基于多因素分析的烘丝机智能调控研究

烘丝过程中影响出口烟丝水分和温度的干扰因素较多,为了保障出口烟丝水分与温度的稳定性,首先基于烘丝过程的历史数据,采用相关性分析方法对影响因子进行筛选。其次,选取出口烟丝水分和出口烟丝温度为目标值,通过对各机器学习模型的对比分析选取了能够快速建模与预测的极限学习机(extreme learning machine,ELM)作为建模方法,以通过模型求解运算,得出预测值。最后,采用模拟退火(simulated annealing,SA)算法,实时优化热风风速和排潮风门开度的设定值,实现对出口烟丝水分和温度的预测和控制。实验结果表明,极限学习机模型的预测效果良好,预测当前出口水分的均方根误差为0.015,出口温度的均方根误差为0.638,误差较小,保障了烘丝机智能调控方法的调控精度。

筒式烘丝机的不同操作模式及影响因素分析

KLD-2Z型薄板筒式烘丝机是国内诸多卷烟厂在使用的干燥设备之一,生产过程中存在人为调控频繁的问题,每批次调节次数达近百次.为此,研究人员通过以娇子(五粮醇香)烟丝为对象结合判定指标试验出新的操作控制方法,并分析了烘丝机前、后馈控制及影响工艺指标的因素,本文就上述问题展开具体论述.

COMAS烘丝机整体改造与应用

浙江中烟工业有限责任公司下设两个生产基地,分别配备COMAS逆流式烘丝机和HAUNI顺流式烘丝机。为了克服烘丝机设备和叶丝干燥工艺差异、统一制丝生产工艺、实现不同产地产品的同质化,在对比分析了两种烘丝机工作原理和控制方式的基础上,对COMAS烘丝机进行了整体改造。内容包括:热风流向变为顺流式;风机增加变频调速功能,调节热风流量,减少能源消耗;采用HAUNI方式的热风温度与筒壁温度控制方式;在出料端安装负压传感器保持烘丝机进出风量平衡。改造后的COMAS烘丝机的热风流向、控制方式趋近于HAUNI顺流式烘丝机,各项工艺和物理指标均达到或优于改造前水平,烘丝冷却后含水率控制稳定,含水率偏差控制在0.18%以内,有效控制了干头干尾烟丝量,且减少了蒸汽消耗。

烘丝工艺参数对烘后叶丝质量影响的研究

通过正交试验较为系统地研究了工艺参数与烘后叶丝质量的关系,结果表明:在试验范围内,①各试验因素对烘后叶丝结构(整丝率和碎丝率)的影响较小,均未达到显著水平;排潮风门开度和热风温度对烘后叶丝填充值的影响稍显著;②蒸汽压力对烘后叶丝的香气、谐调、杂气和余味以及感官质量总分有重要影响;热风风门开度和排潮风门开度对烘后叶丝的谐调、杂气和余味以及感官质量总分有重要影响;热风温度对烘后叶丝的杂气也有较为显著影响。

解决烘丝机干头干尾的方法与实现

为解决薄板烘丝机在生产过程中存在干头干尾烟丝量偏大、出口烟丝含水率控制精度低等问题,利用PID控制技术对烘丝机干头干尾控制方式进行了改进。在烘前隧道式叶丝回潮机(HT)入口处增加自动补水装置并修改控制程序,增加料头工作温度自动修正环节并得出烘前来料含水率与工作温度之间的函数关系,在烘丝机出料端进行补偿加水以进一步减少不合格烟丝量。应用效果表明,改进后烘丝控制系统,有效降低了干头干尾量,干头量由原来的每批次27.50 kg降低到3.54 kg,干尾量由原来的21.90 kg降低到5.53 kg。批次干头干尾量平均值由70.00 kg降低到7.62 kg,叶丝出丝率由每批次的97.4%提高到98.7%,满足了卷烟生产的需求,改善了卷烟感官品质,减轻了操作人员的劳动强度。

管板式烘丝机工艺参数对卷烟香气的影响

以卷烟香气感官质量评分为指标,在单因素试验的基础上,运用四因素三水平的响应曲面分析法,研究卷烟生产过程中管板式烘丝机烘丝工艺参数对卷烟香气的影响。结果表明,筒壁温度、排潮开度、(烘丝筒)入口温度对卷烟香气影响显著,建立二次回归方程,模型显著且有效,最佳生产工艺为筒壁温度142℃,热风温度95℃,入口温度81℃,排潮开度50%,该条件下,卷烟香气感官质量评价得分最高。

滚筒烘丝机内烟丝滞留时间模型的建立及数值模拟

为深入研究滚筒烘丝机内部加工过程,提升卷烟产品品质,通过对烟丝在滚筒烘丝机内的运动过程进行分析,建立了滚筒烘丝机内烟丝滞留时间模型,并通过数值模拟分析了理论模型随各工艺参数的变化规律。结果表明:烟丝滞留时间随着滚筒转速、半径和倾角的增大而减小;与滚筒烘丝机的长度成正比关系;随着滚筒内介质风速的增大略有减小。各工艺参数对烟丝滞留时间的影响大小依次为倾角>半径>转速>长度>风速。通过试验验证了滚筒转速与烟丝滞留时间的变化规律,试验结果与数值模拟结果具有较好的一致性。该模型能够准确预测滚筒烘丝机内烟丝滞留时间,有助于加强烘丝过程控制,提高制丝加工品质。

薄板烘丝机旋转接头改进

薄板烘丝机在生产过程中出现了出口含水率波动较大的问题,不能满足出口含水率标准偏差≤0.17%的要求。经对烘丝机蒸汽管路和疏水管路分析,发现旋转接头密封磨损是出口含水率波动的主要原因。为此,将旋转接头的压紧螺母内径扩大并安装一个压紧弹簧,使密封填料一直处于压紧状态,使蒸汽不能进入回水管路。改进后出口含水率的标准偏差从0.26%下降到0.12%,滚筒蒸汽压力和回水温度波动明显减小,年节约蒸汽527 t,节约资金6.85万元。

微波干燥机在烟丝干燥中的应用

为解决HT和烘丝机在实际应用中存在的不足 ,补充HT的加温加湿功能 ,改善制丝质量 ,提高烟丝的膨胀效果 ,在制丝线中安装了微波干燥机。微波干燥前、后烟丝膨胀效果的对比表明 :利用微波干燥技术可以提高烟丝的填充值 ,而且对降焦也有一定效果。

基于内模原理的烘丝机PID控制器设计

烘丝机具有大的热惯性和滞后时间,其出口烟丝水分的含量直接影响成品烟的品质。在分析SH623烘丝机工艺过程的基础上,采用稳定热风温度、烘筒转速以及热风流量, 调节进入筒内热交换装置蒸汽压力的方法来控制烘丝机出口烟丝水分,用机理分析与实验研究相结合的方法建立了该控制系统的数学模型,基于内模控制原理设计了系统的PI,PID控制器。该控制器具有设计简单．跟踪调节性能好,鲁棒性等特点,数值仿真和现场试验均表明 PI控制器具有满意的控制效果。

烘丝机工艺参数对“干头干尾”烟丝含水率的影响研究

采用SPSS统计分析软件,回归分析了滚筒烘丝机"干头干尾"过程工艺参数对烟丝含水率的影响。结果表明:(1)"干头"烟丝含水率回归方程:Y=8.265+0.716X1+0.730X2+0.686X3+0.710X4-0.699X5;"干尾"烟丝含水率回归方程:Y=9.347+0.924X1+0.823X2-0.929X3,"干头"烟丝含水率与样品烟丝含水率、蒸汽流量、I区、II区筒壁温度、热风温度相关系数分别为:0.945,0.944,0.862,0.895,-0.928;"干尾"烟丝含水率与I区、II区筒壁温度、热风温度的相关系数分别为:0.859,0.757,-0.897。(2)"干头"烟丝含水率主要受蒸汽流量影响,"干尾"烟丝含水率主要受热风温度影响。(3)采用上述结果对HAUNI 6 000 kg/h烘丝机进行优化改进试验,"干头干尾"烟丝量降低了38.7%。可见,通过建立滚筒烘丝机"干头干尾"过程相关工艺参数对烟丝含水率影响的数学模型,可以为有效控制烘丝过程中"干头干尾"烟丝量、提高生产过程控制精度及烘丝工艺参数优化提供理论支撑。

实验型气流干燥机的应用评价

为减小卷烟产品研发成本,缩短研发周期,研制出实验型气流干燥机,并将其与500,5 000kg/h的HDT气流干燥机进行对比研究,以考察气流干燥机在卷烟产品生产中的尺寸放大效应。结果表明:实验型气流干燥机在固定气流速度时,气流温度与出口烟丝水分的关系可以用简化后的菲克第二定律的解析解方程来表达;气流干燥机设备尺寸越大,气流比越大,干燥气流温度越低,出口水分越稳定;为保持产品质量的一致,在应用实验型气流干燥机、500kg/h的HDT气流干燥机、5 000kg/h的HDT气流干燥机时气流温度应逐次降低。

两段式滚筒烘丝机干燥模式对烟丝致香物质的影响

为KLD-2Z两段式滚筒烘丝机控制模式的选择及关键工艺参数的优化提供科学依据,通过设置3种控制模式共计6个处理,研究两段式滚筒烘丝机干燥模式对烟丝致香物质的影响。结果表明:3种控制模式6个处理烟丝共检出主要致香物质有西柏烷类降解产物、芳香族氨基酸降解产物、美拉德反应产物、类胡萝卜素降解产物和叶绿素降解产物5个大类22种,致香物质总量为377.905~563.504μg/g,各致香物质含量除苯乙醛、糠醇和β-紫罗兰酮差异均不显著外,其余19种致香物质含量存在显著或不显著差异;经灰色关联分析,不同控制模式关联度为两区同温>前低后高>前高后低,致香物质综合含量为一二区筒壁温度均为140℃+热风温度为100℃(一段式控制模式)的致香物质综合含量最高,一区筒壁温度145℃+二区筒壁温度125℃+热风温度110℃(前高后低控制模式)其次,一区筒壁温度140℃+二区筒壁温度120℃+热风温度120℃(前高后低控制模式)最低。在一定范围内,较高的筒壁温度和较低热风温度有利于提高烟丝致香物质的含量。

优化滚筒烘丝机控制模式降低干头干尾量

针对HAUNI6500 kg/h KLD-2Z两段式滚筒烘丝机在生产过程中产生大量干头干尾烟丝的问题,对其运行状态和控制模式进行了分析,并对烘丝机现行两种加工模式(两区同温和前高后低)启动状态和收尾状态的控制模式进行了优化。优化后的运行结果表明,两段式滚筒烘丝机在两区同温控制模式下的平均干头干尾量下降43.46%;在筒壁温度前高后低控制模式下的平均干头干尾量下降41.47%。

烘丝水分控制参数优化研究

滚筒式烘丝机是制丝生产线中的关键设备,用来对叶丝或梗丝进行烘干处理,使其含水率到11%~14%,且将含水率精度控制在±0.5%以内,以满足卷烟工艺要求。研究结合通过优化干燥因子、蒸汽阀门PI控制器以及筒体转速参数,分析其烘丝机烘后烟丝水分控制的效果,旨在提高烘丝机烟丝水分控制效果,提高烟丝质量。

基于RBF-ARX模型的烘丝机出口含水率优化控制方法

烘丝机出口烟丝含水率采用PID算法以及前馈补偿等控制方案,各控制回路之间相对独立,协调性差,控制精度低,难以实现完全的闭环自动控制。采用RBF-ARX模型对烘丝过程动态特性进行建模,提出了一种基于模型预测的烘丝机出口含水率控制方法。根据生产过程及生产工艺模式,将烘丝过程分为干头、中间及干尾3个阶段分别采用基于模型的优化设定或预测控制方法进行控制,并综合考虑了筒温、排潮等工艺参数同时变化时对出口含水率的影响,以获得工艺参数的最佳配置。应用效果表明:①实现了烘丝过程的自动化控制,避免了在生产过程中人工干预。②头尾段出口含水率在设定值±0.5%内,中间段出口含水率在设定值±0.2%内且标准偏差≤0.10%,可快速抑制各种干扰引起的含水率波动。③头部干烟丝量小于来料流量的0.27%,尾部干烟丝量小于来料流量的0.28%,降低了烟丝浪费和造碎。基于模型预测控制方法能够获得比筒温和排潮独立调节模式更好的控制效果,满足了工业应用的要求。

随机森林和DE-ELM的烘丝机入口含水率预测

烘丝机入口含水率是影响烟丝质量与卷烟口感的关键因素。为实现其预测并为操作优化提供依据,提出了基于随机森林和DE-ELM的烘丝机入口含水率预测方法。首先通过随机森林基于平均精确度减少的排序方法筛选特征变量,然后采用差分进化优化的极限学习机(DE-ELM)建立筛选后特征变量与烘丝机入口含水率的关系模型,进而实现烘丝机入口含水率的预测。对比神经网络(BP-NN)、支持向量机(SVM)、普通极限学习机(ELM)及随机森林等方法在相同历史生产数据集上的预测结果,所提DE-ELM预测方法使烘丝机入口含水率的预测准确率稳定在95.87%,预测标准平均误差仅为0.128%,预测效果最佳。

烘丝工艺参数对叶丝弹性和填充值的影响

通过采集同牌号多批次叶丝弹性和填充值以及烘丝工序工艺参数等在线检测数据,研究了叶丝弹性与填充值间的关系以及烘丝工序工艺参数对两项指标的影响。结果表明:1叶丝填充值随着弹性升高呈现先升高后降低的变化规律;2烘丝机物料流量、HT工作蒸汽流量和排潮风门开度会同时影响叶丝弹性和填充值;烘丝工序物料流量是影响叶丝弹性批内、批间稳定性的关键参数,HT工作蒸汽流量则是影响叶丝填充值批内、批间稳定性的关键因素。

YG6801型烘丝机控制系统的改进

对YG6801型烘丝机原电控及管路系统存在问题进行了分析,采用现场总线等先进的控制模式对烘丝机原控制系统进行了改进,着重探讨了对出口含水率及出口烟丝温度的控制,并对管路系统的改进进行了论述。改进后提高了设备运行的可靠性,确保了烘丝机工艺参数的稳定,制丝质量也得到明显改善。

基于恒脱水量的HDT烘丝机烘丝模式的设计

为解决HDT烘丝机生产中存在的出口烟丝含水率波动大、工艺热风温度稳定性差等问题,提出一种基于恒脱水量的烘丝模式。出口和入口烟丝含水率采用级联方式共同调节烘丝流量,使烘丝机的实际脱水量与设定脱水量保持一致;当入口烟丝含水率波动时,系统根据含水率偏差调节入口电子秤的流量,使烘丝机的脱水量保持恒定,保证出口烟丝含水率稳定。以曲靖卷烟厂生产的"云烟(紫)"牌卷烟烟丝为对象进行测试,结果表明:改进后出口烟丝含水率标准偏差由0.25%降低到0.073%,工艺热风温度标准偏差由1.73℃降低到0.35℃,天然气消耗量由85.65 m^3/批次降低到79.34 m^3/批次,可节约生产成本25元/批次。该方法为提高出口烟丝含水率控制精度、降低能源消耗提供了技术支持。