CN104839880A - 一种加香瞬时精度的控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加香瞬时精度的控制装置及方法，加香罐、大流量加香系统和小流量加香系统，大流量加香系统和小流量加香系统结构相同，二者独立工作。本发明针对现有的加香系统加香瞬时流量波动大，瞬时流量精度较差的问题，本发明通过设置两套加香系统，合理设置两套加香系统的加香比例分配，形成双级串联控制系统，添加前馈、扰动控制环节，提升了加香瞬时流量精度，减少了系统超调量和滞后量，保障批次物料添加香液的均匀一致，达到加工同质化的目的；该发明操作简单，加香效果良好，具有很好的工业应用价值和推广应用前景。本发明不仅适用于加香工序，同时也适用于对物料添加其它料液的工序，也可以推广到两种物料准确添加的控制系统。

Description

一种加香瞬时精度的控制装置及方法

技术领域

    本发明涉及烟丝生产技术领域，尤其涉及一种加香瞬时精度的控制装置及方法。

背景技术

在烟草制造加工过程中，加香工序是制丝加工极其重要的一环。加香系统一般由流量计、加香泵、变频器组成，瞬时加香流量设定值的计算如下：瞬时加香流量设定值=物料流量×加香比例。根据流量计检测的瞬时流量，调整变频器频率控制加香泵转速，从而实现控制加香的目的。现有的加香工序采用单喷嘴加香，根据电子称实际流量随时调整加香流量的设定值，属于跟踪调节系统，瞬时流量波动大，系统静差不能有效降低，存在超调量和滞后量，料头料尾不易控制，导致整批次物料添加香液的均匀性较差。现有技术采用根据整体加香总量进行补偿又会造成批次前后不一致，达不到加工同质化的目的。

发明内容

 本发明的目的是提供一种加香瞬时精度的控制装置及方法，能跟踪调节加香流量，减少系统静差，降低超调和滞后量，使加香更加均匀。

 本发明采用下述技术方案：

一种加香瞬时精度的控制装置，包括加香罐、大流量加香系统和小流量加香系统，大流量加香系统和小流量加香系统结构相同，二者独立工作；所述的加香系统包括加香管路、喷嘴、雾化系统和中央控制器，加香罐输出端连接加香管路进料端，加香管路上依次设置有电磁阀、加香泵和流量计，电磁阀、加香泵和流量计的信号端分别与中央控制器相连接；加香管路的出料端连接气动三通球阀进料口，气动三通球阀一个出料口连接喷嘴，另一出料口通过管路连接加香罐的入料端；所述雾化系统的出气端口与喷嘴连接，气动三通球阀的驱动电磁阀与中央控制器连接。

所述的雾化系统包括压缩空气气路，压缩空气气路上依次设置有开关电磁阀和减压阀，开关电磁阀和减压阀的信号端分别与中央控制器相连接。

所述的加香罐的入料端也设置有气动三通球阀，所述气动三通球阀的气路驱动电磁阀与中央控制器相连。

所述大流量加香系统的流量计的量程大于小流量加香系统的量程，且大流量加香系统采用的为隔膜泵，小流量加香系统的为柱塞泵。

一种加香瞬时精度的控制方法，包括以下步骤进行分阶段控制：

在料头阶段，小流量加香系统进行定值控制，大流量加香系统进行跟踪控制；

在料中阶段，即正常生产过程，大流量加香系统进行定值控制，小流量加香系统进行跟踪控制，以总的加香瞬时流量减去大流量加香系统的加香瞬时流量设定值为基准值，以大流量加香系统的稳态误差为前馈值，以根据一个加香周期内料罐加香重量和实际物料重量计算出的加香瞬时流量误差为扰动值，三部分相加进行跟踪控制；

在料尾阶段，两个加香系统都进行跟踪控制，根据实际物料流量小于一个设定值时，只采用小流量加香系统。

所述料头阶段具体步骤如下：

A：正常工作时，由电子秤时刻监测香料物流通道中的物料流量值，并把监测值m发送到中央控制器；在料头阶段，当中央控制器收到监测值m时，把监测值m与设定值n进行比较，如果监测值m低于设定值n的20%，则发送气动信号到小流量加香系统，小流量加香系统打开加香管路上的电磁阀，小流量加香系统以流量设定值a2=m×k进行加香控制，k为加香比例值；

K：当中央控制器收到监测值m，且监测值m大于设定值n的20%时，中央控制器则发送气动信号到大流量加香系统，大流量加香系统打开电磁阀，并以控制量a1进行流量控制，其中a1=（m-n×0.1）×k，同时小流量加香系统以控制量a2=n×0.1×k进行加香控制；此时两套加香系统同时工作。

所述料中阶段具体步骤如下：

C：在料中阶段，当中央控制器收到监测值m，且监测值m大于设定值n的90%时，则中央控制器发送流量控制量分别到大流量和小流量加香系统；两套加香系统同时工作，大流量控制量a1= n×k×0.9；小流量控制量a2=a3+c+d；其中基准值a3=（m- n×0.9）×k；c是大流量加香系统误差，即是大流量加香系统实际加香瞬时值和设定值之间的差值；d是加香周期内的加香总量误差计算出的瞬时加香流量误差值。

所述料尾阶段具体步骤如下：

D：在料尾阶段，当电子秤监测的流量变小，当m<90%×n时，则中央控制器发送控制信号分别到两个加香系统，小流量加香系统的控制量a2=m×0.3×k，大流量加香系统的控制量a1= m×0.7×k

E：当电子秤监测的流量变小时，而且中央控制器收到监测值m小于设定值n的30%时，中央控制器发送关闭信号到小流量加香系统，发送控制量a2=m×k到小流量加香系统进行控制。

    本发明针对现有的加香系统加香瞬时流量波动大，瞬时流量精度较差的问题，本发明通过设置两套加香系统，合理设置两套加香系统的加香比例分配，形成双级串联控制系统，添加前馈、扰动控制环节，提升了加香瞬时流量精度，减少了系统超调量和滞后量，保障批次物料添加香液的均匀一致，达到加工同质化的目的；该发明操作简单，加香效果良好，具有很好的工业应用价值和推广应用前景。本发明不仅适用于加香工序，同时也适用于对物料添加其它料液的工序，也可以推广到两种物料准确添加的控制系统。

附图说明

图1为本发明加香管路结构示意图；

图2为本发明流程控制图。

具体实施方式

如图1所示，一种加香瞬时精度的控制装置，包括加香罐22、大流量加香系统和小流量加香系统，大流量加香系统和小流量加香系统结构相同，二者独立工作；所述的加香系统包括加香管路、喷嘴、雾化系统和中央控制器，加香罐22输出端连接加香管路进料端，加香管路上依次设置有电磁阀、加香泵和流量计，电磁阀、加香泵和流量计的信号端分别与中央控制器相连接；具体如图所示，电磁阀8、三联柱塞泵12、质量流量计13和电磁阀14组成大流量加香系统；电磁阀7、三联柱塞泵9、质量流量计10和电磁阀11组成小流量加香系统；加香管路的出料端连接气动三通球阀进料口，气动三通球阀一个出料口连接喷嘴，另一出料口通过管路连接加香罐22的入料端；所述雾化系统的出气端口与喷嘴连接，气动三通球阀的驱动电磁阀与中央控制器连接。所述的雾化系统包括压缩空气气路，压缩空气气路上依次设置有开关电磁阀和减压阀，开关电磁阀和减压阀的信号端分别与中央控制器相连接。所述的加香罐22的入料端也设置有气动三通球阀，所述气动三通球阀的气路驱动电磁阀与中央控制器相连。

具体的：压缩空气1、电磁阀3、减压阀5组成小流量加香系统的雾化装置；压缩空气2、电磁阀4、减压阀6组成大流量加香系统的雾化装置；气动三通球阀15、16、19组成香液回流系统。

 生产准备阶段加香罐22中的香液通过双加香系统和回流系统重新回到加香罐22，使整个加香管路系统中充满香液，排出空气。当电子称有物料时，进入生产阶段开始加香，气动三通球阀15、16开始动作，使香液向加香喷嘴17、18流动，同时雾化装置的压缩空气通过加香喷嘴17、18对香液进行引射，雾化香液向物料进行喷射。生产结束后，系统对管路进行清洗，污水通过排污口20排出地沟，加香罐22污水通过排污口21排出地沟。

本发明在加香管路系统中设置两路加香管道，同时进行加香。两路加香管道中一路加香管道采用大流量加香，一路采用小流量加香。小流量加香系统应能快速反应大流量加香系统在稳态工作时的系统误差，达到快速调节的目的；同时小流量加香系统的快速响应性是调整的波动区间变窄，减少系统的超调量和滞后性。

如图2所示，所述控制方法包括以下步骤分阶段进行控制：

在料头阶段，小流量加香系统进行定值控制，大流量加香系统进行跟踪控制；所述料头阶段具体如下：

A：正常工作时，由电子秤时刻监测香料物流通道中的物料流量值，并把监测值m发送到中央控制器；在料头阶段，当中央控制器收到监测值m时，把监测值m与设定值n进行比较，如果监测值m低于设定值n的20%，则发送气动信号到小流量加香系统，小流量加香系统打开加香管路上的电磁阀，小流量加香系统以流量设定值a2=m×加香比例k进行加香控制，本发明在料前用采用20%判断量，是为了利用控制系统的超调量，利用超调量快速适应物料流量的增长，以大流量的超调量满足物料流量的增长趋势的变化；

B：当中央控制器收到监测值m，且监测值m大于设定值n的20%时，中央控制器则发送气动信号到大流量加香系统，大流量加香系统打开电磁阀，并以控制量a1进行流量控制，其中a1=（m-n×0.1）×k，同时小流量加香系统以控制量a2=n×0.1×k进行加香控制；k为加香比例值；两套加香系统同时工作。

所述的在料头阶段，即电子称物料瞬时流量过低，此时瞬时流量少于设定流量的90%，由小系统加香系统进行加香，当超出电子称设定流量的20%时，小流量加香系统以物料流量设定值n×0.1×加香比例k（0.1是承担10%的加香量）为加香瞬时流量设定值a2进行定制控制；大流量加香系统以（物料流量实际值m-物料流量设定值n×0.1）×加香比例k（承担90%的加香量）为加香瞬时流量设定值a1进行跟踪调节，考虑到跟踪系统的滞后性，利用大流量加香系统跟踪加香瞬时流量设定值的增加形成的超调量弥补因为物料实际流量的快速上升形成的瞬时加香误差。

在料中阶段，即正常生产过程，大流量加香系统进行定值控制，小流量加香系统进行跟踪控制，以总的加香瞬时流量减去大流量加香系统的加香瞬时流量设定值为基准值，以大流量加香系统的稳态误差为前馈值，以根据一个加香周期内料罐加香重量和实际物料重量计算出的加香瞬时流量误差为扰动值，三部分相加进行跟踪控制；所述料中阶段具体如下：

C：在料中阶段，当中央控制器收到监测值m，且监测值m大于设定值n的90%时，则中央控制器发送流量控制量分别到大流量和小流量加香系统；两套加香系统同时工作，大流量a1= n×k×0.9。小流量a2=a3+c+d；基准值a3=（m- n×0.9）×k；c是大流量加香系统误差，即是大流量加香系统实际加香瞬时值和设定值之间的差值；d是加香周期内的加香总量误差计算出的瞬时加香流量误差值。当物料实际流量超过设定流量的90%时，大流量加香系统转入定值控制，瞬时加香流量设定值a1=物料流量设定值n×加香比例k×0.9。

所述的料中阶段，即此时大流量加香系统的瞬时加香流量设定值是固定不变的，大流量加香系统快速进入稳态过程，形成相对固定的系统静差c。小流量加香系统转入跟踪控制，瞬时加香流量设定值a2的基准值a3=（物料流量实际值m-物料流量设定值n×0.9）×加香比例k；前馈值是大流量加香系统的系统静差c；扰动值是一个加香周期内的加香总量误差计算出的瞬时加香流量误差值d，计算方法是1分钟（加香周期）内，根据电子称的实际累积量计算应该加香的总量，与料罐的实际加香量的差值，除以周期时间计算出在一个加香周期内的瞬时流量误差d。基准值、前馈值、扰动值都是变化值，三者相加组成小流量的加香系统瞬时加香流量设定值进行调节，即a2=a3+c+d。

大流量加香系统形成双级串联控制系统的基础，物料流量实际值-物料流量设定值×0.9反映了物料实际流量的波动值。波动值相对于物料流量设定值，波动值与物料流量设定值的10%相比更为显著，从而更为快速的调节。因为大流量加香系统的瞬时加香流量设定值随着波动值的变化而变化，从而能够跟踪流量的实际波动情况，所以小流量加香系统是跟踪控制系统。

小流量加香系统是为了弥补大流量加香系统的系统静差c，作为前馈控制。小流量加香系统的加香量基数较小，使大流量加香系统的系统静差c能够在小流量加香系统中显著调节，降低整个系统的加香误差，从而使整个加香瞬时流量更为准确，瞬时流量精度得到提高。

扰动值d是一个加香周期内的加香总量误差。在一个较短的加香周期内，根据电子称的实际累积量计算应该加香的总量，与料罐的实际加香量的差值，除以周期时间计算出在一个加香周期内的瞬时流量误差，作为扰动控制加入小流量加香系统进行调节。

在料尾阶段，两个加香系统都进行跟踪控制，根据实际物料流量小于一个设定值时，只采用小流量加香系统。所述料尾阶段具体如下：

D：在料尾阶段，当电子秤监测的流量变小，当m<90%×n时，则中央控制器发送控制信号分别到两个加香系统，小流量加香系统的控制量a2=m×0.3×k，大流量加香系统的控制量a1= m×0.7×k小流量加香系统瞬时加香流量设定值由三部分相加组成。大流量加香系统是（物料流量实际值-物料流量设定值×0.9）×加香比例，即（m-n×0.9）×k；

E：当电子秤监测的流量变小时，而且中央控制器收到监测值m小于设定值n的30%时，中央控制器发送关闭信号到小流量加香系统，发送控制量a2=m×k到小流量加香系统进行控制。

所述的料尾阶段，表示生产即将完成，电子称流量开始减少，当少于设定流量的90%时，大流量加香系统以物料流量实际值m×加香比例k×0.7为加香瞬时流量设定值a1进行定制控制；小流量加香系统以物料流量实际值m×0.3×加香比例k为加香瞬时流量设定值进行跟踪调节（大流量承担70%，小流量承担30%，利用调节的滞后性对滚筒内的剩余物料充分加香）；在物料流量实际值m小于物料流量设定值n的30%时，关闭大流量加香系统，依靠小流量加香系统进行加香，以物料流量实际值m×加香比例k加香瞬时流量设定值进行跟踪调节直至结束。料尾用30%作为判断量是充分利用控制系统的滞后量，利用滞后量快速适应物料流量的减小，以大流量加香系统的大滞后性加上小流量的快速跟踪性，完成精度控制。

本发明系统控制原理上采用双级串联控制系统。大流量加香系统采用定值控制，提供一个初步调整的基准，瞬时加香流量设定值=物料流量设定值×加香比例×0.9，即a1=n×k×0.9。因为采用定值控制，以物料流量设定值为基准计算瞬时加香流量设定值，此时大流量加香系统的瞬时加香流量设定值是固定不变的，大流量加香系统在控制过程中瞬时加香流量设定值不再变化，快速进入稳态过程，不再过度调节。大流量加香系统加香总量为90%，小流量加香系统加香总量为10%。大小流量加香系统加香量相差9倍，使大流量加香系统的系统静差在小流量加香系统中显著，从而使小流量加香系统快速调整。

Claims (8)

1.一种加香瞬时精度的控制装置，其特征在于：包括加香罐、大流量加香系统和小流量加香系统，大流量加香系统和小流量加香系统结构相同，二者独立工作；所述的加香系统包括加香管路、喷嘴、雾化系统和中央控制器，加香罐输出端连接加香管路进料端，加香管路上依次设置有电磁阀、加香泵和流量计，电磁阀、加香泵和流量计的信号端分别与中央控制器相连接；加香管路的出料端连接气动三通球阀进料口，气动三通球阀一个出料口连接喷嘴，另一出料口通过管路连接加香罐的入料端；所述雾化系统的出气端口与喷嘴连接，气动三通球阀的驱动电磁阀与中央控制器连接。

2.如权利要求1所述的一种加香瞬时精度的控制装置，其特征在于：所述的雾化系统包括压缩空气气路，压缩空气气路上依次设置有开关电磁阀和减压阀，开关电磁阀和减压阀的信号端分别与中央控制器相连接。

3.如权利要求2所述的一种加香瞬时精度的控制装置，其特征在于：所述的加香罐的入料端也设置有气动三通球阀，所述气动三通球阀的气路驱动电磁阀与中央控制器相连。

4.如权利要求3所述的一种加香瞬时精度的控制装置，其特征在于：所述大流量加香系统的流量计的量程大于小流量加香系统的量程，且大流量加香系统采用的为隔膜泵，小流量加香系统的为柱塞泵。

5.基于权利要求1所述的一种加香瞬时精度的控制方法，其特征在于：包括以下步骤进行分阶段控制：

在料头阶段，小流量加香系统进行定值控制，大流量加香系统进行跟踪控制；

在料中阶段，即正常生产过程，大流量加香系统进行定值控制，小流量加香系统进行跟踪控制，以总的加香瞬时流量减去大流量加香系统的加香瞬时流量设定值为基准值，以大流量加香系统的稳态误差为前馈值，以根据一个加香周期内料罐加香重量和实际物料重量计算出的加香瞬时流量误差为扰动值，三部分相加进行跟踪控制；

在料尾阶段，两个加香系统都进行跟踪控制，根据实际物料流量小于一个设定值时，只采用小流量加香系统。

6.如权利要求5所述的一种加香瞬时精度的控制方法，其特征在于：所述料头阶段具体步骤如下：

A：正常工作时，由电子秤时刻监测香料物流通道中的物料流量值，并把监测值m发送到中央控制器；在料头阶段，当中央控制器收到监测值m时，把监测值m与设定值n进行比较，如果监测值m低于设定值n的20%，则发送气动信号到小流量加香系统，小流量加香系统打开加香管路上的电磁阀，小流量加香系统以流量设定值a2=m×k进行加香控制，k为加香比例值；

K：当中央控制器收到监测值m，且监测值m大于设定值n的20%时，中央控制器则发送气动信号到大流量加香系统，大流量加香系统打开电磁阀，并以控制量a1进行流量控制，其中a1=（m-n×0.1）×k，同时小流量加香系统以控制量a2=n×0.1×k进行加香控制；此时两套加香系统同时工作。

7.如权利要求5所述的一种加香瞬时精度的控制方法，其特征在于：所述料中阶段具体步骤如下：

C：在料中阶段，当中央控制器收到监测值m，且监测值m大于设定值n的90%时，则中央控制器发送流量控制量分别到大流量和小流量加香系统；两套加香系统同时工作，大流量控制量a1= n×k×0.9；小流量控制量a2=a3+c+d；其中基准值a3=（m- n×0.9）×k；c是大流量加香系统误差，即是大流量加香系统实际加香瞬时值和设定值之间的差值；d是加香周期内的加香总量误差计算出的瞬时加香流量误差值。

8.如权利要求5所述的一种加香瞬时精度的控制方法，其特征在于：所述料尾阶段具体步骤如下：

D：在料尾阶段，当电子秤监测的流量变小，当m<90%×n时，则中央控制器发送控制信号分别到两个加香系统，小流量加香系统的控制量a2=m×0.3×k，大流量加香系统的控制量a1= m×0.7×k

E：当电子秤监测的流量变小时，而且中央控制器收到监测值m小于设定值n的30%时，中央控制器发送关闭信号到小流量加香系统，发送控制量a2=m×k到小流量加香系统进行控制。