本發(fā)明屬于煙草制絲生產工藝檢測技術領域，具體涉及一種儲柜內煙絲填充值均值測量方法。
背景技術：
在煙草制絲生產中，煙絲填充值是制絲加工質量的重要物理指標，它是指單位重量的煙絲在一定壓力下，經過一定時間后保持的體積，以比容來表示，單位是cm3/g。煙絲的填充能力與煙支的質量、卷煙單箱耗絲量、焦油含量有著密切的關系。目前，煙草生產企業(yè)一般采用人工隨機取樣，在實驗室通過專用的填充值測定儀進行靜態(tài)檢測，然而該方法取得的檢測數(shù)據(jù)離散較大，一些偶然數(shù)據(jù)無法避免，也不能準確地反映整批煙絲填充值的平均水平。
專利號為zl200310121802.x的專利公開了一種輻射測量煙絲填充值的方法及系統(tǒng)，專利號為zl200510086912.6的專利公開了一種x光煙絲填充值測量方法及其裝置，這兩個公開的專利分別采用y射線和x光在線測量煙絲填充值的方法，均是通過壓輥式測厚裝置得出電壓信號與標準值進行比較，從而計算得出瞬時填充值；專利號為zl201210000176.8的專利公開了一種在線測量煙絲填充值的方法，該發(fā)明是利用稱重法在線測量煙絲填充值，測得的是煙絲的瞬時重量，并利用重量或其變化量與單位體積之間的對應關系，從而得到煙絲填充值的方法。上述測量方法測量的均是煙絲的瞬時填充值，再對瞬時數(shù)據(jù)進行平均，從而得出整體批次內的煙絲填充值平均值，但通過上述測量方法產生的累積誤差較大，不能較好的反映煙絲批次內的質量水平。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種儲柜內煙絲填充值均值測量方法，該方法能夠在線快速測量煙絲填充值的均值水平，測量的數(shù)據(jù)誤差小、精度高，能夠較好的反映煙絲批次內的質量水平。
為實現(xiàn)上述目的，一種儲柜內煙絲填充值均值測量方法，承載該方法的裝置包括電子皮帶秤、紅外水分儀和一組超聲波傳感器，所述電子皮帶秤和紅外水分儀分別安裝在儲柜的進料端，所述一組超聲波傳感器分別安裝于鋪料行車的下方中部和鋪料行車的邊緣一側，所述電子皮帶秤、超聲傳感器和紅外水分儀分別與plc控制器電連接；所述方法包括如下步驟：
(1)煙絲體積的計算：首先測量出儲柜寬度為l1、長度為l2以及煙絲分布在鋪料行車上的寬度l3，煙絲經過分配行車和鋪料行車在儲柜內均勻鋪設，其堆積的橫截面上部呈梯形，下部呈長方形，然后通過安裝在鋪料行車下方中部和邊緣的超聲波傳感器實時向下探測物料高度，傳輸至plc控制器經程序處理，分別獲取煙絲中部堆積高度h1和邊緣堆積高度h2，最后通過煙絲體積計算模型公式(a)計算得出煙絲體積，煙絲體積計算模型公式(a)如下：
v＝l2*[(l1+l3)(h1-h2)÷2+l1*h2]
(2)確定標準樣本參數(shù)：所述標本參數(shù)包括標準批次煙絲重量w標、含水率均值s標以及填充值均值d標；所述標準批次煙絲重量w標通過電子皮帶秤獲取，所述含水率均值s標通過紅外水分儀獲取，所述填充值均值d標通過實驗室專用的填充值測定儀獲取，利用超聲波傳感器檢測得出標準批次煙絲在儲柜的中部高度h標1和邊緣高度h標2，并通過煙絲體積計算模型公式(a)得出標準樣本體積v標，最后通過填充值回歸模型公式(b)計算得出填充系數(shù)k1，填充值回歸模型公式(b)如下：
(3)確定修正系數(shù)k2、k3：根據(jù)煙絲填充值計算模型公式(c),在忽略修正常值c的基礎上，運用minitab軟件的doe工具，設計針對k2、k3的32全因子試驗，增加兩個中心點，實驗重復2次，每次實驗由實驗室專用設備測量獲得填充值，所得填充值與k2、k3擬合，經過響應優(yōu)化器進行優(yōu)化得出k2、k3的最佳值；所述煙絲填充值計算模型公式(c)如下：
所述d重為批次重量誤差補償，批次重量誤差補償模型公式(d)如下：
所述d水為含水率誤差補償，含水率誤差補償模型公式(e)如下：
所述s為正常批次煙絲含水率均值，在生產過程中，通過紅外水分儀以周期t采集瞬時含水率s1輸入到plc控制器，代入平均值濾波模型公式(f)：
(4)確定修正常值c：填充系數(shù)k1和修正系數(shù)k2、k3確定后，使至少兩組批次的煙絲經過電子皮帶秤和紅外水分儀后進入儲柜，超聲波傳感器檢測得出批次煙絲在儲柜的中部高度h1和邊緣高度h2，并通過煙絲體積計算模型公式(a)得出批次煙絲體積v；電子皮帶秤獲取批次煙絲的總重量w，填充值d通過實驗室專用的填充值測定儀獲取，生產批次結束后，plc控制器自動獲取檢測數(shù)據(jù)后，代入煙絲填充值計算模型公式(c)得出修正常值c；
(5)將步驟(2)獲得的填充系數(shù)k1和步驟(4)獲得的修正常值c代入煙絲填充值計算模型公式(c)，從而得到煙絲填充值計算公式(g)，再將煙絲填充值計算公式應用到在線測量正常批次煙絲的填充值均值。
進一步的，所述煙絲體積計算模型公式(a)、填充值回歸模型公式(b)、煙絲填充值計算模型公式(c)、批次重量誤差補償模型公式(d)、含水率誤差補償模型公式(e)和平均值濾波模型公式(f)均通過plc控制器編程實現(xiàn)。
優(yōu)選的，所述步驟(2)中的填充系數(shù)k1通過多組標準批次煙絲得到的試驗數(shù)據(jù)再平均獲得。
優(yōu)選的，所述步驟(4)中的修正常值c為0.02。
優(yōu)選的，所述步驟(3)中的周期t為15s。
與現(xiàn)有技術方案相比，本方法利用煙絲在儲柜內存儲體積的變化，并考慮煙絲重量和含水率的影響因素，能夠通過plc控制器自動計算整體批次的煙絲填充值，較好的反映批次內的煙絲整體質量水平。本發(fā)明具有誤差小，精度高、易于實現(xiàn)的特點，適合對葉絲、梗絲、膨脹絲、成品煙絲等制絲產品填充值的測量應用。
具體實施方式
以下結合實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
一種儲柜內煙絲填充值均值測量方法，承載該方法的裝置包括電子皮帶秤、紅外水分儀和一組超聲波傳感器，所述電子皮帶秤和紅外水分儀分別安裝在儲柜的進料端，所述一組超聲波傳感器分別安裝于鋪料行車的下方中部和鋪料行車的邊緣一側，所述電子皮帶秤、超聲傳感器和紅外水分儀分別與plc控制器電連接；當儲柜完成進料后，鋪料行車在儲柜上方行走一遍，超聲波傳感器實時向下探測物料高度，傳輸至plc控制器經程序處理，獲取煙絲中部高度均值h1和邊緣的堆積高度均值h2；所述方法包括如下步驟：
首先，確定標準樣本參數(shù)。儲柜儲料寬度l1為2.5m，長度l2為20m，標準批次煙絲分布在鋪料行車上的寬度l3為1.2m。通過電子皮帶秤獲取標準批次煙絲重量w標為5000kg，通過紅外水分儀獲取標準批次煙絲含水率均值s標為13％，在實驗室通過專用的填充值測定儀標定填充值均值d標為4.12cm3/g。
超聲波傳感器檢測得出的標準批次煙絲在儲柜的中部高度h1為1.02m，邊緣高度h2為0.56m，根據(jù)煙絲體積計算模型公式(a)得出v標：
v標＝20×[(2.5+1.2)×(1.02-0.56)÷2+2.5×0.56]＝45.02m3
然后，將v標、w標和d標代入填充值回歸模型公式(b)中得出修正系數(shù)k1為0.458。
為了獲得修正系數(shù)k1的最佳值，所述填充系數(shù)k1通過多組標準批次煙絲得到的試驗數(shù)據(jù)再平均獲得。
根據(jù)煙絲填充值計算模型公式(c),在忽略修正常值c的基礎上，運用minitab軟件的doe工具，設計針對k2、k3的32全因子試驗，增加兩個中心點，實驗重復2次，每次實驗由實驗室專用設備測量獲得填充值，所得填充值與k2、k3擬合，經過響應優(yōu)化器進行優(yōu)化得出k2、k3的最佳值分別為0.26和0.32。
填充系數(shù)k1和修正系數(shù)k2、k3確定后，使兩批煙絲分別經過電子皮帶秤和紅外水分儀后進入儲柜，電子皮帶秤獲取兩批批次煙絲總重量w1為5060kg、w2為5150kg；紅外水分儀以15s為單位周期，采集瞬時含水率s1，輸入到plc控制器，經平均值濾波模型公式(f)計算得出兩批批次含水率均值s1為12.94％、s2為12.96％；
超聲波傳感器檢測得出兩批煙絲的中部高度h1-1為1.05m、h1-2為1.07m，邊緣高度h2-1為0.58m、h2-2為0.59m，根據(jù)煙絲體積計算模型公式(a)得出兩批煙絲體積v1為46.39m3、v2為47.26m3；
由于煙絲自重的原因，批次總重量與標準重量之間的差異對煙絲間的擠壓程度產生影響，形成的堆積高度也發(fā)生變化，對煙絲填充值計算產生誤差；將k2、w標、d標、w1和w2代入批次重量誤差補償模型公式(d)得出兩批煙絲的d重1為0.0129、d重2為0.0321；
煙絲填充能力在很大程度上受含水率的影響，當煙絲含水率在6％以上時，含水率越高，填充能力越低；將k3、s標、d標、s1和s2代入含水率誤差補償模型公式(e)得出兩批煙絲的d水1為0.0061、d水2為0.0040；
兩批煙絲的實驗室測量填充值d1分別為4.19cm3/g、4.22cm3/g，將k1、v1、v2、w1、w2、d重1、d重2、d水1和d水2代入煙絲填充值計算模型公式(c)中得出修正常值c分別為-0.0279、-0.0190，平均修正常值c為-0.0235。
將獲得的填充系數(shù)k1和修正常值c代入煙絲填充值計算模型公式(c)，從而得到如下煙絲填充值計算公式(g)，再將煙絲填充值計算公式(g)應用到在線測量正常批次煙絲的填充值均值。
本方法中煙絲體積計算模型公式(a)、填充值回歸模型公式(b)、煙絲填充值計算模型公式(c)、批次重量誤差補償模型公式(d)、含水率誤差補償模型公式(e)和平均值濾波模型公式(f)均通過plc控制器編程實現(xiàn)。
取20組在線測量的填充值數(shù)據(jù)與相應的實驗室測量的填充值數(shù)據(jù)d1進行比較，結果如下表1所示。
表1分別采用在線測量與實驗室測量獲得的的填充值數(shù)據(jù)比較
從表1中可以看出，本發(fā)明通過測量批次總重量、總體積，加之重量、水分的誤差修正，得出的正常批次生產煙絲填充均值與實驗室測量值誤差較小，可以真實、快速測量批次內煙絲填充值的均值水平。批次煙絲填充均值較以往的瞬時填充值更能真實反映整批煙絲的加工質量，也可以通過生產監(jiān)控系統(tǒng)的趨勢圖實時反映批次間填充值均值的變化，便于生產過程控制。