一种利用变频技术提高烟叶烘烤质量的方法与流程

本发明涉及一种烟叶烘烤方法，属于烟叶加工技术领域。

背景技术：

目前国内市场上已经有不少烟草烘烤控制器，这些烟叶烘烤控制器能实现烟叶烘烤过程的自动控制，能控制烟叶烘烤过程的升温、排湿、稳温、稳湿,能让烤房内温湿度按照“三段式”和“大、小循环风”烟叶烘烤工艺进行烘烤作业。但随着烤烟烘烤工艺要求的发展，传统的烘烤工艺已不能满足现代烟草“高质量、智能化、高效化”的发展目标。现有控制器只能实现“大、小循环风”两种风速控制，过于粗犷的风速控制使烟叶在烘烤过程中散失了过多的香气成分，使烘烤品质降低。

目前的烤烟烘烤工艺多以将烟叶以“烤黄”为参考标准，烟叶在烤制后呈橘黄色，根据烤烟色度“浓”的比例来判断烤烟的质量，另一种判断烤烟质量的方法是通过利用频谱法研究烤制后烟叶中各种化合物含量如糖、氮、蛋白质等化合物的含量，这种方法可以很准确表现出烟叶的品质，但是其缺点为只能在烟叶烤制后取其样本送至实验室进行操作，其过程十分繁琐，不能实时的采集数据，所以只能用在产品检验，并不能作为烤制过程中的一个参考变量，这对控制器的研制产生了困难。

烟叶在化合物形成时会散发出挥发性气体即所谓的香气，由于香气在烤房中的含量可通过气体传感器进行检测，所以可以利用香气作为烟叶内部化合物形成的标志，通过对香气的含量进行实时的检测就可以了解烟叶中化合物的形成情况，即可以将香气作为主要参考指标。

现行的烤房控制器专注于调节烤烟过程中温湿度的值，但是在影响烟叶中水含量的挥发和化合物的形成的另外一个重要的因素为在烟叶表面流动的空气的风速大小，这个风速的大小可以用鼓风电机的转速来表征，但是现行烤房中的鼓风电机一般只有两种风速调节，即小循环风和大循环风，这种两档式风速调节不能很好的适应实际烤制状况，鼓风电机的转速作为一个可以影响烟叶烤制的因素没有进行自动化调节，所以上述研究的香气含量可通过改变鼓风电机的转速来进行调节，即将香气含量作为输入输出量利用变频器来进行调节。

技术实现要素：

为了解决传统密集型烤房控制器不能使烟叶中致香物质含量达到最优的问题，本发明提供了一种以香气为主要参数指标的自动无级调节风机转速的烟叶烘烤控制方法。

为解决上述问题，拟采用这样一种利用变频技术提高烟叶烘烤质量的方法，包括以下步骤：

(1)建立烟叶香气数据库，根据需要烤制的烟叶种类在数据库中选定一条香味气体的工艺曲线，烤房的温湿度调节标准是“三段式”干湿球曲线，根据工艺曲线确定在各个烤烟阶段的输入设定参数，即烤房的温度，湿度和香味气体的含量；

(2)启动加热装置、鼓风电机、排湿窗开关装置、温湿度传感和香味气体传感器，装入烟叶，开始烘烤；

(3)三种传感器进行实时采集数据，包括温度、湿度、香味气体的含量,将实时数据与当前烘烤阶段的温度、湿度、香气含量的设定值进行对比，产生偏差值，将偏差值输入到控制器中，由控制器经过智能算法的计算生成对执行器的控制量，执行器包括加热装置、排湿装置、鼓风电机，并通过调节器调节烤房内的实际量，使其达到设定值；

(4)当设定的当前烘烤时间达到后，系统自动进入下一烘烤阶段，设定新烘烤阶段各个输入变量的初始值，重复步骤(3)制止烘烤结束。

烤房内根据香气的主要组成部分设置一到两种气味传感器。

步骤(1)所述数据库的建立：根据实际的人工操作经验调整变频电机的转速获取烤房内部的烟叶中的致香物质含量最高的一次烤制过程，记录烤制过程中各变量的数据，并以本次烤制烤房中香气的含量作为判断烟叶内部致香物质生成的特征量，即将各个时间段的烤房内的香气含量作为评判依据，构成使烟叶内致香物质达到最优的时间—香气含量工艺曲线，温湿度工艺曲线仍然沿用三段式工艺曲线，通过对烟叶的不同品种和产地采集数据，构成香气数据库。

步骤(3)所述控制器输出的控制量为加热阀开度、排湿装置开度以及鼓风电机的变频器频率，控制器中利用t-s模糊神经算法对各个控制量进行解耦。

步骤(3)所述的执行器包括加热阀、排湿装置、变频器，排湿装置包括排湿窗、气缸伸缩机构、步进电机电机，即控制器通过调节步进电机的正反转和转动的位置来对排湿窗开启程度进行控制。

与现有技术相比，本发明以香气为主要参数指标，通过改变鼓风电机的转速来进行调节烤烟香气含量，即将香气含量作为输入输出量利用变频器来进行调节，使烟叶中致香物质含量达到最优，在烤烟过程中保证烟叶达到最佳品质，实现过程较为简单，解决了传统密集型烤房控制器不能使烟叶中致香物质含量达到最优的问题。

附图说明

图1是以香气为主要参数指标的自动无级调节风机转速的烟叶烘烤控制方法的流程图；

图2是本发明控制器的控制框图；

图3是本发明所述的数据库建立方式；

图4是烤房排湿装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将通过附图对发明作进一步地详细描述。

附图1为以香气为主要参数指标的自动无级调节风机转速的烟叶烘烤控制方法的流程图。

根据流程图的次序对每一步进行详细的说明：

步骤1：根据需要烤制的烟叶种类在数据库中选定一条香味气体的工艺曲线，烤房的温湿度调节标准是“三段式”干湿球曲线，根据工艺曲线确定在各个烤烟阶段的输入设定参数，即烤房的温度，湿度和香味气体的含量。

图3为步骤1所述的数据库的结构图，分别选取不同的产地和每一产地所种植的不同种类的烟叶进行多次标准化实验，对其中一种烟叶的多次烤制结果进行分析，选出一种品质最优的烤烟将其烤制过程中的香气变化曲线作为这一地区的这种烟叶的香气工艺曲线，其他地区种类的烟叶按照上述方法选取香气工艺曲线。

这里所说的香气由多种化合物构成，这里为了构建香气工艺曲线则选取其中贡献率最高的一种化合物作为特征值，利用气味传感器将其每个时间段的含量测出形成工艺曲线。

步骤2：启动加热装置、鼓风电机、排湿窗开关装置、温湿度传感和香味气体传感器，装入烟叶，开始烘烤。

步骤3：三种传感器进行实时采集数据(温度、湿度、香味气体的含量),将实时数据与当前烘烤阶段的温度、湿度、香气含量的设定值进行对比，产生偏差值，将偏差值输入到控制器中，由控制器经过智能算法的计算生成对执行器(加热装置、排湿装置、控制鼓风电机的变频器频率)调节烤房内的实际量，使其达到设定值。

图2为步骤3所述的控制器的控制框图，描述了控制器对烤房模型的的控制情况，通过对控制器输入温度、湿度、香气含量的偏差值与其偏差值的变化率输出对各个执行器(加热阀、变频器频率、步进电机的脉冲数)的控制量，调整控制量使偏差值达到一定可控的范围，其中利用的算法为t-s模糊神经网络算法，由于加热装置对温度控制和鼓风电机的转速变化对烤房内香气含量影响的曲线是不确定的，没有一个明确的对应关系，只能利用实际操作人员的工作经验进行调节，模糊控制算法可以利用人工经验对数学模型无法确定的对象进行控制，模糊控制的隶属函数与模糊规则是根据人工经验进行确定，但烤房实际模型为一种非线性、参数时变的动态系统，所以一般的模糊控制不具有很好的自适应性，这里提出了一种t-s模糊神经网络，可以根据偏差的变化对隶属度函数和模糊规则进行动态调节，使控制器输出的控制量更精确，系统的动态和静态特性更好。

由于对温度与湿度控制为烟叶烤房的基础，在这里本文不再赘述，这里突出的重点为利用变频技术对鼓风电机的转速进行调节，从而提高烟叶烘烤质量，其中香气的含量作为主要参数指标。

步骤4：当设定的当前烘烤时间达到后，系统自动进入下一烘烤阶段，设定新烘烤阶段各个输入变量的初始值，重复步骤(3)制止烘烤结束。

图4为排湿装置结构图，其中有三个部分构成，即排湿窗、气缸伸缩机构、步进电机。图中1为步进电机，2为气缸伸缩装置，3为固定装置，4为玻璃窗。控制器根据输入的偏差和偏差变化率对步进电机输出脉冲数，控制步进电机的正反转以及转的角度，气缸伸缩机构连接步进电机与排湿窗盖，使排湿窗盖可以跟随步进电机转动，达到排湿窗开闭和打开的程度的控制。