CN105068583B - 物料含水率控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种物料含水率控制方法和系统。其中在物料含水率控制方法中，水分检测仪以预定的时间间隔检测相应工序的出口物料含水率，并将检测到的出口物料含水率值发送给第一控制信号生成器，第一控制信号生成器根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号，并将第一控制信号发送给第一PID控制器，第一PID控制器根据第一控制信号进行PID控制处理，以生成蒸汽阀控制信号，并将蒸汽阀控制信号发送给相应的蒸汽阀，蒸汽阀根据接收到的蒸汽阀控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。从而确保叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性，提高了卷烟产品的批次间感官质量的稳定性。

Description

物料含水率控制方法和系统

技术领域

本发明涉及控制领域，特别涉及一种物料含水率控制方法和系统。

背景技术

目前，卷烟制造企业制丝车间制叶片段与制叶丝段的工艺流程为：松散回潮→烟片预配→杂物剔除→加料→配叶贮叶→切叶丝→叶丝干燥。在加工过程中，其中能使烟草物料含水率增加的工序为松散回潮与加料工序，此外，烟草物料含水率会因环境温湿度的变化而产生波动。

叶丝干燥工序的入口叶丝含水率大小决定了叶丝干燥工序的加工处理强度，进而影响卷烟感官质量的稳定性。目前，卷烟工业企业为保证叶丝干燥入口含水率的批次间稳定性，多数是在考虑环境温湿度及气候变化的基础上，凭工艺人员的经验调节松散回潮工序的加水量以满足叶丝干燥前叶丝含水率达到设计值。

这种单纯依靠调节松散回潮加水量的方法能在一定程度上改善批次间叶丝干燥入口含水率的差异性，但这种控制方式有其自身的局限性：由于加水量是根据工艺人员的经验进行调节，因此调节过程会因工艺人员的差异而不同，因此容易导致不同批次间卷烟感官质量的稳定性。

发明内容

本发明实施例提供一种物料含水率控制方法和系统，通过对物料含水率进行反馈控制，从而确保了叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性。

根据本发明的一个方面，提供一种物料含水率控制方法，包括：

水分检测仪以预定的时间间隔检测相应工序的出口物料含水率，并 将检测到的出口物料含水率值发送给第一控制信号生成器；

第一控制信号生成器根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号，并将第一控制信号发送给第一PID控制器；

第一PID控制器根据第一控制信号进行PID控制处理，以生成蒸汽阀控制信号，并将蒸汽阀控制信号发送给相应的蒸汽阀；

蒸汽阀根据接收到的蒸汽阀控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。

在一个实施例中，温度传感器以预定的时间间隔检测相应工序中的热风温度，并将检测到的热风温度值发送给第二控制信号生成器；

第二控制信号生成器根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号，并将第二控制信号发送给第二PID控制器；

第二PID控制器根据第二控制信号进行PID控制处理，以生成热交换器控制信号，并将热交换器控制信号发送给相应的热交换器；

热交换器根据接收到的热交换器控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的热风温度进行控制。

在一个实施例中，第一控制信号生成器根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号的步骤包括：

第一控制信号生成器将含水率设定值和接收到的出口物料含水率值的差作为第一控制信号。

在一个实施例中，第二控制信号生成器根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号的步骤包括：

第二控制信号生成器将热风温度设定值和接收到的热风温度值的差作为第二控制信号。

在一个实施例中，相应工序为加料工序。

在一个实施例中，在松散回潮工序中，加水比例调节器对加水比例预定值进行调整，以得到加水比例设定值，并将加水比例设定值提供给相应的加水器；

加水器根据接收到的加水比例设定值，对松散回潮工序中的物料进行加水处理。

根据本发明的另一方面，提供一种物料含水率控制系统，包括水分检测仪、第一控制信号生成器、第一PID控制器和蒸汽阀，其中：

水分检测仪，用于以预定的时间间隔检测相应工序的出口物料含水率，并将检测到的出口物料含水率值发送给第一控制信号生成器；

第一控制信号生成器，用于根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号，并将第一控制信号发送给第一PID控制器；

第一PID控制器，用于根据第一控制信号进行PID控制处理，以生成蒸汽阀控制信号，并将蒸汽阀控制信号发送给相应的蒸汽阀；

蒸汽阀，用于根据接收到的蒸汽阀控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。

在一个实施例中，上述系统还包括温度传感器、第二控制信号生成器、第二PID控制器和热交换器，其中：

温度传感器，用于以预定的时间间隔检测相应工序中的热风温度，并将检测到的热风温度值发送给第二控制信号生成器；

第二控制信号生成器，用于根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号，并将第二控制信号发送给第二PID控制器；

第二PID控制器，用于根据第二控制信号进行PID控制处理，以生成热交换器控制信号，并将热交换器控制信号发送给相应的热交换器；

热交换器，用于根据接收到的热交换器控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的热风温度进行控制。

在一个实施例中，第一控制信号生成器具体将含水率设定值和接收到的出口物料含水率值的差作为第一控制信号。

在一个实施例中，第二控制信号生成器具体将热风温度设定值和接收到的热风温度值的差作为第二控制信号。

在一个实施例中，相应工序为加料工序。

在一个实施例中，上述系统还包括加水比例调节器和加水器，其中：

加水比例调节器，用于在松散回潮工序中，对加水比例预定值进行 调整，以得到加水比例设定值，并将加水比例设定值提供给相应的加水器；

加水器，用于根据接收到的加水比例设定值，对松散回潮工序中的物料进行加水处理。

本发明通过检测相应工序的出口物料含水率，并利用含水率设定值和出口物料含水率值进行PID控制，并根据PID控制结果对相应蒸汽阀的阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。从而确保叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性，提高了卷烟产品的批次间感官质量的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明物料含水率控制方法一个实施例的示意图。

图2为本发明物料含水率控制方法另一实施例的示意图。

图3为本发明物料含水率控制系统一个实施例的示意图。

图4为图3的控制逻辑示意图。

图5为本发明物料含水率控制系统另一实施例的示意图。

图6为图5的控制逻辑示意图。

图7为本发明物料含水率控制系统又一实施例的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限 制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本发明物料含水率控制方法一个实施例的示意图。如图1所示，本实施例的方法步骤如下：

步骤101，水分检测仪以预定的时间间隔检测相应工序的出口物料含水率，并将检测到的出口物料含水率值发送给第一控制信号生成器。

可根据实际情况调节时间间隔的大小，当然水分检测仪也可实时检测相应工序的出口物料含水率。

步骤102，第一控制信号生成器根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号，并将第一控制信号发送给第一PID(Proportion IntegrationDifferentiation，比例、积分、微分)控制器。

优选的，第一控制信号生成器将含水率设定值和接收到的出口物料含水率值的差作为第一控制信号。

其中，可根据历史数据建立各工序的物料含水率的水分损失与环境温度湿度变化的回归线曲线方程。可根据当前生产环境温湿度及叶丝干燥入口物料含水率指标值，合理设计加料工序出口物料含水率目标值。

步骤103，第一PID控制器根据第一控制信号进行PID控制处理，以生成蒸汽阀控制信号，并将蒸汽阀控制信号发送给相应的蒸汽阀。

由于PID控制是本领域技术人员所了解的内容，因此这里不展开说明。

步骤104，蒸汽阀根据接收到的蒸汽阀控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。

基于本发明上述实施例提供的物料含水率控制方法，通过检测相应工序的出口物料含水率，并利用含水率设定值和出口物料含水率值进行PID控制，并根据PID控制结果对相应蒸汽阀的阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。从而确保叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性，提高了卷烟产品的批次间感官质量的稳定性。

图2为本发明物料含水率控制方法另一实施例的示意图。如图2所示，还可进一步通过控制热风温度来控制相应物料的含水率。

步骤201，温度传感器以预定的时间间隔检测相应工序中的热风温度，并将检测到的热风温度值发送给第二控制信号生成器。

步骤202，第二控制信号生成器根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号，并将第二控制信号发送给第二PID控制器。

优选的，第二控制信号生成器将热风温度设定值和接收到的热风温度值的差作为第二控制信号。

步骤203，第二PID控制器根据第二控制信号进行PID控制处理，以生成热交换器控制信号，并将热交换器控制信号发送给相应的热交换器。

步骤204，热交换器根据接收到的热交换器控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的热风温度进行控制。

在上述实施例中，相应工序为加料工序。

这里需要说明的是，因为物料经过松散回潮工序后，还要经过烟片预配、加料工序、配叶贮叶、切叶丝等工序才进入叶丝干燥工序，松散回潮与叶丝干燥工序之间工艺路径较长，物料含水率的散失情况随着环 境温湿度、预配贮存时间的变化而变化，使得叶丝干燥入口批次间的叶丝含水率仍然存在较大差异，并影响批次间叶丝干燥工序的加工强度的稳定性，进而影响批次间卷烟感官质量的稳定性。

而相对于松散回潮工序出口的物料含水率，加料工序的出口物料含水率从物理路径上更贴近于叶丝干燥入口的物料含水率，过程中受干扰的工艺路径更短，因此更能准确反映叶丝干燥入口物料含水率的实际情况。

优选的，在松散回潮工序中，加水比例调节器对加水比例预定值进行调整，以得到加水比例设定值，并将加水比例设定值提供给相应的加水器。加水器根据接收到的加水比例设定值，对松散回潮工序中的物料进行加水处理。

例如，加水比例设定值比加水比例预定值略低约0.1％～0.3％，防止松散回潮加水过多而导致叶丝干燥前叶丝含水率高出其设计值，以保证加料工序蒸汽微调补水功能正常发挥。

图3为本发明物料含水率控制系统一个实施例的示意图，相应的控制逻辑如图4所示。如图3所示，物料含水率控制系统可包括水分检测仪301、第一控制信号生成器302、第一PID控制器303和蒸汽阀304。其中：

水分检测仪301，用于以预定的时间间隔检测相应工序的出口物料含水率，并将检测到的出口物料含水率值发送给第一控制信号生成器302。

第一控制信号生成器302，用于根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号，并将第一控制信号发送给第一PID控制器303。

优选的，第一控制信号生成器302具体将含水率设定值和接收到的出口物料含水率值的差作为第一控制信号。

第一PID控制器303，用于根据第一控制信号进行PID控制处理，以生成蒸汽阀控制信号，并将蒸汽阀控制信号发送给相应的蒸汽阀304。

蒸汽阀304，用于根据接收到的蒸汽阀控制信号对阀门开度进行调 节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。

基于本发明上述实施例提供的物料含水率控制系统，通过检测相应工序的出口物料含水率，并利用含水率设定值和出口物料含水率值进行PID控制，并根据PID控制结果对相应蒸汽阀的阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制。从而确保叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性，提高了卷烟产品的批次间感官质量的稳定性。

图5为本发明物料含水率控制系统另一实施例的示意图，相应的控制逻辑如图6所示。如图5所示，物料含水率控制系统还可包括温度传感器501、第二控制信号生成器502、第二PID控制器503和热交换器504。其中：

温度传感器501，用于以预定的时间间隔检测相应工序中的热风温度，并将检测到的热风温度值发送给第二控制信号生成器502。

第二控制信号生成器502，用于根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号，并将第二控制信号发送给第二PID控制器503。

优选的，第二控制信号生成器502具体将热风温度设定值和接收到的热风温度值的差作为第二控制信号。

第二PID控制器503，用于根据第二控制信号进行PID控制处理，以生成热交换器控制信号，并将热交换器控制信号发送给相应的热交换器504。

热交换器504，用于根据接收到的热交换器控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的热风温度进行控制。

优选的，相应工序为加料工序。

图7为本发明物料含水率控制系统又一实施例的示意图。如图7所示，该系统还可包括加水比例调节器701和加水器702。其中：

加水比例调节器701，用于在松散回潮工序中，对加水比例预定值进行调整，以得到加水比例设定值，并将加水比例设定值提供给相应的加水器702。

加水器702，用于根据接收到的加水比例设定值，对松散回潮工序 中的物料进行加水处理。

例如，加水比例设定值比加水比例预定值略低约0.1％～0.3％，防止松散回潮加水过多而导致叶丝干燥前叶丝含水率高出其设计值，以保证加料工序蒸汽微调补水功能正常发挥。

下面通过具体示例对本发明进行说明。

某牌号在制丝生产中叶丝干燥工序入口物料含水率的指标要求为19.3％，加料工序的热风温度设计值为50℃。按正常的生产经验，为实现叶丝干燥入口物料含水率的指标要求，松散回潮工序的加水比例为7.0L/100kg。

例1：

生产当前的环境温湿度条件为温度24℃、相对湿度65％。根据回归曲线方程可知，加料工序出口物料含水率至叶丝干燥入口物料含水率的水分散失根据环境温湿度的情况约为1％。

根据上述的实际情况，加料工序出口物料含水率的目标值设计为20.3％，松散回潮工序的加水比例为6.8L/100kg。

在加料工序生产时，蒸汽补偿回路按出口物料含水率20.3％的目标值进行PID回路闭环控制，热交换器(或自然风)回路按加料工序热风温度50℃的目标值进行PID回路闭环控制。

叶丝干燥工序生产时，叶丝干燥入口实际物料含水率为19.32％，接近目标值。

例2：

生产当前的环境温湿度条件为温度21℃、相对湿度45％。根据回归曲线方程可知，加料工序出口物料含水率至叶丝干燥入口物料含水率的水分散失根据环境温湿度的情况约为1.3％。

根据上述的实际情况，加料工序出口物料含水率的目标值调整为20.6％，松散回潮工序的加水比例保持不变。

在加料工序生产时，蒸汽补偿回路按出口物料含水率20.6％的目标值进行PID回路闭环控制，热交换器(或自然风)回路按加料工序热风温度50℃的目标值进行PID回路闭环控制。

叶丝干燥工序生产时，叶丝干燥入口实际物料含水率为19.27％，接近目标值。

下面对具体的数据进行比较。

1、叶丝干燥入口物料含水率稳定性

实施前：

某牌号叶丝干燥入口含水率的设计值为19.3％，连续采集该牌号35批次叶丝干燥前入口含水率值。

实施后：

同样连续采集该牌号35批次叶丝干燥前入口含水率值，并与实施前的数据进行对比，其结果如下图2所示。

实施前后数据对比：

实施前后叶丝干燥前入口含水率的对比情况如下表1所示：

表1

由表1可知，对于叶丝干燥入口含水率的批间含水率，实施前水分均值与设计值的差异为0.09，大于实施后的0.04；对于叶丝干燥入口含水率的批间水分标准偏差，实施前为0.192，实施后为0.077，实施后批间水分标准偏差明显小于实施前。

由此可见，实施本发明后叶丝干燥入口物料含水率的稳定性优于实施前的物料含水率稳定性。

2、加料工序热风温度稳定性

同样连续采集该牌号实施前后35批次加料工序热风温度均值，实施前后的数据进行对比，其结果如下表2所示。

表2

由表2可知，对于加料工序热风温度批间均值，实施前后热风温度的稳定性差异不大，基本维持在原有的控制水平。

本发明通过反馈控制，有效提高了叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性，保证制丝加工过程相同牌号的叶丝干燥加工处理强度基本一致，提高卷烟产品的批间感官质量稳定性。因此本发明具有良好的实用性和推广性。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (6)

1.一种物料含水率控制方法，其特征在于，包括：

水分检测仪以预定的时间间隔检测相应工序的出口物料含水率，并将检测到的出口物料含水率值发送给第一控制信号生成器，其中相应工序为加料工序；

第一控制信号生成器根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号，并将第一控制信号发送给第一PID控制器；

第一PID控制器根据第一控制信号进行PID控制处理，以生成蒸汽阀控制信号，并将蒸汽阀控制信号发送给相应的蒸汽阀；

蒸汽阀根据接收到的蒸汽阀控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制，从而确保叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性；

在松散回潮工序中，加水比例调节器对加水比例预定值进行调整，以得到加水比例设定值，并将加水比例设定值提供给相应的加水器；

加水器根据接收到的加水比例设定值，对松散回潮工序中的物料进行加水处理；

其中，第一控制信号生成器根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号包括：

第一控制信号生成器将含水率设定值和接收到的出口物料含水率值的差作为第一控制信号。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

温度传感器以预定的时间间隔检测相应工序中的热风温度，并将检测到的热风温度值发送给第二控制信号生成器；

第二控制信号生成器根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号，并将第二控制信号发送给第二PID控制器；

第二PID控制器根据第二控制信号进行PID控制处理，以生成热交换器控制信号，并将热交换器控制信号发送给相应的热交换器；

热交换器根据接收到的热交换器控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的热风温度进行控制。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

第二控制信号生成器根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号的步骤包括：

第二控制信号生成器将热风温度设定值和接收到的热风温度值的差作为第二控制信号。

4.一种物料含水率控制系统，其特征在于，包括水分检测仪、第一控制信号生成器、第一PID控制器、蒸汽阀、加水比例调节器和加水器，其中：

水分检测仪，用于以预定的时间间隔检测相应工序的出口物料含水率，并将检测到的出口物料含水率值发送给第一控制信号生成器，其中相应工序为加料工序；

第一控制信号生成器，用于根据含水率设定值和接收到的出口物料含水率值生成第一控制信号，并将第一控制信号发送给第一PID控制器；

第一PID控制器，用于根据第一控制信号进行PID控制处理，以生成蒸汽阀控制信号，并将蒸汽阀控制信号发送给相应的蒸汽阀；

蒸汽阀，用于根据接收到的蒸汽阀控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的物料含水率进行控制，从而确保叶丝干燥前批次间叶丝含水率的稳定性；

加水比例调节器，用于在松散回潮工序中，对加水比例预定值进行调整，以得到加水比例设定值，并将加水比例设定值提供给相应的加水器；

加水器，用于根据接收到的加水比例设定值，对松散回潮工序中的物料进行加水处理；

其中，第一控制信号生成器具体将含水率设定值和接收到的出口物料含水率值的差作为第一控制信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括温度传感器、第二控制信号生成器、第二PID控制器和热交换器，其中：

温度传感器，用于以预定的时间间隔检测相应工序中的热风温度，并将检测到的热风温度值发送给第二控制信号生成器；

第二控制信号生成器，用于根据热风温度设定值和接收到的热风温度值生成第二控制信号，并将第二控制信号发送给第二PID控制器；

第二PID控制器，用于根据第二控制信号进行PID控制处理，以生成热交换器控制信号，并将热交换器控制信号发送给相应的热交换器；

热交换器，用于根据接收到的热交换器控制信号对阀门开度进行调节，以便对相应工序中的热风温度进行控制。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，

第二控制信号生成器具体将热风温度设定值和接收到的热风温度值的差作为第二控制信号。