CN103202532A - 一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法及系统，将排潮风的湿度H设定为对叶丝滚筒干燥出口水分进行PID控制的调节变量，设定排潮风湿度调节域，通过PID实时控制烘丝机滚筒干燥出口叶丝水分，在保证叶丝内在质量稳定的基础上，可提高叶丝出口水分控制的准确性、稳定性；该系统包括控制器单元、气动执行器、水分仪及排潮湿度传感器，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、气动执行器、风门及烘丝机依次相连，该装置结构简单、易于实现，由于介质湿度检测相对准确，且检测装置廉价易购，能够准确稳定的控制叶丝滚筒干燥出口水分。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法及系统。
背景技术
在烟草加工过程中，滚筒叶丝干燥是制丝生产线上的重要环节，其主要工艺任务一是通过干燥脱水使出口叶丝含水量达到卷烟工艺要求的适合卷制的水分含量，二是在内在质量提高的前提下，通过松散卷曲，使叶丝填充值增加，提高在线膨胀效果，降低卷制消耗。该过程工作原理为储叶柜出来且具有一定含水率的烟叶经切丝后，按设定流量经电子皮带秤称重，并经增温增湿后进入滚筒烘丝机；蒸气加热的筒壁和热风为叶丝提供干燥热源，热风携带叶丝干燥蒸发的水分及粉尘由排潮管道排出，使出口叶丝水分降低，达到设定的出口水分要求，也达到在线叶丝膨胀的目的。
使烘后叶丝的水分达到规定的质量指标，并使所有产出叶丝的水分均匀一致，是烘丝工序控制系统设计的关键和难点。目前大多数烘丝机叶丝水分PID控制中以筒壁或热风温度作为操纵变量，通过调节筒壁蒸气压力或热风换热器加热蒸汽压力，调控叶丝水分达到出口含水率的要求。然而由于滚筒热惯性较大，筒壁温度响应滞后，频繁调节筒壁温度等控制出口水分，容易引起出口叶丝水分波动；同时，由于筒壁或热风温度对叶丝内在质量影响较大，该方式也不利于叶丝内在质量稳定控制。目前部分滚筒干燥过程开始采用热风及排潮风量作为操纵变量，调控出口水分。由于热风和排潮风量主要通过间接影响筒内尤其是后段介质湿度，进而作用于叶丝干燥过程。因而与干燥介质湿度相比，热风及排潮风量与叶丝出口水分的直接相关性较差。此外，目前该控制方式下较多烘丝机是通过检测风门开度信号来间接反映风量，而实际上，一方面风门开度和风量值并非线性关系，再者即使风机频率和风门开度均一致，而风温等参数不同时，风量也可能会有差异，因此通过检测风门开度信号来间接反映风量的控制方式也会影响水分控制精度。
发明内容
本发明提供了一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法及系统，其目的在于克服现有技术中的不足，通过在滚筒出料罩检测排潮风湿度，并以排潮湿度作为操纵变量，调控叶丝出口水分，在保证叶丝内在质量稳定的基础上，提高叶丝滚筒干燥出口水分控制的准确性、稳定性。
一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：在滚筒出料罩上设置湿度传感器，实时采集排潮风的湿度H；
步骤2：设定排潮风湿度调节域[Hmin，Hmax]，Hmin的取值范围是80%-90%，Hmax的取值范围是91%-96%；
步骤3：采用水分仪检测烘丝机滚筒出口处叶丝水分X，计算烘丝机滚筒出口处叶丝水分X与烘丝机滚筒出口处叶丝水分设定值X0的出口水分偏差ΔX，即ΔX=|X-X0|，若出口水分偏差ΔX≤0.5%，进入步骤4，否则，转入步骤5；
步骤4：判定排潮风湿度值H是否满足Hmin<H<Hmax，若满足则采用双层PID控制方法，通过同时改变排潮和热风风门开度，调节烘丝机滚筒出口处叶丝水分X，使出口处叶丝水分X与叶丝水分设定值X0一致；
若X＞X0，则同时增大排潮和热风风门开度；若X＜X0，则同时减小排潮和热风风门开度，返回步骤3；
否则，若排潮风湿度H不在范围[Hmin，Hmax]中，则进入步骤5；
步骤5：调节滚筒壁温度T，通过改变筒壁蒸汽压力阀开度调节蒸汽压力，进而改变筒壁温度，调节至烘丝机滚筒出口处叶丝水分X与叶丝水分设定值X0一致；若H＜Hmin，则减小筒壁蒸汽压力；若H＞Hmax，则增大筒壁蒸汽压力；返回步骤3；
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：
利用第一PID控制器和第二PID控制器，以叶丝排潮湿度给定值与实时采集的叶丝排潮湿度之差作为第二PID控制器的输入信号，第二PID控制器的输出信号为风门开度值；
其中，叶丝排潮湿度给定值是叶丝湿度第一设定值与叶丝湿度第二设定值之和；
叶丝湿度第一设定值是前馈补偿模块的输出量，所述前馈补偿模块的输入量包括物料滚筒入口处叶丝流量、入口水分及物料滚筒出口处叶丝水分设定值；
叶丝湿度第二设定值是利用烘丝机滚筒出口处实时采集的叶丝水分与叶丝水分设定值X0的差值作为第一PID控制器的输入信号后，第一PID控制器输出的叶丝湿度值。
所述水分仪为红外水分仪。
所述步骤3中出口水分设定值X0为12.5%。
所述步骤2中排潮风湿度调节域为[85%，95%]。
一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制系统，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，该基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制系统包括控制器单元、气动执行器、水分仪及排潮湿度传感器，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、气动执行器、风门及烘丝机依次相连，水分仪的输入端与烘丝机的出口相连，水分仪的输出端与控制器单元相连，排潮湿度传感器设置于风门出口，排潮湿度传感器的输出端与控制器单元相连。
所述调节滚筒壁温度控制烘丝机滚筒出口叶丝水分为现有技术中的控制方式。
有益效果
本发明提供了一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法及系统，将排潮风的湿度H设定为对叶丝滚筒干燥出口水分进行PID控制的调节变量，设定排潮风湿度调节域为[85%，95%]，通过PID实时控制烘丝机滚筒干燥出口叶丝水分，在保证叶丝内在质量稳定的基础上，可提高叶丝出口水分控制的准确性、稳定性；该装置包括控制器单元、气动执行器、水分仪及排潮湿度传感器，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、气动执行器、风门及烘丝机依次相连，水分仪的输入端与烘丝机的出口相连，水分仪的输出端与控制器单元相连，排潮湿度传感器设置于风门出口，排潮湿度传感器的输出端与控制器单元相连，该装置结构简单、易于实现，由于介质湿度检测相对准确，且检测装置廉价易购，能够准确稳定的控制叶丝滚筒干燥出口水分。
附图说明
图1为本发明的控制方法流程图；
图2为本发明的控制方法的控制框图；
图3为本发明控制系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实例对本发明做进一步的说明。
结合图1和图2，以某卷烟厂A牌号模块配方叶丝生产过程为例，对基于排潮湿度控制叶丝滚筒干燥出口水分方法进行详细描述。
一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法的具体步骤如下：
（1）在滚筒出料罩设置排潮风湿度检测单元，在线检测采集排潮风湿度信号，同时，将排潮风的湿度H设定为对叶丝水分进行PID控制的调节变量；
（2）根据某牌号产品要求的烘丝机筒壁温度和热风温度参数，设定筒壁温度150°C、热风温度100°C，并设定排潮风湿度调节域为[85%，95%]；
（3）正常生产过程中，通过水分仪检测到叶丝出口水分X，计算检测的出口水分X与出口水分设定值12.5%偏差ΔX，即ΔX=|X-X0|，若出口水分偏差ΔX≤0.5%，进入步骤4，否则，转入步骤5；
（4）判定排潮风湿度值H是否满足85%<H<95%，若满足则采用双层PID控制方法，通过同时改变排潮和热风风门开度，调节叶丝滚筒干燥出口水分X；若X＞X0，则同时增大排潮和热风风门开度；若X＜X0，则同时减小排潮和热风风门开度，使出口水分检测X与设定值X0一致，返回步骤3；
否则，若排潮风湿度H不在范围[85%，95%]中，则进入步骤5；
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：
利用第一PID控制器和第二PID控制器，以叶丝排潮湿度给定值与实时采集的叶丝排潮湿度之差作为第二PID控制器的输入信号，第二PID控制器的输出信号为风门开度值；
其中，叶丝排潮湿度给定值是叶丝湿度第一设定值与叶丝湿度第二设定值之和；
叶丝湿度第一设定值是前馈补偿模块的输出量，所述前馈补偿模块的输入量包括物料滚筒入口处叶丝流量、入口水分及物料滚筒出口处叶丝水分设定值；
叶丝湿度第二设定值是利用烘丝机滚筒出口处实时采集的叶丝水分与叶丝水分设定值X0的差值作为第一PID控制器的输入信号后，第一PID控制器输出的叶丝湿度值。
（5）调节滚筒壁温度T，通过筒壁蒸汽压力阀开度调节蒸汽压力，改变筒壁温度，调节至烘丝机滚筒干燥出口叶丝水分X与设定值X0一致；若H＜Hmin，则减小筒壁蒸汽压力；若H＞Hmax，则增大筒壁蒸汽压力；返回步骤3。
所述调节滚筒壁温度控制烘丝机滚筒出口叶丝水分为现有技术中的控制方式。
如图3所示，为本发明的控制系统结构示意图。
一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制系统，包括控制器单元、气动执行器、水分仪及排潮湿度传感器，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、气动执行器、风门及烘丝机依次相连，水分仪的输入端与烘丝机的出口相连，水分仪的输出端与控制器单元相连，排潮湿度传感器设置于风门出口，排潮湿度传感器的输出端与控制器单元相连。
第一PID控制器工作过程：
第一PID控制器的P值、I值及D值分别设置为1.2、12及10，比较实时测得的烘丝机出口叶丝水分与给定的出口水分值之间的偏差，根据偏差信号大小，按比例+微分+积分调节规律输出叶丝湿度第二给定值，并与前馈补偿模块输出的叶丝湿度第一给定值相加，得到叶丝排潮湿度给定值，输入第二PID控制器。
第二PID控制器工作过程：
第二控制器P值、I值及D值分别设置为2、250及200，比较测定的排潮湿度与叶丝排潮湿度给定值之间的偏差，根据偏差信号大小，按比例+微分+积分调节规律输出风门开度信号，该信号经数模转换为电流模拟信号后，驱动气动执行器改变风门开度，稳定排潮湿度。
根据测定的来料烟丝水分X1、烟丝流量M1与给定的出口水分值X0计算脱水量Q，即Q=M1(X1-X0)/(1-X0)，额定脱水量为QT，ΔQ=Q-QT；由于烘丝系统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，输出叶丝湿度第一给定值H1，即H1=kΔQ，其中k为系数，通过测定单位脱水量的湿度变化值得到。
相同原料及加工条件下，采用本发明方法与传统方法对叶丝进行干燥，叶丝出口水分稳定性比较见表1，可以看出采用本方法滚筒出口叶丝水分标偏降低，变异系数明显低于传统方法，即叶丝水分稳定性明显改善。
表1叶丝滚筒出口水分稳定性比较
Claims (5)
1.一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1：在滚筒出料罩上设置湿度传感器，实时采集排潮风的湿度H；
步骤2：设定排潮风湿度调节域[Hmin，Hmax]，Hmin的取值范围是80%-90%，Hmax的取值范围是91%-96%；
步骤3：采用水分仪检测烘丝机滚筒出口处叶丝水分X，计算烘丝机滚筒出口处叶丝水分X与烘丝机滚筒出口处叶丝水分设定值X0的出口水分偏差ΔX，即ΔX=|X-X0|，若出口水分偏差ΔX≤0.5%，进入步骤4，否则，转入步骤5；
步骤4：判定排潮风湿度值H是否满足Hmin<H<Hmax，若满足则采用双层PID控制方法，通过同时改变排潮和热风风门开度，调节烘丝机滚筒出口处叶丝水分X，使出口处叶丝水分X与叶丝水分设定值X0一致；
若X＞X0，则同时增大排潮和热风风门开度；若X＜X0，则同时减小排潮和热风风门开度，返回步骤3；
否则，若排潮风湿度H不在范围[Hmin，Hmax]中，则进入步骤5；
步骤5：调节滚筒壁温度T，通过改变筒壁蒸汽压力阀开度调节蒸汽压力，进而改变筒壁温度，调节至烘丝机滚筒出口处叶丝水分X与叶丝水分设定值X0一致；若H＜Hmin，则减小筒壁蒸汽压力；若H＞Hmax，则增大筒壁蒸汽压力；返回步骤3；
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：
利用第一PID控制器和第二PID控制器，以叶丝排潮湿度给定值与实时采集的叶丝排潮湿度之差作为第二PID控制器的输入信号，第二PID控制器的输出信号为风门开度值；
其中，叶丝排潮湿度给定值是叶丝湿度第一设定值与叶丝湿度第二设定值之和；
叶丝湿度第一设定值是前馈补偿模块的输出量，所述前馈补偿模块的输入量包括物料滚筒入口处叶丝流量、入口水分及物料滚筒出口处叶丝水分设定值；
叶丝湿度第二设定值是利用烘丝机滚筒出口处实时采集的叶丝水分与叶丝水分设定值X0的差值作为第一PID控制器的输入信号后，第一PID控制器输出的叶丝湿度值。
2.根据权利要求1所述的一种基于排潮湿度控制叶丝滚筒干燥出口水分的方法，其特征在于，所述水分仪为红外水分仪。
3.根据权利要求1所述的一种基于排潮湿度控制叶丝滚筒干燥出口水分的方法，其特征在于，所述步骤3中出口水分设定值X0为12.5%。
4.根据权利要求1所述的一种基于排潮湿度控制叶丝滚筒干燥出口水分的方法，其特征在于，所述步骤2中排潮风湿度调节域为[85%，95%]。
5.一种基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制系统，其特征在于，采用权利要求1-4任一项所述的基于排潮湿度控制叶丝滚筒干燥出口水分的方法，该基于排潮湿度的叶丝滚筒干燥出口水分控制系统包括控制器单元、气动执行器、水分仪及排潮湿度传感器，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、气动执行器、风门及烘丝机依次相连，水分仪的输入端与烘丝机的出口相连，水分仪的输出端与控制器单元相连，排潮湿度传感器设置于风门出口，排潮湿度传感器的输出端与控制器单元相连。
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