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CN113003148A - 一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法 - Google Patents

一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法 Download PDF

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CN113003148A
CN113003148A CN202110203119.9A CN202110203119A CN113003148A CN 113003148 A CN113003148 A CN 113003148A CN 202110203119 A CN202110203119 A CN 202110203119A CN 113003148 A CN113003148 A CN 113003148A
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CN
China
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mass flow
tobacco material
tobacco
laser scanning
density
Prior art date
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Pending
Application number
CN202110203119.9A
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English (en)
Inventor
李斌
李嘉康
鲁端峰
张大波
孔臻
王乐
邓国栋
王兵
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Original Assignee
Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to CN202110203119.9A priority Critical patent/CN113003148A/zh
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  • Fluid Mechanics (AREA)
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Abstract

一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其特征在于，其方法通过激光扫描获取烟草物料的实时高度信息，通过时间维度上的积分，获得瞬时体积流量；通过离线标定烟草物料的不同堆放高度下的密度拟合图线，获取瞬时质量流量；通过PID控制，瞬时质量流量与恒定质量流量的差值作为脉冲信号，对皮带电机控制，达到单位时间下的质量流量的稳定。

Description

一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法
技术领域
本发明涉及烟草加工技术领域，尤其是一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法。
背景技术
在烟草行业中，许多不同的加工生产工序下，均涉及到不同流量下的烟草物料的输送、掺配、加香加料过程。而此过程中，烟草物料的流量检测和流量控制影响了生产稳定性和产品质量稳定性。现行的技术中，各个生产企业均使用，数控喂料机和皮带秤相结合的方式，在烟草物料落在拨滚转向装置前控制物料质量流量。
然而，物料真正落在皮带后，形成的不同空间分布状态已经影响到了烟草物料的均匀性，随机性太强，离散度过高会严重影响后续加香加料过程，以及和其他烟草物料掺配过程。
发明内容
为克服现有的缺陷，本发明提出了一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法。
一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其方法通过激光扫描获取烟草物料的实时高度信息，通过时间维度上的积分，获得瞬时体积流量；通过离线标定烟草物料的不同堆放高度下的密度拟合图线，获取瞬时质量流量；通过PID控制，瞬时质量流量与恒定质量流量的差值作为脉冲信号，对皮带电机控制，达到单位时间下的质量流量的稳定，所述方法的步骤为
1.获取烟草物料体积流量信息；
2.烟草物料离线密度拟合；
3.获取烟草物料质量流量信息；
4.控制烟草物料质量流量。
其中，通过方程式获取烟草物料流量信息，
Figure BDA0002948025580000021
式中，Vall为取样时间段内物料体积，v为物料运行速度，T为取样时间，i为第i条扫描线，α为扫描角度范围，αp为角度分辨率，Li为第i条扫描线长度，L′i为第i条扫描线基线长度。长度(由空载情况下激光传感器获取)。
通过激光器对物料的采集时间T扫描获得一个当前流量状态信息，通过与不同堆积高度下烟草物料的密度拟合曲线结合，获得取样时间内的质量流量。
其中，烟草物料离线密度拟合，通过方程式获取任意高度下的烟草物料密度，
Figure BDA0002948025580000022
式中，当高度x小于某个值xm后，其密度不再发生变化，稳定值为m，当高度x大于某个值xn后，其密度不再发生变化，稳定值为n，当高度x大于xm小于xn时，
Figure BDA0002948025580000023
不同高度的烟草物料堆积下，其密度会变化，因此，离线状态下测得多个不同高度下对应的密度值，通过最小二乘拟合函数的方法，得到任意高度下的烟草物料密度。
其中，通过步骤1烟草物料流量信息和步骤2烟草物料密度通过公式得到质量流量，
Figure BDA0002948025580000024
式中，M为步骤1中取样时间内的质量流量，Vall为步骤1中取样时间内的体积流量，i为取样时间内取样的数量。
其中，由步骤3获得的单位取样时间下的质量流量，与实际生产所需皮带秤上的恒定质量流量对比，差值作为脉冲送入PID控制器，通过PLC控制电机转速改变烟草物料质量流量状态。
本专利提出一种基于激光扫描的皮带上烟草物料输送质量流量的测控方法，通过激光扫描获取烟草物料的实时高度信息，通过时间维度上的积分，获得瞬时体积流量；通过离线标定烟草物料的不同堆放高度下的密度拟合图线，获取瞬时质量流量；通过PID控制，瞬时质量流量与恒定质量流量的差值作为脉冲信号，对皮带电机控制，达到单位时间下的质量流量的稳定。
附图说明
图1为测控方法流程示意图。
图2为基于激光扫描的烟草物料质量流量测控设备装置示意图。
图3为实施例中不同烟丝堆积高度的密度分布图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法进行详细描述。
如图1所示，一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其方法通过激光扫描获取烟草物料的实时高度信息，通过时间维度上的积分，获得瞬时体积流量；通过离线标定烟草物料的不同堆放高度下的密度拟合图线，获取瞬时质量流量；通过PID控制，瞬时质量流量与恒定质量流量的差值作为脉冲信号，对皮带电机控制，达到单位时间下的质量流量的稳定，所述方法的步骤为
1.获取烟草物料体积流量信息；
2.烟草物料离线密度拟合；
3.获取烟草物料质量流量信息；
4.控制烟草物料质量流量。
通过方程式获取烟草物料流量信息，
Figure BDA0002948025580000041
式中，Vall为取样时间段内物料体积，v为物料运行速度，T为取样时间，i为第i条扫描线，α为扫描角度范围，αp为角度分辨率，Li为第i条扫描线长度，L′i为第i条扫描线基线长度。
烟草物料离线密度拟合，通过方程式获取任意高度下的烟草物料密度，
Figure BDA0002948025580000042
式中，当高度x小于某个值xm后，其密度不再发生变化，稳定值为m，当高度x大于某个值xn后，其密度不再发生变化，稳定值为n，当高度x大于xm小于xn时，
Figure BDA0002948025580000043
通过步骤1烟草物料流量信息和步骤2烟草物料密度通过公式得到质量流量，
Figure BDA0002948025580000044
式中，M为步骤1中取样时间内的质量流量，Vall为步骤1中取样时间内的体积流量，i为取样时间内取样的数量。
由步骤3获得的单位取样时间下的质量流量，与实际生产所需皮带秤上的恒定质量流量对比，差值作为脉冲送入PID控制器，通过PLC控制电机转速改变烟草物料质量流量状态
图2示出，一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控设备包括线性激光扫描器2，电机变频器7，信息采集卡6，可编程控制器，信息处理计算机5，和变频电机。线性激光扫描器用于采集物料1轮廓信息(即高度信息)；电机变频器7用于控制步进电机，同时将瞬时电机转速信息送入信息采集卡6中；信息采集卡6用于采集速度信号，激光扫描器高度信号，并将原始信息送入信息处理计算机5中进行后续处理；信息处理计算机5用于对采集的信息进行数据处理获取烟草物料表面轮廓以及瞬时质量流量，对可编程控制器发送信号；可编程控制器得到计算机的质量流量信号，通过可编程控制器对电机变频器7发送不同脉冲信号进而控制电机转速从而控制皮带转速使落料稳定。
在一个实施过程中，选取传送带4长度约为20m，宽度0.9m，高度0.4m。将变频电机的频率设置为10Hz，测取皮带传送速度大约为0.6m/s。将线性激光扫描器2放置于传送带正中央上方约1.2m，频率设置为25Hz，扫描角度为70°-110°，角度分辨率为0.25°。使用者可根据设备参数自行调整至合理值。
1.获取烟草物料体积流量信息
在传送带稳态运动的过程中，由公式
Figure BDA0002948025580000051
获得取样时间内的总体积，可以得到单位取样时间下的体积流量。
2.烟草物料离线密度拟合
如图3所示，离线状态下求出不同高度等级下烟草物料的密度，通过公式
Figure BDA0002948025580000052
求得密度拟合曲线：
Figure BDA0002948025580000053
单位为kg/m3。
3.获取烟草物料质量流量信息
根据公式
Figure BDA0002948025580000054
将不同的采样高度值代入步骤2中所拟合得到的函数，求出不同位置处的烟草物料密度，求得均值便得出单位取样时间下的质量流量。
4.控制烟草物料质量流量
获取质量流量后，与实际生产所需的，即皮带秤上的恒定质量流量对比，差值作为脉冲送入PID控制器，通过PLC控制电机转速改变烟草物料质量流量状态。
根据图1的流程图所示，编码可编程控制器，对PID进行调教至合理参数即可。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (5)

1.一种基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其特征在于，其方法通过激光扫描获取烟草物料的实时高度信息，通过时间维度上的积分，获得瞬时体积流量；通过离线标定烟草物料的不同堆放高度下的密度拟合图线，获取瞬时质量流量；通过PID控制，瞬时质量流量与恒定质量流量的差值作为脉冲信号，对皮带电机控制，达到单位时间下的质量流量的稳定，所述方法的步骤为
1.获取烟草物料体积流量信息；
2.烟草物料离线密度拟合；
3.获取烟草物料质量流量信息；
4.控制烟草物料质量流量。
2.根据权利要求1所述的基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其特征在于，通过方程式获取烟草物料流量信息，
Figure FDA0002948025570000011
式中，Vall为取样时间段内物料体积，v为物料运行速度，T为取样时间，i为第i条扫描线，α为扫描角度范围，αp为角度分辨率，Li为第i条扫描线长度，L′i为第i条扫描线基线长度。
3.根据权利要求1所述的基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其特征在于，所述烟草物料离线密度拟合，通过方程式获取任意高度下的烟草物料密度，
Figure FDA0002948025570000012
式中，当高度x小于某个值xm后，其密度不再发生变化，稳定值为m，当高度x大于某个值xn后，其密度不再发生变化，稳定值为n，当高度x大于xm小于xn时，
Figure FDA0002948025570000021
4.根据权利要求1所述的基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其特征在于，通过步骤1烟草物料流量信息和步骤2烟草物料密度通过公式得到质量流量，
Figure FDA0002948025570000022
式中，M为步骤1中取样时间内的质量流量，Vall为步骤1中取样时间内的体积流量，i为取样时间内取样的数量。
5.根据权利要求1所述的基于激光扫描的烟草物料质量流量的测控方法，其特征在于，由步骤3获得的单位取样时间下的质量流量，与实际生产所需皮带秤上的恒定质量流量对比，差值作为脉冲送入PID控制器，通过PLC控制电机转速改变烟草物料质量流量状态。
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