卷煙制絲自動加香系統誤差研究

張 喆

（陜西中煙有限責任公司旬陽卷煙廠，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鍵環節，加香機系統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劣直接影響卷煙內在質量。隨著煙草行業制絲自動化水平逐年提升，制絲線加香、加料方式也在不斷優化，從原來的人工手動操作轉變為自動化控制系統，從控制加香比例到控制加香精度，從控制結果精度到控制過程精度[1]，從控制加香精度到控制系統誤差。這些變化主要基于設備水平的提升，作為測量反饋加料量的科里奧利質量流量計便是決定加香系統誤差的關鍵設備。通過管路重設計、重新選定并安裝流量計、改PID 控制為模糊自適應PID 控制等措施對加香系統進行優化，根據實際精度標準差變化判斷加香系統誤差的變化。

1 基本概念與原理

1.1 系統誤差的概念及特點

系統誤差是指由于儀器結構不完善、儀器未校準好、本身理論近似性等原因造成的誤差，是在重復性條件下，對同一被測量進行無限多次測量所得結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，具有重復性、單向性、可測性的特點。如果能找出產生誤差的原因，并設法測定出其大小，那么系統誤差可以通過校正的方法予以減少或消除。系統誤差是定量分析中誤差的主要來源[2]。

1.2 卷煙制絲自動加香系統誤差計算公式

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

1.3 科里奧利質量流量計工作原理

科里奧利質量流量計本身是借助流體在振動管內流動時，產生與液體質量、流量成正比的科氏力（Fc）原理，即與液體在管道中某一質點的流速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 卷煙制絲自動加香系統系統誤差產生原因分析

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律的因素造成的，都可以歸結為是系統誤差的原因，因此，系統誤差產生的原因從各種可能影響測量結果的要素中去尋找。

2.1 系統工藝流程

加香系統的工藝流程為：領料→吸料→預填充→定比施加→回吹→放料→退料。

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

圖1 加香系統控制過程

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

2.2 系統誤差的原因分析

在工藝流程的每個環節都存在可能影響測量結果造成系統誤差的因素。控制系統包含了裝置、方法、環境和人員四大因素，是直接影響加香系統之系統誤差關鍵環節。所以，可以從以下5個方面采取措施改進加香系統、控制系統誤差：①控制方法；②流量計；③管道預填充；④回吹；⑤領、退料計量。

3 卷煙制絲自動加香系統減少系統誤差的方法

（1）降低科里奧利質量流量計測量誤差：①加香系統加香比例是加料比例的幾分之一，必須選定1.5 級以上的流量計用于加香系統；②科里奧利質量流量計屬高精密儀器搬運過程不能受任何撞擊；③保證安裝質量：流量計橫平豎直，且讓流量計和管路連接不受三維空間的任何應力；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 調節不能滿足料頭料尾大比率的變化，應采用模糊自適應PID 調節[3-4]，通過偏差變化率的模糊控制進行在線實時補償；②穩定加香電子皮帶秤瞬時流量，保證加香電子皮帶秤計量精度符合要求，保證批次內不斷料。

（3）保證定比施加前預填充填滿整個管路系統，無泄漏，流量計無逆流。

（4）回吹徹底：①生產前吸料、生產后回吹徹底，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）計量準確：①送料容器毛重、凈重計量準確；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，并準確用送料時的秤稱量。

4 結果分析方法

提取加香系統優化前（2018 年3 月）和優化后（2018 年11月）的系統數據，采用計算數據比較法檢驗，對加香機優化實施前后系統誤差進行比較。

首先根據公式計算實際精度，再計算實際精度的均數和標準差。

對同一量值在測量條件不同、測量次數也不同的情況下進行兩組（或多組）測量。設測量次數分別為n1和n2次，得兩組算術平均值。其算術平均值的實驗標準差分別為。

5 研究結果

實施前記錄數據和實施后記錄數據見表1 和表2。

表1 2018 年3 月加香系統數據

優化措施實施前后記錄數據結果比較見表3、圖2。

由以上數據比較可知，采取減少系統誤差的優化措施后，優化效果明顯。

表3 優化措施實施前后系統誤差比較

圖2 優化前后實際精度對比

6 總結

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