基于自控技术的烟叶快速回潮方法研究

基于自控技术的烟叶快速回潮方法研究

许皓邵波吴洪林

贵州省烟草公司安顺市公司   贵州 561000

摘要：本文研究基于自控技术的烟叶快速回潮方法，以提升烤房利用率和烟叶品质。通过烟叶回潮设备的微环境设计、自动化控制和高压蒸汽生成系统，实现快速、均匀的烟叶回潮。该方法基于实验室验证的微型回潮设备进行设计优化，通过实时温湿度监控和智能调控，确保回潮过程的高效与质量一致性。研究结果表明，该方法有效缩短了回潮时间，降低了叶片破损率，提高了生产效率。

关键词：烟叶回潮；自动控制；高压蒸汽；温湿度调控

引言

烟叶在烘烤完成后，叶片含水量较低，易碎、干燥，不适于后续加工。传统的自然回潮方式耗时较长，效率低且易受天气影响，尤其在烟叶采摘集中期，不利于烤房的快速周转。因此，探索高效、可控的烟叶快速回潮方法具有重要意义。本文以自控技术为基础，采用实验室环境研发的小型回潮设备为起点，研究烤房内智能化回潮控制系统的设计与实现，旨在优化回潮流程、提升烟叶质量并节约成本。

一、项目背景

安顺市西秀区公司烟叶在烤房中烘烤结束后的含水量只有5%左右，叶片干燥易碎，必须经过吸湿回潮到适宜程度，使叶片有一定的柔软度后才能进行下炕操作，而原来的自然回潮一般为3天左右，时间较长，降低了烤房的利用率，并且受天气影响不易控制，造成新采摘的烟叶不能及时烘烤，在烟叶采摘集中的季节尤其明显，所以采用回潮设备加速烟叶烤后的回潮，节约回潮时间，提高烤房利用率，就显得非常重要。但是相同的回潮设备在不同的回潮方式下，达到的回潮效果是不一样的，即使是相同的回潮方式，不同的回潮时机，对烟叶造成的影响也不一样。现在针对烟叶烤后回潮的设备不少，但是目前还没有根据烟叶水分检测实现自动控制的设备，为了最大程度的缩短回潮时间，最大程度的达到回潮效果（降低脆叶、潮红的造成的损失率），降低对烤后烟叶的影响，急需针对烟叶烤后的回潮过程进行研究，保证回潮后烟叶的质量。

如果烟叶干燥，在烟叶分级过程中容易造成叶片破损，影响质量，造成经济损失，并且干燥的叶片不利于叶片展开，不能很好的对叶片进行观察，造成分级误差，影响烟农和烟草公司的利益，从而影响烟农的种烟积极性，不利于双方长期的合作，同时叶片碎末漂浮在空气中，不利于分级人员的健康。特别是烟叶收购中后期，天气干燥，更加剧了上述问题的出现。目前国内针对散烟回潮的设备还不多见，实现自动控制的就更少了。考虑到快速回潮的技术路线的可行性，在2022年至2023年期间西秀区公司以邵波烟叶评级工匠室牵头组织在实验室环境下的技术路线先行研究探索工作，研发出了小型回潮设备，通过反复的实验论证，较好达到了预期的“快速、高质量”的回潮效果。

二、基于自控技术的烟叶快速回潮总体设计思路

（一）以实验室的微型回潮研究为基础

在区公司及以邵波烟叶评级工匠室进行了微型快速回潮设备的研究成果，包含环境、方式等技术路线。为解决烟叶下炕后自然回潮“耗时长、效果差”的难题，提高烤房利用率；二是降低了叶片破损率，减少了烟叶损失，保护烟农和烟草公司的利益，前期针对温度在30-40度、在均值化的雾试环境下烟叶的效果上佳，为论证技术的可行性，针对实验室的环境进行小型回潮设备的研究，取得了良好的效果。

回潮设备设计思路

（二）回潮设计的整体技术路线

为解决烟叶烤后均值化快速回潮的问题，主要围绕环境设计、自动化控制设计等面进行规范、适用型的改造，技术路线主要从以下四个部分内容开展，一是先解决技术路线可行性的问题，通过实验室的先行验证，确认的技术路线可行；二是其次解决烤房内安全、快速上下烟的难题；三是围绕“均值化”回潮质量问题，通过对烤房微环境的研究设计，达到预期的效果；四是解决快速回潮的问题，应用高压喷雾设备，通过以上的环境设计、自动化控制、温湿联控等研究实现烟叶快速回潮。

三、基于自控技术的烟叶快速回潮需求功能设计

（一）均值化环境设计

1.回潮喷雾头的部署设计

一是在烤房底部进行回潮喷雾头的均匀的部署设计，按现有的烤房环境挂烟布局确保出雾相对均匀，考虑到雾化效果及烤房温度，安装部署的高压水管采用PE9.52高压喷雾PA管雾化喷头确保水的雾化效果，不会以水珠的形式停留在烟叶上；二是为更好的实现出雾均值化，出雾喷头间距控制在80CM，一座烤房内下部各部署一排（每排控制在10-12个）；三是喷雾头出雾方向不能直接对着烟叶，出雾头方向向下并与地面成45度的夹角设计。

2.鼓风机的均匀推雾设计

为更好的辅助雾化环境，用现有烤房的鼓风机均匀松风设计，在鼓风机口设计6路均匀喷雾头，进一步辅助从上部进风将雾气均匀的推送至烤房挂烟的每个角落。

（二）高压蒸汽发生器设计

1.回潮采用高压蒸汽发生器研究

为实现烤房内烟叶快速回潮功能，采用高压蒸汽发生器进行水雾快速生成，考虑到成本问题，实现“一器多用”的控制设计，一台高压蒸汽发生器可控制对多个烤房进行回潮出雾的功能，如下图所示。

2.自动化设备设计研究

因烟叶回潮的效果与温度有着紧密的联系，在30-50度之间的温度环境，更便于水雾的吸收，本项目的研究借助的烤房的加热设备烘烤后对烤房产生的内部温度，实现高压水雾的快速生成，凭借高压微孔产生超细雾粒(70%以上直径 小于4微米)的造雾系统，以自然的发生方式，经高压系统由管道将高压水通过红宝石撞针改变了射流截面速度分布，使大颗粒的水滴破碎成为小颗粒，小颗粒水滴在  气动力的作用下，进一步二次破碎雾化成直径1-15微米的“气雾”。同时高压的作用，使带电的微小水滴分裂为表层带负电、内层带正电，带负电的水滴表层和空气中的原子或分子结合，即形成负离子；较重的水滴内层则在重力作用下下沉，因而可以在空气中获得大量的负离子，形成颇似自然雾气的白色水雾如下图所示。

（三）自动化控制系统设计

通过嵌入式集成设计实现了烟叶回潮环境状态的自动控制，使烘烤工场管理人员只需按要求将设备连接安装好以后，打开电源和水源即可。系统会自动工作并在达到设定要求后自动停止回潮，蜂鸣器会通过报警提示操作人员回潮完毕，节省了现场用工。具体设计主要包含包部分内容一是基于高压蒸汽发生器的PLC编程控制，针对蒸汽发生器设备先确认工艺顺序，启动蒸汽发生器15秒，停止45秒，循环30分钟后，停止设备运行，确认PLC的组态，分配IO表，并根据控制要求进行控制程序的编写，从而实现蒸汽发生器的自动控制工作；二是基于烤房控制器的自动恒温控制编程，在烤房回潮过程中，通过与控制器进行自动温控接口设计，系统设置临界温度时，当烤房内回潮过程的温度低于临界最小温度，控制烤房自动辅热，当烤房内温度高于临界最高温度时，控制烤房停止辅热；三是实现烤房内湿度的检测，当湿度超过设置临界值时，进行预警或停止回潮操作，有效避免烟叶回潮过度造成的水分超限，确保烟叶回潮湿度满足交售要求。

四、基于自控技术的烟叶快速回潮方法

（一）回潮参数的实时监控与调整

为了实现精准的回潮控制，回潮烤房内安装了多组温湿度传感器。每组传感器负责实时监测环境的温度和湿度情况，通过数据采集接口将这些参数反馈给中央控制系统。温湿度传感器的安装位置在烤房的不同层次和角落，确保了对环境的全方位感知，从而更好地掌控烤房内部的均质化条件。这些传感器的数据以极高的采样频率传输，使控制系统能够捕捉到极细微的变化，确保系统可以及时调整以维持设定的理想回潮环境。这种实时的监控不仅可以提高烟叶回潮的效率，同时也避免了因湿度过高或过低造成的烟叶损坏。在监测过程中，中央控制系统可以根据设定的回潮参数，智能化地执行反馈调节。通过PLC（可编程逻辑控制器）的闭环控制系统，一旦检测到烤房内湿度低于设定阈值，系统会自动启动蒸汽发生器，以增加环境湿度。而当湿度达到上限时，系统会迅速停止蒸汽供应，以确保湿度不会过度上升。这种自动反馈调节机制，不仅减少了人为操作的干预，还使回潮过程更加高效和精准。此外，系统还能根据实时监测的温度变化进行温度调控，若温度低于设定值，自动辅热装置会进行加热，若超过设定上限，则会自动停止加热操作。

（二）设备异常诊断和故障处理

回潮系统配备了全面的异常诊断与故障处理机制。一旦系统监测到关键参数（如湿度、温度、压力）出现异常波动或超出安全范围，系统会立即触发异常报警机制，向操作员发出多渠道的警报提醒。例如，系统可以通过蜂鸣器现场报警，手机APP推送提醒，以及控制系统界面弹出警示信息等多种方式，及时通知到位的操作员，确保故障能够迅速得到处理，减少因设备停机或操作不当导致的生产延迟。此外，系统还具有自诊断和自动恢复功能，进一步提高了回潮过程的智能化水平。在系统发生故障时会进行自动化的自诊断，检测是否存在传感器连接错误、参数设置问题、或其他硬件异常。如果系统能够自行检测并解决问题，则会自动恢复运行，从而减少人为干预。如果问题超出系统自我恢复的能力范围，则会提示操作员进行手动处理，并同时生成一份详细的故障报告。此报告会记录故障发生时的环境参数、操作记录以及故障现象，为后续的维修和故障分析提供参考。

（三）智能化回潮流程管理

通过智能化管理系统，可以依据预设的回潮流程和参数，实现回潮流程的自动安排和优化，尤其在大型烤房中分布多批次烟叶时，系统可以根据各烤房的实时温湿度数据来智能安排设备的使用顺序。例如，系统会优先处理温度较高、湿度较低的烤房，以避免烟叶因长期干燥而破损，从而提高烟叶的利用率。此外，通过自动化设备调度和资源分配，智能化系统可以动态调整设备的运行，避免设备长时间连续工作导致的过热或故障，从而延长设备寿命。除了实时管理外，系统还会对回潮过程中生成的大量数据进行存档和分析。回潮的关键数据如温湿度曲线、喷雾时间、操作人员和故障日志等，都会被系统记录下来，供后续的生产流程优化和问题分析使用。通过对历史数据的统计和分析，可以发现最优的操作参数组合，为下一轮的回潮操作提供精确的参数指导。此外，系统还可以对回潮过程中不同批次的烟叶进行比较分析，进一步提高回潮的均匀性和质量一致性。

结束语

综上所述，本研究通过基于自控技术的烟叶快速回潮方法，解决了传统回潮方式耗时长、易碎等问题，有效提升了烟叶品质与烤房利用率。研究实现了自动化的温湿度实时监测、智能反馈调节以及设备故障诊断，有助于改善烟叶回潮过程的效率与均匀性。通过智能化管理系统，进一步优化了回潮过程中的参数设定与设备调度，确保了不同批次烟叶回潮效果的一致性。这一方法不仅降低了人工成本，还提高了回潮操作的便捷性与稳定性，为烟草行业提供了创新的自动化解决方案。

参考文献

[1]石刚, 叶林. 不同温湿度条件下蒸汽回潮对烟叶品质的影响[J]. 现代农业科技, 2024, (05): 165-168.

[2]虞昕磊, 刘俊, 王焱织, 王大爱, 倪德江, 袁跃斌, 李志豪, 刘圣高, 陈霓, 陶德欣, 韩智彪, 韩雷, 周绍桢. 茄衣烟叶发酵最适回潮含水率的筛选[J]. 农技服务, 2023, 40 (11): 58-68.

[3]王怀宇, 王立华, 蒋维, 魏启珂, 张浩. 烟叶复烤回潮有限元分析及工艺参数优化[J]. 科学技术与工程, 2023, 23 (16): 6993-7001.

[4]裴志明, 欧阳谨, 李彪, 高文, 杨洪艺, 张小东. 烟叶回潮机出口水分不均问题的解决[J]. 机械工程师, 2019, (06): 152-153+156.

[5]范勇, 郑利锋, 庞天航, 廖强. 烟叶松散回潮含水率控制方法的优化[J]. 轻工科技, 2019, 35 (04): 123-125.

[6]朱越, 陈礼鹏, 陈永前, 张建伟, 肖洁. 烤后烟叶真空回潮试验研究[J]. 农业装备技术, 2019, 45 (02): 32-34+36.