卷煙制絲自動(dòng)加香系統(tǒng)誤差研究

張 喆

（陜西中煙有限責(zé)任公司旬陽卷煙廠，陜西安康 725700）

0 引言

加香是卷煙制絲的特殊工序，是控制卷煙吸味的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加香機(jī)系統(tǒng)誤差直接影響加香精度和均勻度，而加香精度和均勻度的優(yōu)劣直接影響卷煙內(nèi)在質(zhì)量。隨著煙草行業(yè)制絲自動(dòng)化水平逐年提升，制絲線加香、加料方式也在不斷優(yōu)化，從原來的人工手動(dòng)操作轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化控制系統(tǒng)，從控制加香比例到控制加香精度，從控制結(jié)果精度到控制過程精度[1]，從控制加香精度到控制系統(tǒng)誤差。這些變化主要基于設(shè)備水平的提升，作為測量反饋加料量的科里奧利質(zhì)量流量計(jì)便是決定加香系統(tǒng)誤差的關(guān)鍵設(shè)備。通過管路重設(shè)計(jì)、重新選定并安裝流量計(jì)、改PID 控制為模糊自適應(yīng)PID 控制等措施對加香系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)實(shí)際精度標(biāo)準(zhǔn)差變化判斷加香系統(tǒng)誤差的變化。

1 基本概念與原理

1.1 系統(tǒng)誤差的概念及特點(diǎn)

系統(tǒng)誤差是指由于儀器結(jié)構(gòu)不完善、儀器未校準(zhǔn)好、本身理論近似性等原因造成的誤差，是在重復(fù)性條件下，對同一被測量進(jìn)行無限多次測量所得結(jié)果的平均值與被測量的真值之差。它是與分析過程中某些固定的原因引起的一類誤差，具有重復(fù)性、單向性、可測性的特點(diǎn)。如果能找出產(chǎn)生誤差的原因，并設(shè)法測定出其大小，那么系統(tǒng)誤差可以通過校正的方法予以減少或消除。系統(tǒng)誤差是定量分析中誤差的主要來源[2]。

1.2 卷煙制絲自動(dòng)加香系統(tǒng)誤差計(jì)算公式

其中，Y 為實(shí)際精度，Q1為實(shí)際加料量，Q0為理論加料量（Q0=物料量×加料比例）。

1.3 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)工作原理

科里奧利質(zhì)量流量計(jì)本身是借助流體在振動(dòng)管內(nèi)流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生與液體質(zhì)量、流量成正比的科氏力（Fc）原理，即與液體在管道中某一質(zhì)點(diǎn)的流速υ 和該管道繞其垂直軸向的角速度ω 垂直的切向力。即Fc=-2m（υ×ω）。

2 卷煙制絲自動(dòng)加香系統(tǒng)系統(tǒng)誤差產(chǎn)生原因分析

在測量過程中，影響測量偏離真值的所有誤差因素中，只要是由確定性變化規(guī)律的因素造成的，都可以歸結(jié)為是系統(tǒng)誤差的原因，因此，系統(tǒng)誤差產(chǎn)生的原因從各種可能影響測量結(jié)果的要素中去尋找。

2.1 系統(tǒng)工藝流程

加香系統(tǒng)的工藝流程為：領(lǐng)料→吸料→預(yù)填充→定比施加→回吹→放料→退料。

加香系統(tǒng)控制過程如圖1 所示。其中，設(shè)定值表示設(shè)定加香（料）比例（%）；在物料流量采集單元，電子皮帶秤物料瞬時(shí)流量（kg）；e 表示電子皮帶秤物料瞬時(shí)流量乘以設(shè)定加香（料）比例與實(shí)際加香（料）量的差；在PID 調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)，加香（料）采取PID控制器調(diào)節(jié)；速度度控制器采用變頻調(diào)速或伺服控制器調(diào)速；在齒輪泵處控制加香（料）輸出；流量計(jì)反饋值表示加香（料）輸出實(shí)際流量；料液輸出代表管路、噴嘴霧化噴出。

圖1 加香系統(tǒng)控制過程

加香系統(tǒng)中主要的測量設(shè)備有3 類：①定比施加檢測控制流量計(jì)；②領(lǐng)、退料計(jì)量秤；③電子皮帶秤。

2.2 系統(tǒng)誤差的原因分析

在工藝流程的每個(gè)環(huán)節(jié)都存在可能影響測量結(jié)果造成系統(tǒng)誤差的因素?？刂葡到y(tǒng)包含了裝置、方法、環(huán)境和人員四大因素，是直接影響加香系統(tǒng)之系統(tǒng)誤差關(guān)鍵環(huán)節(jié)。所以，可以從以下5個(gè)方面采取措施改進(jìn)加香系統(tǒng)、控制系統(tǒng)誤差：①控制方法；②流量計(jì)；③管道預(yù)填充；④回吹；⑤領(lǐng)、退料計(jì)量。

3 卷煙制絲自動(dòng)加香系統(tǒng)減少系統(tǒng)誤差的方法

（1）降低科里奧利質(zhì)量流量計(jì)測量誤差：①加香系統(tǒng)加香比例是加料比例的幾分之一，必須選定1.5 級以上的流量計(jì)用于加香系統(tǒng)；②科里奧利質(zhì)量流量計(jì)屬高精密儀器搬運(yùn)過程不能受任何撞擊；③保證安裝質(zhì)量：流量計(jì)橫平豎直，且讓流量計(jì)和管路連接不受三維空間的任何應(yīng)力；④電氣連接免受高電壓沖擊，特別防止靜電。

（2）加香控制：①采取PID 調(diào)節(jié)不能滿足料頭料尾大比率的變化，應(yīng)采用模糊自適應(yīng)PID 調(diào)節(jié)[3-4]，通過偏差變化率的模糊控制進(jìn)行在線實(shí)時(shí)補(bǔ)償；②穩(wěn)定加香電子皮帶秤瞬時(shí)流量，保證加香電子皮帶秤計(jì)量精度符合要求，保證批次內(nèi)不斷料。

（3）保證定比施加前預(yù)填充填滿整個(gè)管路系統(tǒng)，無泄漏，流量計(jì)無逆流。

（4）回吹徹底：①生產(chǎn)前吸料、生產(chǎn)后回吹徹底，保證管路、過濾器無掛壁、無沉積料液；②噴料嘴距離碰料控制閥距離不超過20 mm。

（5）計(jì)量準(zhǔn)確：①送料容器毛重、凈重計(jì)量準(zhǔn)確；②料液完全吸凈后對比皮重，避免送料容器殘留料液；③從加料罐放出剩余料液，保證放凈，不能有殘留料液殘存在管路、加料罐，并準(zhǔn)確用送料時(shí)的秤稱量。

4 結(jié)果分析方法

提取加香系統(tǒng)優(yōu)化前（2018 年3 月）和優(yōu)化后（2018 年11月）的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，采用計(jì)算數(shù)據(jù)比較法檢驗(yàn)，對加香機(jī)優(yōu)化實(shí)施前后系統(tǒng)誤差進(jìn)行比較。

首先根據(jù)公式計(jì)算實(shí)際精度，再計(jì)算實(shí)際精度的均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)差。

對同一量值在測量條件不同、測量次數(shù)也不同的情況下進(jìn)行兩組（或多組）測量。設(shè)測量次數(shù)分別為n1和n2次，得兩組算術(shù)平均值。其算術(shù)平均值的實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)差分別為。

5 研究結(jié)果

實(shí)施前記錄數(shù)據(jù)和實(shí)施后記錄數(shù)據(jù)見表1 和表2。

表1 2018 年3 月加香系統(tǒng)數(shù)據(jù)

優(yōu)化措施實(shí)施前后記錄數(shù)據(jù)結(jié)果比較見表3、圖2。

由以上數(shù)據(jù)比較可知，采取減少系統(tǒng)誤差的優(yōu)化措施后，優(yōu)化效果明顯。

表3 優(yōu)化措施實(shí)施前后系統(tǒng)誤差比較

圖2 優(yōu)化前后實(shí)際精度對比

6 總結(jié)

從加香系統(tǒng)誤差入手，綜合分析了誤差產(chǎn)生的原因，闡明了減少和消除系統(tǒng)誤差的方法，使加香實(shí)際精度明顯得以改觀，為產(chǎn)品質(zhì)量提升、消除制造不良提出了切實(shí)可行的改進(jìn)思路。