CN103202528B - 基于ht水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法及***，该控制方法通过调节HT回潮机蒸汽流量，补偿HT前来料叶丝水分波动，最大程度保持滚筒入口叶丝水分稳定，显著降低来料水分扰动对滚筒干燥过程的影响，保持干燥工艺参数稳定，提高过程加工质量稳定性；将滚筒入口处的叶丝水分和叶丝流量通过前馈加入到反馈控制***，提高了滚筒干燥过程水分调控的准确性；基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制***包括控制器单元、两个气动执行器、两个水分仪、电子流量称、运算器及筒壁蒸汽压力传感器；该控制***结构简单，成本低廉，易于推广。

Description

基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法及***

技术领域

本发明涉及基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法及***。

背景技术

滚筒干燥是影响烟草在制品加工质量的关键加工过程，该热湿处理过程会对叶丝物理、化学和感官特性方面等产生较大影响。该过程工作原理为储叶柜出来具有一定含水率的烟叶经切丝后，按喂料机皮带秤设定的流量，在HT回潮机中经蒸汽喷射增温增湿后，进入滚筒烘丝机；滚筒烘丝机通过蒸汽加热的筒壁和热风为叶丝提供干燥热源，使出口叶丝达到卷烟工艺要求的适合卷制的水分，同时通过叶丝松散卷曲，使填充值增加。

烘后叶丝的水分及其稳定性是影响烟支卷制质量的关键物理指标。由于滚筒烘丝过程存在来料叶丝水分、流量波动等较多扰动因素，使出口叶丝达到规定的质量指标，并使所有产出叶丝的水分均匀一致，是烘丝工序控制***设计的关键。目前烘丝工序水分控制以PID反馈控制为主，一般使用蒸汽回路控制，即对筒壁或热风换热器的蒸汽压力实施双闭环串级控制，通过调节筒壁或热风温度达到叶丝出***水率的要求。烘丝机正常工作时，控制器根据检测的出口水分偏差输出调节信号，由执行机构改变气动薄膜阀开度调节加热蒸汽压力，以此调节筒壁或热风温度。为减小来料叶丝水分波动这些扰动对***的影响，在反馈控制基础上，部分烘丝过程检测HT回潮机前来料叶丝水分、流量变化，并通过前馈的方式加到控制***中，即根据叶丝来料流量和入口叶丝的水分和当前出口所需水分给定值计算出相应的去水量，并换算成所需的蒸汽压力，将此压力作为给定值。

目前的这种前馈－反馈控制方式，一定程度可提高控制***对来料叶丝水分扰动的响应速度。然而对于来料叶丝水分波动，这种前馈方式主要靠改变干燥过程筒壁蒸汽压力等工艺参数来克服扰动，来料叶丝水分扰动较大时，筒壁温度、风温等工艺参数调节较大不利于产品内在质量的稳定；同时，该前馈控制是检测HT回潮机前来料叶丝水分、流量变化，而叶丝进入滚筒前还受HT回潮机增温增湿条件的影响，因此，前馈控制所采用的该点检测信号也不能准确反映进入滚筒干燥设备来料水分，影响控制精度。

发明内容

本发明提供了基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法及***，其目的是解决现有技术存在的不足，通过调节HT回潮机蒸汽流量，补偿HT前来料叶丝水分波动，以稳定滚筒入口叶丝水分，同时将滚筒入口前检测的叶丝水分通过前馈加入到滚筒干燥反馈控制***中，该控制方式显著降低来料水分扰动对滚筒干燥过程的影响，保持干燥工艺参数稳定，提高产品质量稳定性。

基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法，包括以下步骤：

步骤1：在HT回潮机出口处设置第一水分仪及电子流量秤，实时采集HT回潮机出口处的叶丝水分X₁和叶丝流量M₁；

步骤2：计算HT回潮机出口处的叶丝水分X₁与烘丝机滚筒入口处的叶丝水分第一给定值X₀₁的差值ΔX₁，利用差值信号ΔX₁作为第一气动执行器的输入信号，第一气动执行器输出HT蒸汽调节阀开度信号；

若差值ΔX₁为正，则通过气动执行器减小HT回潮机蒸汽调节阀的开度，直至HT回潮机出口处的叶丝水分X₁与给定值X₀₁一致；

若差值ΔX₁为负，则通过气动执行器增大HT回潮机蒸汽调节阀的开度，直至HT回潮机出口处的叶丝水分X₁与给定值X₀₁一致；

步骤3：在烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀处设置压力传感器，实时检测烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀的压力P；在烘丝机滚筒出口处设置第二水分仪，实时检测烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂，计算烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂与烘丝机滚筒出口处叶丝水分第二给定值X₀₂的出口水分偏差ΔX₂，即ΔX₂＝|X₂-X₀₂|；

步骤4：利用第二PID控制器的输出量驱动第二气动执行器，第二气动执行器输出烘丝机的筒壁蒸汽压力调节阀开度信号，使烘丝机滚筒出口处水分X₂与叶丝水分第二给定值X₀₂一致，返回步骤2；

若X₂＞X₀₂，则增大烘丝机的筒壁蒸汽压力调节阀的开度；若X₂＜X₀₂，则减小烘丝机的筒壁蒸汽压力调节阀的开度；

所述步骤4中采用双层PID控制方法，控制烘丝机滚筒出口处叶丝水分含量，其具体控制过程如下：

将实时采集HT回潮机出口处的叶丝水分X₁、叶丝流量M₁和叶丝出口水分第二给定值X₀₂作为前馈补偿控制器的输入量，计算脱水量Q＝M₁(X₁-X₀₂)/(1-X₀₂)，额定脱水量Q_T＝M₁(X₁-X₀₂)/(1-X₀₂)，ΔQ＝Q-Q_T；由于烘丝***在工作点附近为线性，前馈补偿控制器根据脱水量波动信号ΔQ输出烘丝机滚筒蒸汽压力第一给定值，即P₁＝kΔQ，其中k为系数，通过测定单位脱水量的蒸汽压力变化值得到；

将烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂与烘丝机滚筒出口处叶丝水分第二给定值X₀₂的出口水分偏差ΔX₂作为第一PID控制器的输入量，第一PID控制器的输出量为叶丝蒸汽压力第二给定值；

将叶丝蒸汽压力第一给定值和第二给定值之和作为叶丝蒸汽压力给定值，将叶丝蒸汽压力给定值与烘丝机滚筒壁蒸汽压力P之差作为第二PID控制器的输入量，第二PID控制器的输出信号为蒸汽压力调节阀阀门开度值。

所述第一水分仪和第二水分仪均为红外水分仪。

所述叶丝水分第一给定值X₀₁为20％-22％，叶丝水分第二给定值X₀₂为12.5％。

基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制***，采用所述的基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法，该基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝滚筒干燥过程控制***包括控制器单元、两个气动执行器、两个水分仪、电子流量秤、运算器及筒壁蒸汽压力传感器；

其中，控制器单元包括第一PID控制器、第二PID控制器及前馈补偿控制器，控制器单元、第二气动执行器、烘丝机筒壁蒸汽压力调节阀及烘丝机滚筒依次相连，第二水分仪的输入端与烘丝机滚筒的出口相连，第二水分仪的输出端与控制器单元相连，筒壁蒸汽压力传感器设置于烘丝机筒壁蒸汽压力调节阀出口，筒壁蒸汽压力传感器与控制器单元相连；

运算器、第一气动执行器、HT蒸汽流量调节阀、HT回潮机、第一水分仪及前馈补偿控制器依次相连；电子流量秤设置在HT回潮机出口处，与前馈补偿控制器相连；第一水分仪与运算器相连；

所述运算器用于计算叶丝进入HT回潮机时的叶丝水分波动值。

气动执行器带有数模转换模块，将数字差值信号转换为模拟信号，驱动调节阀门开度。

有益效果

本发明提供了基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法及***，该方法通过调节HT回潮机蒸汽流量，补偿HT前来料叶丝水分波动，最大程度保持滚筒入口叶丝水分稳定，显著降低来料水分扰动对滚筒干燥过程的影响，保持干燥工艺参数稳定，提高过程加工质量稳定性；将滚筒入口处的叶丝水分和叶丝流量通过前馈加入到反馈控制***，提高了滚筒干燥过程水分调控的准确性；该基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝滚筒干燥过程控制***包括控制器单元、两个气动执行器、两个水分仪、电子流量秤、运算器及筒壁蒸汽压力传感器；该控制***结构简单，成本低廉，易于推广。

附图说明

图1为现有技术中烘丝机滚筒干燥出口叶丝水分控制框图；

图2为本发明控制方法的控制框图；

图3为本发明控制***结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明做进一步的说明。

如图2所示，发明控制方法的控制框图，以甲厂某二类品牌卷烟配方叶丝A模块滚筒干燥加工工序为例：

步骤1：在HT回潮机出口处设置第一水分仪及电子流量秤，实时采集HT回潮机出口处的叶丝水分X₁和叶丝流量M₁；

步骤2：计算HT回潮机出口处的叶丝水分X₁与烘丝机滚筒入口处的叶丝水分第一给定值X₀₁的差值ΔX₁，利用差值信号ΔX₁作为第一气动执行器的输入信号，该信号经数模转换为电流模拟信号后，第一气动执行器输出HT蒸汽调节阀开度信号；X₀₁取值范围是20％～22％；

若差值ΔX₁为正，则通过气动执行器减小HT回潮机蒸汽调节阀的开度，直至HT回潮机出口处的叶丝水分X₁与给定值X₀₁一致；

若差值ΔX₁为负，则通过气动执行器增大HT回潮机蒸汽调节阀的开度，直至HT回潮机出口处的叶丝水分X₁与给定值X₀₁一致；

气动执行器带有数模转换模块，将数字差值信号转换为模拟信号，驱动调节阀门开度；

步骤3：在烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀处设置压力传感器，实时检测烘丝机滚筒蒸汽压力P；在烘丝机滚筒出口处设置第二水分仪，实时检测烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂，计算烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂与烘丝机滚筒出口处叶丝水分第二给定值X₀₂的出口水分偏差ΔX₂，即ΔX₂＝|X₂-X₀₂|；X₀₂

步骤4：利用第二PID控制器的输出量驱动第二气动执行器，第二气动执行器输出烘丝机的筒壁蒸汽压力调节阀开度信号，使烘丝机滚筒出口处水分X₂与叶丝水分第二给定值X₀₂一致，返回步骤2；

若X₂＞X₀₂，则增大烘丝机的筒壁蒸汽压力调节阀的开度；若X₂＜X₀₂，则减小烘丝机的筒壁蒸汽压力调节阀的开度；

所述步骤4中采用双层PID控制方法，控制烘丝机滚筒出口处叶丝水分含量，其具体操作过程如下：

将实时采集HT回潮机出口处的叶丝水分X₁、叶丝流量M₁和叶丝出口水分第二给定值X₀₂作为前馈补偿控制器的输入量，计算脱水量Q＝M₁(X₁-X₀₂)/(1-X₀₂)，额定脱水量Q_T＝M₁(X₀₁-X₀₂)/(1-X₀₂)，ΔQ＝Q-Q_T；由于烘丝***在工作点附近为线性，前馈补偿控制器根据脱水量波动信号ΔQ输出烘丝机的滚筒蒸汽压力第一给定值，即P₁＝kΔQ，其中k为系数，通过测定单位脱水量的蒸汽压力变化值得到；

第一PID控制器的P值、I值及D值分别设置为1.5、12及10，将烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂与烘丝机滚筒出口处叶丝水分第二给定值X₀₂的出口水分偏差ΔX₂作为第一PID控制器的输入量，第一PID控制器的输出量为叶丝蒸汽压力第二给定值；

第二控制器P值、I值及D值分别设置为2、200及180，将叶丝蒸汽压力第一给定值和第二给定值之和作为叶丝蒸汽压力给定值，利用叶丝蒸汽压力给定值与烘丝机滚筒壁蒸汽压力P之差作为第二PID控制器的输入量，第二PID控制器的输出信号为蒸汽压力调节阀阀门开度值。

如图3所示，基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制***，采用所述的基于排潮湿度控制叶丝滚筒干燥出口水分的方法，该基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝滚筒干燥过程控制***包括控制器单元、两个气动执行器、两个水分仪、电子流量秤、运算器及筒壁蒸汽压力传感器；

其中，控制器单元包括第一PID控制器、第二PID控制器及前馈补偿控制器，控制器单元、第二气动执行器、烘丝机筒壁蒸汽压力调节阀及烘丝机滚筒依次相连，第二水分仪的输入端与烘丝机滚筒的出口相连，第二水分仪的输出端与控制器单元相连，筒壁蒸汽压力传感器的输入端与烘丝机筒壁蒸汽压力调节阀出口相连，筒壁蒸汽压力传感器的输出端与控制器单元相连；

运算器、第一气动执行器、HT蒸汽流量调节阀、HT回潮机、第一水分仪及前馈补偿控制器依次相连；电子流量秤设置在HT回潮机出口处，与前馈补偿控制器相连；第一水分仪与运算器相连。

传统控制方法的控制框图如图1所示，在相同原料及工况条件下，采用本发明控制方法与传统控制方法对叶丝进行干燥，叶丝入口和出口水分稳定性比较见表1，可以看出采用本方法滚筒入口和出口叶丝水分标偏降低，即叶丝水分稳定性明显改善。

表1烘丝滚筒入口和出口水分稳定性比较

Claims (4)

1.基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：在HT回潮机出口处设置第一水分仪及电子流量秤，实时采集HT回潮机出口处的叶丝水分X₁和叶丝流量M₁；

步骤2：计算HT回潮机出口处的叶丝水分X₁与烘丝机滚筒入口处的叶丝水分第一给定值X₀₁的差值ΔX₁，利用差值信号ΔX₁作为第一气动执行器的输入信号，第一气动执行器输出HT回潮机蒸汽流量调节阀开度信号；

步骤3：在烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀处设置滚筒蒸汽压力传感器，实时检测烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀的压力P；在烘丝机滚筒出口处设置第二水分仪，实时检测烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂，计算烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂与烘丝机滚筒出口处叶丝水分第二给定值X₀₂的出口水分偏差ΔX₂，即ΔX₂＝|X₂-X₀₂|；

步骤4：采用双层PID控制方法，利用第二PID控制器的输出量驱动第二气动执行器，第二气动执行器输出烘丝机的滚筒蒸汽压力调节阀开度信号，使烘丝机滚筒出口处水分X₂与叶丝水分第二给定值X₀₂一致，返回步骤2；

所述步骤4中采用双层PID控制方法，控制烘丝机滚筒出口处叶丝水分含量，其具体控制过程如下：

将实时采集HT回潮机出口处的叶丝水分X₁、叶丝流量M₁和出口叶丝水分第二给定值X₀₂作为前馈补偿控制器的输入量，计算脱水量Q＝M₁(X₁-X₀₂)/(1-X₀₂)，额定脱水量Q_T＝M₁(X₀₁-X₀₂)/(1-X₀₂)，ΔQ＝Q-Q_T；由于烘丝机在工作点附近为线性，前馈补偿控制器根据脱水量波动信号ΔQ输出烘丝机的滚筒蒸汽压力第一给定值P₁，即P₁＝kΔQ，其中k为系数，通过测定单位脱水量的蒸汽压力变化值得到；

将烘丝机滚筒出口处叶丝水分X₂与烘丝机滚筒出口处叶丝水分第二给定值X₀₂的出口水分偏差ΔX₂作为第一PID控制器的输入量，第一PID控制器的输出量为滚筒蒸汽压力第二给定值；

将滚筒蒸汽压力第一给定值和第二给定值之和作为滚筒蒸汽压力给定值，将滚筒蒸汽压力给定值与烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀的压力P之差作为第二PID控制器的输入量，第二PID控制器的输出信号为蒸汽压力调节阀阀门开度值。

2.根据权利要求1所述的基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法，其特征在于，所述第一水分仪和第二水分仪均为红外水分仪。

3.根据权利要求1所述的基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法，其特征在于，所述叶丝水分第一给定值X₀₁为20％-22％，叶丝水分第二给定值X₀₂为12.5％。

4.基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝滚筒干燥控制***，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝干燥控制方法，该基于HT水分补偿的前馈和反馈的叶丝滚筒干燥控制***包括控制器单元、两个气动执行器、两个水分仪、电子流量秤、运算器及滚筒蒸汽压力传感器；

其中，控制器单元包括第一PID控制器、第二PID控制器及前馈补偿控制器，控制器单元、第二气动执行器、烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀及烘丝机滚筒依次相连，第二水分仪的输入端与烘丝机滚筒的出口相连，第二水分仪的输出端与控制器单元相连，滚筒蒸汽压力传感器设置于烘丝机滚筒蒸汽压力调节阀出口，滚筒蒸汽压力传感器与控制器单元相连；

运算器、第一气动执行器、HT回潮机蒸汽流量调节阀、HT回潮机、第一水分仪及前馈补偿控制器依次相连；电子流量秤设置在HT回潮机出口处，与前馈补偿控制器相连；第一水分仪与运算器相连；

所述运算器用于计算叶丝进入HT回潮机时的叶丝水分波动值。