批量的烟叶的配比铺叶方案，所述的铺叶目的为保证预建化学成分检测设备模型，在后续的正式配方打叶过程中能够准确的检测烟叶的化学值，并对各装箱烟叶检测的平均化学值进行存储；

步骤3：上述步骤2中的化学成分检测设备模型，通过在线采集具有代表性烟叶样品进行实验室标准值的检测与预测值的比对，通过对扫描过程中生产的光谱进行均质中心化、多元散射校正、标准正态变量变换、微分和平滑等数据预处理方法，通过相关系数、方差分析、连续投影等先进的波长筛选，利用偏最小二乘校正算法构建主成分模型，建立并优化、验证模型，确保模型相对偏差精度控制在5%以下；

步骤4：化学成分检测控制***存储的化学值传送至原烟配方立体库物流管理***；

步骤5：原烟带着装箱重量、箱号以及化学成分等信息进入高架库，***对该批次所有库存原烟化学成分平均值进行计算后按化学值高中低分布进行高效、分类堆垛入库；

步骤6：原烟配方立体库物流管理***按照各箱烟叶化学值存储信息，根据每个批次的合适数量分成若干组，基于NP算法等从库存样本中每次取出一定数量的烟箱，形成一组出库波次队列；

步骤7：在指定等级和数量下，每波次化学均值接近，化学值分布与原库存中化学值的总体分布相吻合，确定投料的批次和数量，同时将该波次队列信息传输至原烟配方立体库物流管理***；

步骤8：确定批次的出库波次队列之后，按照排序后的结果为组和组之间的批内烟碱均值和批内变异系数最小（同等级），或者每个最小配方单元（多等级）的批内烟叶等级分布、烟碱均值和批内变异系数最小的均匀散布的原则对每组的分布进行排序；

经过上述步骤，确定每个工单的批次和组之间的波次队列排布；

对每组的等级进行归类统计，通过调整组的排序，组合生成每个最小配方单元批内的等级分布趋于一致，实现烟叶等级的均匀分布；

步骤9：根据以上配方原则，最大程度利用原烟配方立体库堆垛机运行效率进行同步翻箱投料，烟叶通过恒流装置输送后进行二次均匀掺配。

4.一种降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，其特征在于：所述设备包括输送带和仓库，在输送皮带输入端上方设有在线近红外光谱仪，在输送皮带的后端部下方设有电子皮带秤，所述皮带秤的输出端通往原烟配方库。

5.根据权利要求1所述的降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，其特征在于：所述原烟配方库的存储信息通过PLC连接往检测控制***，所述在线近红外光谱仪与检测控制***数据连接。

6.根据权利要求1所述的降低打叶复烤烟碱变异系数的设备，其特征在于：所述输送带上物料与在线近红外光谱仪的近红外检测探头距离在170毫米，经光谱仪时时扫描，每5秒实时产生光谱。