一種利用變頻技術(shù)提高煙葉烘烤質(zhì)量的方法與流程

本發(fā)明涉及一種煙葉烘烤方法，屬于煙葉加工技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

目前國內(nèi)市場上已經(jīng)有不少煙草烘烤控制器，這些煙葉烘烤控制器能實(shí)現(xiàn)煙葉烘烤過程的自動(dòng)控制，能控制煙葉烘烤過程的升溫、排濕、穩(wěn)溫、穩(wěn)濕,能讓烤房內(nèi)溫濕度按照“三段式”和“大、小循環(huán)風(fēng)”煙葉烘烤工藝進(jìn)行烘烤作業(yè)。但隨著烤煙烘烤工藝要求的發(fā)展，傳統(tǒng)的烘烤工藝已不能滿足現(xiàn)代煙草“高質(zhì)量、智能化、高效化”的發(fā)展目標(biāo)?，F(xiàn)有控制器只能實(shí)現(xiàn)“大、小循環(huán)風(fēng)”兩種風(fēng)速控制，過于粗獷的風(fēng)速控制使煙葉在烘烤過程中散失了過多的香氣成分，使烘烤品質(zhì)降低。

目前的烤煙烘烤工藝多以將煙葉以“烤黃”為參考標(biāo)準(zhǔn)，煙葉在烤制后呈橘黃色，根據(jù)烤煙色度“濃”的比例來判斷烤煙的質(zhì)量，另一種判斷烤煙質(zhì)量的方法是通過利用頻譜法研究烤制后煙葉中各種化合物含量如糖、氮、蛋白質(zhì)等化合物的含量，這種方法可以很準(zhǔn)確表現(xiàn)出煙葉的品質(zhì)，但是其缺點(diǎn)為只能在煙葉烤制后取其樣本送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，其過程十分繁瑣，不能實(shí)時(shí)的采集數(shù)據(jù)，所以只能用在產(chǎn)品檢驗(yàn)，并不能作為烤制過程中的一個(gè)參考變量，這對(duì)控制器的研制產(chǎn)生了困難。

煙葉在化合物形成時(shí)會(huì)散發(fā)出揮發(fā)性氣體即所謂的香氣，由于香氣在烤房中的含量可通過氣體傳感器進(jìn)行檢測，所以可以利用香氣作為煙葉內(nèi)部化合物形成的標(biāo)志，通過對(duì)香氣的含量進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測就可以了解煙葉中化合物的形成情況，即可以將香氣作為主要參考指標(biāo)。

現(xiàn)行的烤房控制器專注于調(diào)節(jié)烤煙過程中溫濕度的值，但是在影響煙葉中水含量的揮發(fā)和化合物的形成的另外一個(gè)重要的因素為在煙葉表面流動(dòng)的空氣的風(fēng)速大小，這個(gè)風(fēng)速的大小可以用鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來表征，但是現(xiàn)行烤房中的鼓風(fēng)電機(jī)一般只有兩種風(fēng)速調(diào)節(jié)，即小循環(huán)風(fēng)和大循環(huán)風(fēng)，這種兩檔式風(fēng)速調(diào)節(jié)不能很好的適應(yīng)實(shí)際烤制狀況，鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速作為一個(gè)可以影響煙葉烤制的因素沒有進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)節(jié)，所以上述研究的香氣含量可通過改變鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行調(diào)節(jié)，即將香氣含量作為輸入輸出量利用變頻器來進(jìn)行調(diào)節(jié)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)密集型烤房控制器不能使煙葉中致香物質(zhì)含量達(dá)到最優(yōu)的問題，本發(fā)明提供了一種以香氣為主要參數(shù)指標(biāo)的自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的煙葉烘烤控制方法。

為解決上述問題，擬采用這樣一種利用變頻技術(shù)提高煙葉烘烤質(zhì)量的方法，包括以下步驟：

(1)建立煙葉香氣數(shù)據(jù)庫，根據(jù)需要烤制的煙葉種類在數(shù)據(jù)庫中選定一條香味氣體的工藝曲線，烤房的溫濕度調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)是“三段式”干濕球曲線，根據(jù)工藝曲線確定在各個(gè)烤煙階段的輸入設(shè)定參數(shù)，即烤房的溫度，濕度和香味氣體的含量；

(2)啟動(dòng)加熱裝置、鼓風(fēng)電機(jī)、排濕窗開關(guān)裝置、溫濕度傳感和香味氣體傳感器，裝入煙葉，開始烘烤；

(3)三種傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，包括溫度、濕度、香味氣體的含量,將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與當(dāng)前烘烤階段的溫度、濕度、香氣含量的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生偏差值，將偏差值輸入到控制器中，由控制器經(jīng)過智能算法的計(jì)算生成對(duì)執(zhí)行器的控制量，執(zhí)行器包括加熱裝置、排濕裝置、鼓風(fēng)電機(jī)，并通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)烤房內(nèi)的實(shí)際量，使其達(dá)到設(shè)定值；

(4)當(dāng)設(shè)定的當(dāng)前烘烤時(shí)間達(dá)到后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入下一烘烤階段，設(shè)定新烘烤階段各個(gè)輸入變量的初始值，重復(fù)步驟(3)制止烘烤結(jié)束。

烤房內(nèi)根據(jù)香氣的主要組成部分設(shè)置一到兩種氣味傳感器。

步驟(1)所述數(shù)據(jù)庫的建立：根據(jù)實(shí)際的人工操作經(jīng)驗(yàn)調(diào)整變頻電機(jī)的轉(zhuǎn)速獲取烤房內(nèi)部的煙葉中的致香物質(zhì)含量最高的一次烤制過程，記錄烤制過程中各變量的數(shù)據(jù)，并以本次烤制烤房中香氣的含量作為判斷煙葉內(nèi)部致香物質(zhì)生成的特征量，即將各個(gè)時(shí)間段的烤房內(nèi)的香氣含量作為評(píng)判依據(jù)，構(gòu)成使煙葉內(nèi)致香物質(zhì)達(dá)到最優(yōu)的時(shí)間—香氣含量工藝曲線，溫濕度工藝曲線仍然沿用三段式工藝曲線，通過對(duì)煙葉的不同品種和產(chǎn)地采集數(shù)據(jù)，構(gòu)成香氣數(shù)據(jù)庫。

步驟(3)所述控制器輸出的控制量為加熱閥開度、排濕裝置開度以及鼓風(fēng)電機(jī)的變頻器頻率，控制器中利用t-s模糊神經(jīng)算法對(duì)各個(gè)控制量進(jìn)行解耦。

步驟(3)所述的執(zhí)行器包括加熱閥、排濕裝置、變頻器，排濕裝置包括排濕窗、氣缸伸縮機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)電機(jī)，即控制器通過調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)動(dòng)的位置來對(duì)排濕窗開啟程度進(jìn)行控制。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明以香氣為主要參數(shù)指標(biāo)，通過改變鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速來進(jìn)行調(diào)節(jié)烤煙香氣含量，即將香氣含量作為輸入輸出量利用變頻器來進(jìn)行調(diào)節(jié)，使煙葉中致香物質(zhì)含量達(dá)到最優(yōu)，在烤煙過程中保證煙葉達(dá)到最佳品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)過程較為簡單，解決了傳統(tǒng)密集型烤房控制器不能使煙葉中致香物質(zhì)含量達(dá)到最優(yōu)的問題。

附圖說明

圖1是以香氣為主要參數(shù)指標(biāo)的自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的煙葉烘烤控制方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明控制器的控制框圖；

圖3是本發(fā)明所述的數(shù)據(jù)庫建立方式；

圖4是烤房排濕裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將通過附圖對(duì)發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

附圖1為以香氣為主要參數(shù)指標(biāo)的自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速的煙葉烘烤控制方法的流程圖。

根據(jù)流程圖的次序?qū)γ恳徊竭M(jìn)行詳細(xì)的說明：

步驟1：根據(jù)需要烤制的煙葉種類在數(shù)據(jù)庫中選定一條香味氣體的工藝曲線，烤房的溫濕度調(diào)節(jié)標(biāo)準(zhǔn)是“三段式”干濕球曲線，根據(jù)工藝曲線確定在各個(gè)烤煙階段的輸入設(shè)定參數(shù)，即烤房的溫度，濕度和香味氣體的含量。

圖3為步驟1所述的數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)圖，分別選取不同的產(chǎn)地和每一產(chǎn)地所種植的不同種類的煙葉進(jìn)行多次標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)，對(duì)其中一種煙葉的多次烤制結(jié)果進(jìn)行分析，選出一種品質(zhì)最優(yōu)的烤煙將其烤制過程中的香氣變化曲線作為這一地區(qū)的這種煙葉的香氣工藝曲線，其他地區(qū)種類的煙葉按照上述方法選取香氣工藝曲線。

這里所說的香氣由多種化合物構(gòu)成，這里為了構(gòu)建香氣工藝曲線則選取其中貢獻(xiàn)率最高的一種化合物作為特征值，利用氣味傳感器將其每個(gè)時(shí)間段的含量測出形成工藝曲線。

步驟2：啟動(dòng)加熱裝置、鼓風(fēng)電機(jī)、排濕窗開關(guān)裝置、溫濕度傳感和香味氣體傳感器，裝入煙葉，開始烘烤。

步驟3：三種傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)(溫度、濕度、香味氣體的含量),將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與當(dāng)前烘烤階段的溫度、濕度、香氣含量的設(shè)定值進(jìn)行對(duì)比，產(chǎn)生偏差值，將偏差值輸入到控制器中，由控制器經(jīng)過智能算法的計(jì)算生成對(duì)執(zhí)行器(加熱裝置、排濕裝置、控制鼓風(fēng)電機(jī)的變頻器頻率)調(diào)節(jié)烤房內(nèi)的實(shí)際量，使其達(dá)到設(shè)定值。

圖2為步驟3所述的控制器的控制框圖，描述了控制器對(duì)烤房模型的的控制情況，通過對(duì)控制器輸入溫度、濕度、香氣含量的偏差值與其偏差值的變化率輸出對(duì)各個(gè)執(zhí)行器(加熱閥、變頻器頻率、步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù))的控制量，調(diào)整控制量使偏差值達(dá)到一定可控的范圍，其中利用的算法為t-s模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，由于加熱裝置對(duì)溫度控制和鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化對(duì)烤房內(nèi)香氣含量影響的曲線是不確定的，沒有一個(gè)明確的對(duì)應(yīng)關(guān)系，只能利用實(shí)際操作人員的工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)節(jié)，模糊控制算法可以利用人工經(jīng)驗(yàn)對(duì)數(shù)學(xué)模型無法確定的對(duì)象進(jìn)行控制，模糊控制的隸屬函數(shù)與模糊規(guī)則是根據(jù)人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定，但烤房實(shí)際模型為一種非線性、參數(shù)時(shí)變的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，所以一般的模糊控制不具有很好的自適應(yīng)性，這里提出了一種t-s模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)偏差的變化對(duì)隸屬度函數(shù)和模糊規(guī)則進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使控制器輸出的控制量更精確，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)特性更好。

由于對(duì)溫度與濕度控制為煙葉烤房的基礎(chǔ)，在這里本文不再贅述，這里突出的重點(diǎn)為利用變頻技術(shù)對(duì)鼓風(fēng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而提高煙葉烘烤質(zhì)量，其中香氣的含量作為主要參數(shù)指標(biāo)。

步驟4：當(dāng)設(shè)定的當(dāng)前烘烤時(shí)間達(dá)到后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入下一烘烤階段，設(shè)定新烘烤階段各個(gè)輸入變量的初始值，重復(fù)步驟(3)制止烘烤結(jié)束。

圖4為排濕裝置結(jié)構(gòu)圖，其中有三個(gè)部分構(gòu)成，即排濕窗、氣缸伸縮機(jī)構(gòu)、步進(jìn)電機(jī)。圖中1為步進(jìn)電機(jī)，2為氣缸伸縮裝置，3為固定裝置，4為玻璃窗?？刂破鞲鶕?jù)輸入的偏差和偏差變化率對(duì)步進(jìn)電機(jī)輸出脈沖數(shù)，控制步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)以及轉(zhuǎn)的角度，氣缸伸縮機(jī)構(gòu)連接步進(jìn)電機(jī)與排濕窗蓋，使排濕窗蓋可以跟隨步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到排濕窗開閉和打開的程度的控制。