一种新型烟筋水分探测功能型烤烟控制器的研发与应用

2016-06-06林森,尹慧,姜自斌等

现代农村科技 2016年1期

关键词：意义

摘要：本研究通过在烤房内增加烟筋水分探测功能型自控仪的方式，实现烟筋水分含量的实时监控，进而达到程序化控制烟叶烘烤工艺的目的。通过对比新型配制烤房和原有配制烤房，我们发现配制新型水分探测功能型自控仪的烤房和原有配制烤房在烘烤烟叶效果方面差别不显著，但经济效益显著提高，对现有烘烤工艺的改进和完善具有重要意义。

关键词：烟筋水分探测；烘烤；意义

现有烘烤工艺只能了解烤房内温湿度的变化情况，对烟叶水分散失了解不够深入，通常只能根据经验获得。我们知道，烟叶含水量和烤房温湿度环境是影响初烤烟叶质量的关键因素。但是由于目前烘烤过程中对烟叶水分散失情况判断没有探测数据支持，这就导致不同烘烤技术员的烘烤效果也不尽相同，特别对于散烟，现有烘烤工艺的不足更为突出。为提高卷烟工业可用性，引入新技术应用到烟草生产经营里，烟叶智能化烘烤设备的研究和应用项目应运而生。

1　工作原理

烟筋水分探测功能型自控仪以现有密集烤房自控仪为基础，增加烟筋水分探测模块和Zigbee无线通讯模块，能够在烟叶烘烤过程中动态检测烤房内烟叶烟筋含水量，为烘烤工艺的调整提供数据参考，可以达到准确控制烘烤工艺中提温时间点和理想温湿度的目的。

1.1烟筋水分探测探针的定型和设计。采用玻璃纤维板作为基板，将126 mm长的不锈钢钢针按照20 mm间距焊接到基板上，在基板一端通过接线端引出导线。插针时将探针末端掰开至25 mm插入到排列好的多片烟叶烟筋中，从而保证在整个烘烤过程中探针和烟叶能够紧密接触。

1.2烟筋水分数据的可靠采集和处理。烟筋水分探测主要根据烟筋含水量与电导率的关系进行测定，烟筋含水量越高电导率越大，含水量越小电导率越小，由此可以根据测得的电导率算出烟筋的含水量。烟筋水分探测模块使用烟筋水分探针插入烟叶中部烟筋采集电导率信号，通过高精度集成运放电路对信号放大，用温度补偿电路进行温度补偿以减小温度的影响，然后通过模拟滤波量程切换选择合适的量程，再由ADC将模拟信号转换为数字信号进行运算处理，最终得出烟筋水分含量。为了保证测得水分数值的有效性，在烟筋水分换算法中还加入温度补偿和烟叶烘烤阶段补偿，消除烤房内温度和烟筋变形程度对水分数据测定的影响。

1.3烟筋水分探测数据应用原理。采用烟筋水分数据和8点式烘烤工艺曲线相结合共同驱动烟叶烘烤控制。整个烟叶烘烤过程中仍然根据8点式烘干工艺进行，辅助显示烟筋水分，根据烟筋水分来确定变筋阶段和干片阶段的切换、定色阶段和干筋阶段切换以及干筋阶段的结束等关键点。根据8点式烘烤工艺和烟筋水分关系确定关键节点的烟筋水分数值。烘烤过程中根据烟筋水分是否达到该阈值来判断提前结束进入下一烘烤阶段或延长烘烤时长推迟进入下一烘烤阶段。

2　试验设计

2.1试验材料。试验于2014年在平邑县保太镇和平烘烤工场进行。烘烤烟叶品种为NC102，这是当地主栽烟叶品种。烟叶烘烤采用了两种不同的处理方式，一是配置新型烟筋水分探测功能型自控仪的烤房，二是配置普通密集烤房自控仪的烤房。为了验证设备的准确性和稳定性，在烘烤实验的同时还采用1台日本进口的水分计(型号：SK-100)做参照。

2.2试验方法。以当地主栽品种烟叶为供试材料，选取大田管理规范、个体发育正常、群体生长整齐一致的烟叶进行烘烤试验，对照使用普通温湿度自控仪密集烤房。采收不同成熟阶段烟叶素质相近的下、中、上部烟叶，每座烤房配备1台烟筋水分探测功能型密集烤房自控仪，在烤房上、中、下3层烟叶设置6路水分探测探针，在烘烤工场监控室配置1台监控电脑并部署集中监控软件，通过Zig-Bee无线通讯，实现烘烤工场内烤房数据集中采集显示，在线控制，数据汇总查询。准确记录烘烤过程中烟筋水分数据的变化，验证烟筋水分探测和可视化烘烤系统设备的可靠性和稳定性；调查记录烤后原烟主要经济性状、外观质量和内在质量，比较不同烘烤工艺优劣。在实验过程中，采用烟筋水分功能型自控仪采集和显示烟筋水分数据的同时，还采用进口电子式水分计(日本三酷：SK-100)同步测量采集烟筋水分数据。

3　结果与分析

3.1烟筋水分探测设备的可靠性及稳定性分析。在实验过程中，采用烟筋水分功能型自控仪采集和显示烟筋水分数据的同时，还采用进口电子式水分计(日本三酷：SK-100)同步测量采集烟筋水分数据。截取其中1炉对比实验数据如下(表1)：

表1　自控仪测得烟筋水分数据和参照设备测得数据对比

从表1可知，本设备测得数据和参照设备测得烟筋水分数据基本一致(数值误差为1%)，说明本设备测得数据完全能满足烟叶烘烤烟筋水分数据检测要求。

3.2烟筋水分数据变化趋势分析。在实验过程中，从采集的烟筋水分数据分析可知，在烟叶烘烤过程中烟筋水分数据根据烟叶烘烤阶段、烟叶烘烤环境状态呈规律性变化。现截取两处烟叶烘烤水分数据为例说明：

图1　烟叶烘烤温湿度及烟筋水分变化曲线图

表1和图1中水分1、水分2表示的是上棚烟叶含水量变化曲线，水分3、水分4表示的是中棚烟叶含水量变化曲线，水分5、水分6表示的是下棚烟叶含水量变化曲线。从曲线图中可以清楚看出，烟叶烘烤过程中烤房上部烟叶的失水速度快于下部烟叶失水速度，但整体变化走势受烤房温度的影响，基本一致。在烟叶烘烤变黄期干球温度稳定在40℃～42℃时，烟筋水分变化不大，从85%左右缓慢下降至70%左右。在变黄期后半阶段和定色阶段，随着烤房温度的不断提高，烟筋含水量迅速下降至20%左右，烟筋水分的散失主要在定色阶段完成，最后在干筋阶段，烟筋水分进一步降低至5%～8%。本项目检测的烟筋水分数据和国外进口设备检测数据基本一致，由此可见，实验中采集的数据的准确性、稳定性较好，满足烟叶烘烤水分探测要求，为烘烤过程中协调水分、变黄和定色之间的关系提供技术支持，提高烟叶烘烤质量，对改进和完善现有烘烤工艺，特别是散烟烘烤工艺有着重要意义。

3.3不同设备配置烤房烟叶烘烤效果。从K1和K2两座烤房烤后烟叶中随机抽取10竿烟叶，自然回潮后查看烟叶烘烤质量情况。由表2可见，两种烤房都能满足烟叶烘烤需要，但是在相同条件下，在具有烟筋水分探测技术手段支持下的烤房，烤后原烟颜色较深，色度稍强，油分较多，叶片结构疏松(见表3)。