CN110231773A - 滤棒压降闭环自动控制***及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种滤棒压降闭环自动控制***，含有滤棒自动取样装置、压降检测仪器、内置压降控制软件的控制器，另有分别驱动喂料辊、扩展辊和输出辊的三个伺服电机；压降检测仪器通过信号线与控制器连接，控制器通过控制线分别与三个伺服电机连接控制三个辊的转速。本发明实现了滤棒压降的精准控制，提高了滤棒压降的C_PK水平，减少了劳动量提高了生产效率。

Description

滤棒压降闭环自动控制***及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种烟用滤棒压降的测试及调控技术。

背景技术

烟用滤棒压降是滤棒的一种重要质量指标，生产中需要抽样检测其数据，并与标准值或预设值进行比较，当偏差较大时，需要调整滤棒成型机的多个功能部件，以使得压降数据回归正常值。

在工业生产中，有一个指标C_PK 叫做过程能力指数，是指过程能力满足产品质量标准要求的程度；也称工序能力指数，是指工序在一定时间里，处于稳定状态下的实际加工能力。它是工序固有的能力，或者说它是工序保证质量的能力。这里所指的工序，是指操作者、机器、原材料、工艺方法和生产环境等五个基本质量因素综合作用的过程，也就是产品质量的控制过程。通俗的解释就是，C_PK是类似于均值、标准差，它同时包含了产品的均值和离散程度。

专利申请号为2016110660543的发明提供了一种无纸包滤棒压降的测量装置，含有包裹体机构、大流量负压进料装置、小流量负压压降测量装置、吹气排料装置、可切换控制气路的电磁阀组和气体管路。该发明是压降的测量装置，没有检测和分选滤棒的功能。

专利申请号为2011104287670的发明涉及一种卷烟吸阻和滤棒压降的测量装置。一种标准吸阻测量装置，该装置包括测试头、标准恒流孔、负压发生器、气源、测控电路和上位机控制***；测试头内设置有乳胶管，气源连接设有压力调节阀，压力调节阀的出气端连接所述的负压发生器，负压发生器连接标准恒流孔，标准恒流孔连接有过滤器，过滤器连接有控制反吹和测试电磁阀，控制反吹和测试电磁阀连接测试头。该发明只能测量不能用于调控压降。

预印本数据库doi：10.3969/j.issn.1673-1328.2014.03.078登载的“滤棒成型机生产速度与卷烟滤棒压降稳定性关系研究”，该发明实现进料、测量、排料的自动化运行，无需人工动作，仅仅是具体技术的解释，未涉及其装置。

2013年《河南科技》发表了“滤棒压降与烟支吸阻关系的模型建立”一文，为控制卷烟吸阻的稳定性，研究滤棒压降对烟支吸阻的影响程度,进行了滤棒压降与烟支吸阻的线性回归分析。结果表明:滤棒压降与烟支吸阻之间存在正相关关系，未详细介绍成型设备及其方法。

优化问题是工业设计中经常遇到的问题,许多问题最后都可以归结为优化问题.为了解决各种各样的优化问题,人们提出了许多优化算法,比较著名的有爬山法、粒子群算法、遗传算法、神经网络算法等。粒子群算法，也称粒子群优化算法或鸟群觅食算法（Particle Swarm Optimization），缩写为 PSO， 是由J. Kennedy和R. C. Eberhart等开发的一种新的进化算法(Evolutionary Algorithm - EA)。PSO 算法属于进化算法的一种，和模拟退火算法相似，它也是从随机解出发，通过迭代寻找最优解，它也是通过适应度来评价解的品质，但它比遗传算法规则更为简单，它没有遗传算法的“交叉”(Crossover) 和“变异”(Mutation) 操作，它通过追随当前搜索到的最优值来寻找全局最优。这种算法以其实现容易、精度高、收敛快等优点引起了学术界的重视，并且在解决实际问题中展示了其优越性。这算法可给予本***的开发一些有益启示。

发明内容

发明目的：

本发明提供一种精准测试并自动调节滤棒压降、提高压降的C_PK水平，减少人员工作量的滤棒压降闭环自动控制***及其控制方法。

技术方案：

本发明的滤棒压降闭环自动控制***，能够与滤棒成型主机配套使用，滤棒成型主机含有按丝束行走路径依次设置的喂料辊、扩展辊、输出辊以及滤棒成型烟枪，滤棒成型主机另配有滤棒取样装置、压降测试台（或综合测试台）。

还有内置压降控制软件的控制器（具有电脑+PLC的双重功能，省去原滤棒成型主机内置或外置的PLC），另有替代原有普通电机的伺服电机A、伺服电机B、伺服电机C（原有滤棒成型主机配置的是普通电机或者步进电机，调整精度不够）；伺服电机A与喂料辊连接并能驱动其转动，伺服电机B与扩展辊连接并能驱动其转动，伺服电机C与输出辊连接并能驱动其转动（输出辊的转速--线速度为丝束进入滤棒成型烟枪的速度）。

滤棒取样装置能够从滤棒成型主机的出口抓取滤棒样品，送至压降检测仪器进行滤棒的压降数据检测；压降检测仪器通过信号线与控制器连接，并能够传递滤棒压降数据给控制器；控制器通过控制线与滤棒成型主机原含有的PLC连接，或者通过控制线直接与上述三个伺服电机分别连接，并能够分别对应控制喂料辊、扩展辊和输出辊的转速（假设正常生产运行时它们的初始速度分别为VA、VB、VC）。

所述的压降控制软件，能够将测得的滤棒压降数值与产品标准值（或预先设定值）对比，获得差值∆P，接着通过内置的算法计算出输出辊的转速调整量∆VC，然后控制器根据调整量∆VC在软件程序中写入调整量，通过控制伺服电机C调整输出辊的转速为VC+∆VC，保证丝束的开松和收缩符合要求的情况下，调整丝束的填充速度即填充量，从而在其它性能指标符合要求的同时，实现对滤棒压降指标的调节。

采用上述的滤棒压降闭环自动控制***，根据滤棒成型主机对三个辊的转速比VA：VB：VC要求变化的范围较小（为保证产品质量，VB/VC称为开松比、VA/VB称为回缩比，生产工艺中对此有开松比和回缩比有明确的范围要求，以便保证滤棒其它重要指标符合标准），通过内置压降控制软件分别计算出调整后的喂料辊、扩展辊的转速约为：VA(1+∆VC/VC)、VB(1+∆VC/VC)，（即伺服电机A的转速变化约为∆VA= VA*∆VC/VC，伺服电机B的转速变化约为∆VB= VB*∆VC/VC）；并据此在调整伺服电机C的转速的同时调整伺服电机A、伺服电机B各自的转速，保证丝束的填充速度和填充量调整到位，从而实现对滤棒压降指标的调节。

本发明在生产使用中，滤棒取样装置根据软件内置的程序，每隔一个时间周期抓取一根滤棒样品送至压降检测仪器进行压降检测；待一定数量的样品检测后，再通过软件内置的压降C_PK值计算程序，参见下述公式（1），获知该批样品的压降C_PK值，判断当前调整***的能力；然后，当能力低于设定值时***将重新进入自我学习状态，通过粒子群算法在线找寻最优参数值。

然后，根据这个C_PK值，并通过与这个数据相关的软件程序计算确定伺服电机C的转速调整量和调整后的转速，进而分别调整伺服电机A、伺服电机B的转速。

所述的压降控制软件采用下列公式计算滤棒压降的C_PK：

C_PK= Min[ (USL- Mu)/3σ, (Mu - LSL)/3σ], (1)

即，C_PK是取压降的上限减均值或均值减下限，分别除以三倍的标准差之后较小的那个数值。其中，σ是标准差；Mu是一组数据的压降均值；USL是压降的上限，LSL是压降的下限。

本发明在生产使用中，

压降测试台再次抓取样品测试，测试到压降改变后，可将该压降改变量信号再次反馈给控制器，控制器再次发出指令给三个伺服电机，三个伺服电机转速微调，进一步改善压降数据，实现闭环调节功能。进一步地，三个伺服电机的转速均调整到位后，控制器再次抓取检测并读取改善后的滤棒压降C_PK值，并继续进行计算反馈微调，如此周而复始，从而达到滤棒压降闭环自动精确控制的功能。

滤棒成型主机或本发明的***中还可以设置有报警装置，报警装置与控制器连接；压降控制软件还具有控制图校验算法功能，能够实时分析***的状态，当发现上述调整不能有效控制滤棒压降时，控制器控制报警装置发出报警提示，防止设备性状变化引起的调整失效。报警装置报警后，可将报警信号反馈给控制器，控制器发出拦截指令给拦截装置；控制器也可以根据不合格品阀值直接发出拦截指令给拦截装置。

滤棒成型主机或本发明的***可以另配置有不合格品滤棒的拦截执行机构（如装盒机、物流缓存线，或人工截留到不合格品储存箱），并连接和受制于控制器；压降控制软件预先输入了压降不合格品阀值，当压降不合格品滤棒的数量大于阀值时，控制器控制拦截执行机构对不合格滤棒实现拦截，避免不合格品滤棒流出，甚至可直接切断成型主机电源。

有益效果：

本发明针对原有滤棒成型主机的智能化改造方案，可以减少自动控制调节功能不够强的PLC等部件，增加新的功能部件，结构更加智能化。其调整步骤包括基础信息获取、与标准值对比、测算调整量、写入调整量，控制器直接调节三种伺服电机的转速，控制路径清晰，控制部件较少，自动控制程度高，失误率低。本发明通过滤棒压降自动控制***获取实时的压降数据，通过对数据分析，计算出调整量控制滤棒压降，实现了压降的精准控制，提高了压降的C_PK水平，减少了操作人员的工作量，减少了滤棒不合格品，提高了滤棒产品品质，也消除了不合品流入成品箱的可能性。

附图说明

图1是本发明的***在与滤棒成型中使用时的工艺流程示意图。

具体实施方式

如图1所示的滤棒压降闭环自动控制***，能够与滤棒成型主机配套使用，滤棒成型主机含有按丝束行走路径依次设置的喂料辊、扩展辊、输出辊以及滤棒成型烟枪，另配有滤棒取样装置、压降测试台。

还有内置压降控制软件的控制器、伺服电机A、伺服电机B、伺服电机C；伺服电机A与喂料辊连接并能驱动其转动，伺服电机B与扩展辊连接并能驱动其转动，伺服电机C与输出辊连接并能驱动其转动。

滤棒取样装置能够从滤棒成型主机的出口抓取滤棒样品，送至压降检测仪器进行滤棒的压降数据检测；压降检测仪器通过信号线与控制器连接，并能够传递滤棒压降数据给控制器；控制器通过控制线直接与上述三个伺服电机分别连接，并能够分别对应控制喂料辊、扩展辊和输出辊的转速VA、VB、VC；

所述的压降控制软件，能够将测得的滤棒压降数值与产品标准值对比，获得差值∆P，接着通过内置的算法计算出输出辊的转速调整量∆VC，然后控制器根据调整量∆VC控制伺服电机C调整输出辊的转速为VC+∆VC。再通过内置压降控制软件进一步分别计算出调整后的喂料辊、扩展辊的转速为：VA(1+∆VC/VC)、VB(1+∆VC/VC)，并在调整伺服电机C的转速的同时调整伺服电机A、伺服电机B各自的转速，从而实现对滤棒压降指标的调节。

本***还含有报警装置，报警装置与控制器连接；当上述调整不能有效控制滤棒压降时，控制器控制报警装置发出报警提示。

滤棒成型主机另配置有不合格品滤棒的拦截执行机构，并连接和受制于控制器；当压降不合格品滤棒的数量大于阀值时，控制器控制拦截执行机构对不合格滤棒实现拦截，避免不合格品滤棒随合格滤棒一同流出。

Claims (6)

1.一种滤棒压降闭环自动控制***，能够与滤棒成型主机配套使用，滤棒成型主机含有按丝束行走路径依次设置的喂料辊、扩展辊、输出辊以及滤棒成型烟枪，另配有滤棒取样装置、压降测试台；其特征在于：

还有内置压降控制软件的控制器、伺服电机A、伺服电机B、伺服电机C；伺服电机A与喂料辊连接并能驱动其转动，伺服电机B与扩展辊连接并能驱动其转动，伺服电机C与输出辊连接并能驱动其转动；

滤棒取样装置能够从滤棒成型主机的出口抓取滤棒样品，送至压降检测仪器进行滤棒的压降数据检测；压降检测仪器通过信号线与控制器连接，并能够传递滤棒压降数据给控制器；控制器通过控制线与滤棒成型主机原含有的PLC连接，或者通过控制线直接与上述三个伺服电机分别连接，并能够分别对应控制喂料辊、扩展辊和输出辊的转速VA、VB、VC；

所述的压降控制软件，能够将测得的滤棒压降数值与产品标准值对比，获得差值∆P，接着通过内置的算法计算出输出辊的转速调整量∆VC，然后控制器根据调整量∆VC控制伺服电机C调整输出辊的转速为VC+∆VC。

2.一种滤棒压降闭环自动控制方法，其特征在于：采用权利要求1所述的滤棒压降闭环自动控制***，根据滤棒成型主机对三个辊的转速比VA：VB：VC要求变化的范围较小的限制，通过内置压降控制软件进一步分别计算出调整后的喂料辊、扩展辊的转速约为：

VA(1+∆VC/VC)、VB(1+∆VC/VC)，并据此在调整伺服电机C的转速的同时调整伺服电机A、伺服电机B各自的转速，丝束的填充速度和填充量调整到位，从而实现对滤棒压降指标的调节。

3.如权利要求2所述的滤棒压降闭环自动控制方法，其特征在于：滤棒取样装置根据软件内置的程序，每隔一个时间周期抓取一根滤棒样品送至压降检测仪器进行压降检测；待一定数量的样品检测后，再通过软件内置的压降C_PK值计算程序，获知该批样品的压降C_PK值，并通过与这个数据相关的软件程序计算确定伺服电机C的转速调整量和调整后的转速，进而分别调整伺服电机A、伺服电机B的转速；

其中，C_PK值采用下列公式计算：

C_PK= Min[ (USL- Mu)/3σ, (Mu - LSL)/3σ]。

4.如权利要求3所述的滤棒压降闭环自动控制方法，其特征在于：三个伺服电机的转速均调整到位后，控制器再次抓取检测并读取改善后的压降C_PK值，并继续进行计算反馈微调，如此周而复始，从而达到滤棒压降闭环自动精确控制的功能。

5.如权利要求1所述的滤棒压降闭环自动控制***，其特征在于：滤棒成型主机或本***还含有报警装置，报警装置与控制器连接；压降控制软件还具有控制图校验算法功能，能够实时分析***的状态，当发现上述调整不能有效控制滤棒压降时，控制器控制报警装置发出报警提示。

6.如权利要求1或5所述的滤棒压降闭环自动控制***，其特征在于：滤棒成型主机或本***另配置有不合格品滤棒的拦截执行机构，并连接和受制于控制器；压降控制软件预先输入了压降不合格品阀值，当压降不合格品滤棒的数量大于阀值时，控制器控制拦截执行机构对不合格滤棒实现拦截，避免不合格品滤棒流出。