一种控制小批量烟叶流量的皮带秤

一种控制小批量烟叶流量的皮带秤

冉宝新

河北白沙烟草有限责任公司 河北省石家庄市 052165

一、背景技术

中式卷烟具有独特的香气风格和口味特征，其卷烟配方和加香加料是中式卷烟的核心技术之一，加香加料的均匀性直接影响到卷烟的感官质量。分组加工技术对小批量烟叶加香加料精度的控制提出了更高要求。

电子皮带秤输送机和电子秤PC控制柜或控制箱配套组成电子皮带秤，它是一种动态称重装置，在制丝线及打叶复烤线中广泛用于烟丝、烟叶、叶片、烟梗等各种烟草物料的流量控制，累计重量的显示及不同物料的配比控制。

SJ13C型加料机是制丝线中的主要设备，其功能是给烟片、梗丝加料，用来改善物料吸味，满足增香、保润、防霉等各种要求。同时对物料进行加温、加湿处理。

物料由振动输送机送入筒体内，依靠自重及筒体3.5°倾角，随着筒体旋转向出料端移动。料液和水通过控制管路，在蒸汽的引射下，由进、出料端喷射进筒体内的物料上，对物料加料和增湿，蒸汽通过蒸汽喷头喷射进筒体内，提高物料温度。热风系统从进料端向筒体内吹热风，提高物料温度，同时起到减少筒体粘料的目的。装在出料罩上的排潮风机，不断从筒内抽走少量的空气，使筒内形成负压，以免雾化的料液及蒸汽外溢。

系统组成：由电子皮带秤、滚筒、加料系统组成，烟叶经电子皮带秤控制烟叶流量以达到稳定的恒流量，加料系统根据电子皮带秤的流量以一定比例均匀施加料液，料液和烟叶在滚筒内搅拌均匀，达到均匀加料的工艺目的。

电子皮带秤输送机和电子秤PC控制柜或控制箱配套组成电子皮带秤，它是一种动态称重装置，在制丝线及打叶复烤线中广泛用于烟丝、烟叶、叶片、烟梗等各种烟草物料的流量控制，累计重量的显示及不同物料的配比控制。

SJ13C型加料机是制丝线中的主要设备，其功能是给烟片、梗丝加料，用来改善物料吸味，满足增香、保润、防霉等各种要求。同时对物料进行加温、加湿处理。

物料由振动输送机送入筒体内，依靠自重及筒体3.5°倾角，随着筒体旋转向出料端移动。料液和水通过控制管路，在蒸汽的引射下，由进、出料端喷射进筒体内的物料上，对物料加料和增湿，蒸汽通过蒸汽喷头喷射进筒体内，提高物料温度。热风系统从进料端向筒体内吹热风，提高物料温度，同时起到减少筒体粘料的目的。装在出料罩上的排潮风机，不断从筒内抽走少量的空气，使筒内形成负压，以免雾化的料液及蒸汽外溢。

存在问题：石家庄卷烟厂为了满足工艺要求，进行分组加工，即对片烟段投产的物料按照组分进行加工。分组加工模式，一个品牌每批次按烟叶等级分为A组和B组， B组为小批量的烟叶（一般在1600公斤左右），其加料精度便难以满足要求，更直接影响烟叶生产质量。

二、目的

如何提高加料精度满足工艺要求提升内在品质是分组加工工艺的一个技术难题。为此，通过对影响小批量烟叶加香加料精度的相关因素进行分析研究，特设计了适合小批量加工精度控制的提出了烟叶动态流量控制和加料PID分段控制模型，以提高小批量烟叶加料精度。

三、技术方案

1、加料精度理论分析

加料精度是 实际加料量与理论加料量的偏差 除以 理论加料量 再换算成百分数的形式。 在生产过程中，实际加料量就是设备流量计显示的加料累积量，而理论加料量就是皮带秤的物料累积量与加料比例的乘积。加香加料设备在计算精度时，均以以下公式为依据：

其中：       ——实际加料累计量

　　　　　   ——理论加料累计量， 

= q•p (q为物料累计量， p为设定加料比例)

从上式（1-1）中可以看出流量计中的实际加料累积量和皮带秤中的物料累积量是计算精度的关键参数和指标。累积量采用先滤波后积分的分时累积法，按固定时间间隔采集瞬时值，再把瞬时流量值进行加权平均发进行滤波，利用积分计算累积量，控制加料的瞬时精度至关重要，以保证加料的均匀性。

2、影响加料精度的原因分析

由于单等级小批量物料加料工艺过程中，料头料尾的比重占到了整个批次加料工艺过程的四分之一左右，且同等级烟叶连续生产时还会出现两个料头料尾的问题，从而很难实现加料精度的准确控制。

　　传统PID控制对于时变的、非线性的过程控制很难起到实时控制的作用，而加料过程中对于料头料尾的控制就是基于一种时变的、非线性的过程控制。在加料过程中，料头料尾的控制对精度值产生了很大的影响。当物料流量产生波动时，加料量随着PID控制相应作出波动控制，然而PID控制具有滞后性和超调性，在波动过程中势必影响加料量的准确性，从而在实时计算精度时，必会对精度值产生一定的影响。尤其是在料头料尾时段，来料的变化使瞬时流量变化巨大，由于加料跟踪调节的滞后性，势必影响加料的瞬时精度偏差。如果出现断料情况，更会出现类似多次料头料尾情况，将会对精度的控制造成更大的影响。

3、解决方案及实施

　1）烟叶来料控制

烟叶根据料头流量实际变化的情况,将原程序中传统的固定设定流量改为动态流量控制，根据来料的多少设定流量目标值，在物料开始阶段采用设定流量从0-6000公斤/小时渐进式的变化值，在控制效果上，理论瞬时流量和实际瞬时流量相符，偏差较小，避免了流量的巨幅波动，

当瞬时流量超过工艺要求的固定设定流量时开始调用程序中自动流量控制,使料头流量波动变小。避免皮带秤在控制料头流量时出现的超调和滞后。从而导致加料精度偏差大。

通过中控室趋势图，可以看出改造前与改造后料头流量变化幅度的对比。

来料流量稳定了，加料的设定流量变化幅度就小了，结果就是实际料流量较改进前稳定。

2）PID参数分段控制优化

通过分析可知分组加工小批量烟叶精度难以控制的关键原因在于物料流量变化大时（如料头料尾）控制精度差。利用传统的一套PID参数控制瞬时流量波动较大的加料过程，很难实现精度的快速控制和跟踪，尤其是在料头料尾过程中精度跟踪超调的情况很明显，超调也相当大，从而导致了加料精度低。

　单一的PID在料头料尾时跟踪出现了问题而在稳态时跟踪却很好，反映了此PID参数不适合料头料尾的控制。当修改PID参数后，料头料尾的跟踪起到了很大的改善，但进入稳态时，加料精度却产生了较大的偏差，因此对物料较大变化和稳态情况需采用不同的PID参数控制，即分段PID精度控制。

加料的理论设定值是物料流量乘以加料系数得到，因此，理论加料量实时反映了物料流量变化情况，根据其变化情况进行PID参数分段控制，即：

∣W1－W0∣÷W1≤2%　    为A阶段　

2%≤∣W1－W0∣÷W1≤5%　 为B阶段

5%≤∣W1－W0∣÷W1≤10%　 为B阶段

∣W1－W0∣÷W1≥10%　    为C阶段

W1－计算得出的理论加料量设定值，W0－实际加料瞬时流量值

整个加料过程中PID参数随着物料变化和不停计算,每个阶段对应一套PID参数经验值，对物料流量的变化快速跟踪，进行加料精度实时精准控制，极大地提高了加料的均匀性。

四、有益效果

通过将本发明方法应用到叶片加料控制过程中，较大的提高了叶片加料精度，将原有的±0.8%的精度很好的控制在±0.2%之内。不仅保证了批次加工的精度达标，同时又控制了料头料尾的精度波动问题，使加料的均匀性控制得到了很大的改善。