打叶风分智能追踪控制方法技术

本发明专利技术涉及烟草行业用于打叶复烤生产线的打叶风分智能追踪控制方法。通过将特殊设计的空气流体推力传感器内置于风分仓内，直接检测风分仓内风分烟叶的空气流体推力，将其电信号反馈给打叶风分控制系统，通过在系统内增加的PID控制器或者PID控制功能模块对检测值、经验修正量(前馈)和操作者对风分工艺质量的设定值进行比较、运算后，形成风分风机控制变频器的频率数据并及时自动调整变频器参数，实现对风分仓风速的闭环控制，达到稳定控制风分仓风速，解决风分生产系统产品质量波动以及风分效率不高等问题。该方法具有与风分仓内外空气压差无关的特性，实时智能追踪风分设备运行状况与打叶操作者预设的指标间的偏差并调控到最佳值的优点。

【技术实现步骤摘要】
打叶风分智能追踪控制方法
本专利技术涉及烟草行业用于打叶复烤生产线的打叶风分智能追踪控制方法。采用空气流体推力传感器组成并设计成的空气流体推力检测追踪控制系统，直接检测风分仓内作用在烟叶物料上的空气推力，通过对风分仓风量控制实现对风分仓风速的闭环控制，达到提高和稳定打叶风分质量，减少不必要的重复打叶形成的烟叶造碎损失。该方法实时智能追踪设备运行状况与打叶操作者预设的指标间的偏差并调控到最佳值，使生产线上每一台风分仓都能工作在最佳的风力分选状态，将行业烟叶风分生产力水平提升到智能追踪控制的水平，提高烟叶复烤企业的经济效益。
技术介绍
在研究打叶风分智能追踪控制方法过程中，如何进行有效可靠的空气流体对风选物料的作用力检测是一个关键环节和难点问题。简单的检测风速并不能反映烟叶的风分效果，只有及时、准确、可靠及有效地检测风分仓内气流对烟叶的分选作用力，才能为打叶风分智能追踪控制系统提供控制目标，进而达到对风分仓风力进行智能控制的最终目标。迄今为止，由于国内外还没有类似的直接检测流体对物料推力的检测系统，尚无解决对风分生产的系统的智能闭环控制难题的有效方法，以致烟叶复烤企业都只能被动地接受着每年度停机或者检修时，才可能通过测量风分器循环风管内的风速间接地测量风分仓风速一两次的现实(图3)，然而这种测量对日后的生产操控毫无意义，因为这种偶尔、临时的风速测量只能反映测量时风分仓风速是否在容许范围内，而不具有对之后长期生产中经常变动的物流及相关工况进行实际操作指导或控制的作用与能力。现在对风分生产的主流研究方向仅为对风分仓或其风力管路风速的检测，主要的风速检测方法有以下几种：1.热式风速仪是用来测量气流速度的仪表，因其测量准确度高、使用方便、测量范围宽、灵敏度高而被广泛应用。热式风速仪是采用量热式原理测量风速的，主要由风速探头及测量指示仪表两部分组成。就结构有热球式和热线式，就显示形式有指针式、数字式等各种不同类型，但按照工作原理只有两种，即恒流式和恒温式。恒流式是给风速敏感元件一恒定电流，加热至一定温度后，其随气流变化被冷却的程度为风速的函数。恒温式是给风速敏感元件电流可调，在不同风速下使处于不同热平衡状态的风速敏感元件的工作温度基本维持不便，即阻值基本恒定，该敏感元件所消耗的功率为风速的函数。2.恒流式风速仪的工作原理：风速探头是一敏感部件，当一恒定电流通过其加热线圈时，其敏感部件内，温度升高并于静止空气中达到一定数值。此时，其内测量元件热电偶产生相应的热电势，并被传送到测量指示系统，此热电势与电路中产生之基准反电势相互抵消，使输出信号为零，仪表指针也能相应指于零点或显示零值。若风速探头端部的热敏感部件暴露于外部空气流中时，由于进行热交换，此时将引起热电偶热电势变化，并与基准反电势比较后产生微弱差值信号，此信号被测量仪表系统放大并推动电表指针变化从而指示当前风速或经过单片机处理后通过显示屏显示当前风速数值。3.恒温风速仪则是利用反馈电路使风速敏感元件的温度和电阻保持恒定。当风速变化时热敏感元件温度发生变化，电阻也随之变化，从而造成热敏感元件两端电压发生变化，此时反馈电路发挥作用，使流过热敏感元件的电流发生相应的变化，而使系统恢复平衡。上述过程是瞬时发生的，所以速度的增加就好像是电桥输出电压的增加，而速度的降低也等于是电桥输出电压的降低。4.风杯电涡流式传感器：风杯的转轴为金属齿转盘，感应头由线圈组成。线圈通以高频交流电流，线圈周围产生交变磁通，它通过金属齿形成闭路，金属齿便产生涡流，金属齿除了散热外还产生交变磁通，导致方向相反的交变磁通叠加使线圈的电感量减小而且引起阻抗的变化。当转轴转动时，引起线圈磁通的变化便输出连续的脉冲信号，对脉冲信号进行计数，便可算出转轴转速。5.压差式风速仪：压差式是流体力学中测量流速的经典方法，主要依靠皮托管和压差计测量出动压，再根据伯努力方程算出流速。此方法优点是检出限低，灵敏度高，但对流场均匀性要求较高，在环境中测量时容易因为流场不均匀而测不准。由于现有诸多风速仪的原理和结构不适用于在夹带有烟叶物料的环境中进行风速测量，以上几种风速检测手段和方式仅仅能够检测风分仓空载时的风速，而不能适用于对风分仓带料生产过程的风速检测，即便可以置于风分器的循环风管内间接测量风管风速，也因不能真实地测量到风分仓内物料受电压、气温、气压以及仓内空气密度和物料密度变化对风分效果的直接影响，更不能及时、准确地换算成风分仓内烟叶受到流体风选作用力，所以，采用现有风速仪或者现有的风速测量方法，都无法实现或满足风分效果跟踪的精度和稳定性要求，因而无法被应用于烟叶打叶风分闭环控制系统。在打叶复烤生产领域长期的烟叶生产实践活动中，曾经有针对风分仓内外压力差进行风分效果自动或智能控制的研究、以及提高烟叶风分质量、效果实用技术的研究，但由于通常都未能获得能够感知烟叶在风分仓内受力(或风速)数据的传感器——空气流体推力传感器，因而最终无法实现对烟叶风分生产的风分风力闭环控制的预期目的和效果，是长期以来制约打叶风分效果的主要因素，也是长期困扰着烟叶复烤企业(生产管理者)与其设备制造商的一个技术关键和难点问题。该难题至今一直没有得以解决，已经成为打叶复烤企业和卷烟工业客户主要的关注焦点。
技术实现思路
本专利技术的目的正是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种全新的打叶风分智能追踪控制系统，该系统使用了空气流体推力传感器作为关键检测元件，不仅仅可以检测风速，而且可以排除风分仓箱体内、外空气压差变化等其他因素的影响，直接检测并模拟烟叶在风分仓内受到空气流体的作用力状况，输出模拟量或数字量数据，提供给打叶风分控制系统，对风分仓的风机控制变频器进行智能控制，从而实现风分效果和质量的智能精确控制，有效提高客户满意度。这项研究目前在国内外尚还没有类似的先例。本专利技术是通过如下技术方案来实现的：打叶风分智能追踪控制方法，通过将本专利技术设计的空气流体推力传感器内置于风分仓内，直接检测风分仓内空气气流对烟叶的风分推力，将其电信号反馈给打叶风分控制系统，通过系统对检测值、前馈经验修正量和操作者对风分工艺质量的设定值进行比较、运算后，形成风分风机控制变频器的频率数据并及时自动调整变频器参数，最终实现对风分仓风速的闭环控制(图1)，达到稳定控制风分仓风速，解决由电压波动、大气压力变化、环境温度变化或者风分器物料管路内局部堵料形成的风路不畅所致的风速变化等诸多因素造成的风分生产系统产品质量波动以及风分效率不高等问题；本专利技术的技术方案如下：1)、设置风分器空气流体推力检测系统，采用能与风分仓结构及烟叶打叶分选原理相匹配的空气流体推力传感器，并将该传感器安装在风分仓内适当位置(图2、图3)，检测风分仓内物料实际受到的风分气流的作用力，并将测量得到的风分仓内风力变化量以模拟量或者数字量电信号输出给后续的智能追踪控制系统(图4)；本系统空气流体推力传感器由推力感应装置、设置在推力感应装置上部的推力检测信号处理器、设在推力检测信号处理器顶部的壳体、罩在推力感应装置及推力检测信号处理器下部的防护网架四大部件构成；其结构为：推力感应装置由横向设置的推力感应板、垂直连接在推力感应板上并与推力检测信号处理器相连接的推力传递杆组成；推力检测信号处理器由设在下部的推力检本文档来自技高网...

【技术保护点】
打叶风分智能追踪控制方法，其特征是，通过将空气流体推力传感器内置于风分仓内，直接检测风分仓内空气气流对烟叶的风分推力，将其电信号反馈给打叶风分控制系统，通过系统对检测值、经验修正量和操作者对风分工艺质量的设定值进行比较、运算后，形成风分风机控制变频器的频率数据并及时自动调整变频器参数，最终实现对风分仓风速的闭环控制，达到稳定控制风分仓风速，解决由电压波动、大气压力变化、环境温度变化或者风分器物料管路内局部堵料形成的风路不畅所致的风速变化等诸多因素造成的风分生产系统产品质量波动以及风分效率不高等问题；该方法的核心内容如下：1)、设置风分器空气流体推力检测系统，采用能与风分仓结构及烟叶打叶分选原理相匹配的空气流体推力传感器(6)，并将该传感器安装在风分仓(1)内适当位置，检测风分仓内物料实际受到的风分气流的作用力，并将测量得到的风分仓内风力变化量以模拟量或者数字量电信号输出给后续的智能追踪控制系统；空气流体推力传感器(6)由推力感应装置(1)、设置在推力感应装置(1)上部的推力检测信号处理器(2)、设在推力检测信号处理器(2)顶部的壳体(3)、罩在推力感应装置(1)及推力检测信号处理器(2)下部的防护网架(4)四大部件构成；其结构为：推力感应装置(1)由横向设置的推力感应板(1a)、垂直连接在推力感应板(1a)上并与推力检测信号处理器(2)相连接的推力传递杆(1b)组成；推力检测信号处理器2由设在下部的推力检测体(2a)、中部的信号放大电路(2b)、上部的ADC模数转换器(2c)等电器组件组成；壳体(3)由容器形封装外壳(3a)和安装连接部件(3b)组成；防护网架(4)由上部的盆形防护骨架(4a)和底部的防护网罩(4c)组成，空气流体推力传感器采用绝缘电缆输出电信号。2)、设置打叶风分智能追踪控制模型：为风分智能追踪与控制的闭环控制模型，算法采用自适应PID控制模式；3)、设置打叶风分智能追踪控制支系统：为在原有生产线控制主系统中增加的实现风分仓风分风力智能追踪控制功能的支系统，分别包括用于实现闭环控制的PID控制器或者打叶风分智能控制程序参数调整模块、PID控制器或者打叶段控制PLC模拟量模块、打叶段风机控制变频器；根据模型在打叶风分生产线主控制系统中增加数据采集，调整相应的控制程序中的PID参数。...

【技术特征摘要】
1.打叶风分智能追踪控制方法，其特征是，通过将空气流体推力传感器内置于风分仓内，直接检测风分仓内空气气流对烟叶的风分推力，将其电信号反馈给打叶风分控制系统，通过系统对检测值、前馈经验修正量和操作者对风分工艺质量的设定值进行比较、运算后，形成风分风机控制变频器的频率数据并及时自动调整变频器参数，最终实现对风分仓风速的闭环控制，达到稳定控制风分仓风速，解决由电压波动、大气压力变化、环境温度变化或者风分器内局部堵料形成的风路不畅所致的风速变化四方面因素造成的风分生产系统产品质量波动以及风分效率不高的问题；该方法的核心内容如下:1)、设置风分器空气流体推力检测系统，采用能与风分仓结构及烟叶打叶分选原理相匹配的空气流体推力传感器(6)，并将该传感器安装在风分仓(1)内适当位置，检测风分仓内物料实际受到的风分气流的作用力，并将测量得到的风分仓内风力变化量以模拟量或者数字量电信号输出给后续的智能追踪控制系统；空气流体推力传感器(6)由推力感应装置(6.3)、设置在推力感应装置(6.3)上部的推力检测信号处理器(6.6)、设在推力检测信号处理器(6.6)顶部的壳体(6.5)、罩在推力感应装置(6.3)及推力检测信号处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈延宁，付伟涛，李家发，陈卓，秦家文，王韩辉，周林，彭马留，杨勇，刘洪瀑，王献友，高攀，田静，孟昭文，薛源玥，尤祥宇，范茂青，
申请(专利权)人：云南烟叶复烤有限责任公司师宗复烤厂，
类型：发明
国别省市：云南;53