发明内容
本发明的目的是提供一种基于梗丝干燥的梗丝质量控制方法及系统,以解决目前梗丝干燥工序中二区热风风门开度的变化采用手动和出口水分PID反馈调节导致出口水分波动较大的问题。
本发明为解决上述技术问题提供了一种基于梗丝干燥的梗丝质量控制方法,该控制方法包括以下步骤:
1)选取出口水分作为影响梗丝干燥质量的因素,并对出口水分与目标值之差进行统计,确定出口水分差值的变化区域;
2)根据出口水分与目标值之差的大小将出口水分划分为N个区间;
3)采集当前的出口水分,根据当前的所采集的出口水分与目标值之差进行区间判定,并根据区间的变化调整二区热风风门开度,以实现对出口水分的分区控制。
所述步骤2)是将出口水分划分为A、B、-B、C、-C、D、-D、E和-E九个区间,出口水分在目标值±0.1区间的为A区,(出口水分目标值+0.1)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.2)为B区,(出口水分目标值+0.2)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.3)为C区,(出口水分目标值+0.3)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.4)为D区,出口水分>(出口水分目标值+0.4)为E区间,(出口水分目标值-0.2)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.1)为-B区,(出口水分目标值-0.3)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.2)为-C区,(出口水分目标值-0.4)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.3)为-D区,出口水分<(出口水分目标值-0.4)为-E区。
在梗丝干燥的初始阶段,当出口水分与目标值之差达到设定量时,将二区热风风门开度调整为S值,S值的取值和出口水分目标值相关。
S值的计算公式为:
S=180-10*(出口水分目标值)。
从二区热风风门开度调整为S值后的M个采样点处对出口水分进行分区控制。
步骤3)是通过判断出口水分的上一时刻所处区间以及当前时刻出口水分所处的区间的变化情况对二区热风风门开度进行调整的。
若上一时刻出口水分处于A区,从A区到A区,二区热风风门开度不变;从A区到B区,二区热风风门开度+3,从A区到-B区,二区热风风门开度-3;从A区到C区,二区热风风门开度+6,从A区到-C区,二区热风风门开度-6;从A区到D区,二区热风风门开度+10,从A区到-D区,二区热风风门开度-10,从A区到E区,二区热风风门开度+15,从A区到-E区,二区热风风门开度-15。
本发明还提供了一种基于梗丝干燥的梗丝质量控制系统,该控制系统包括中控系统、数据采集单元和集成数据库,所述数据采集单元用于采集影响梗丝干燥质量的因素,所述集成数据库用于选取出口水分作为影响梗丝干燥质量的因素,并对出口水分的质量数据进行统计,所述中控系统用于根据出口水分与目标值的偏离程度分区对二区热风风门开度进行调整,以实现对梗丝干燥工序中出口水分的控制。
中控系统在调整过程需根据出口水分与目标值之差的大小将出口水分划分为A、B、-B、C、-C、D、-D、E和-E九个区间,出口水分在目标值±0.1区间的为A区,(出口水分目标值+0.1)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.2)为B区,(出口水分目标值+0.2)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.3)为C区,(出口水分目标值+0.3)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.4)为D区,出口水分>(出口水分目标值+0.4)为E区间,(出口水分目标值-0.2)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.1)为-B区,(出口水分目标值-0.3)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.2)为-C区,(出口水分目标值-0.4)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.3)为-D区,出口水分<(出口水分目标值-0.4)为-E区。
在梗丝干燥的初始阶段,当出口水分与目标值之差达到设定量时,将二区热风风门开度调整为S值,S值的取值和出口水分目标值相关。
本发明的有益效果是:本发明通过选取出口水分作为影响梗丝干燥质量的因素,并对出口水分与目标值之差进行统计,确定出口水分差值的变化区域;根据出口水分与目标值之差的大小将出口水分划分为N个区间;采集当前的出口水分,根据当前的所采集的出口水分与目标值之差进行区间判定,并根据区间的变化调整二区热风风门开度,以实现对出口水分的分区控制。本发明能够大幅改善原制丝工序的质量特性指标,增强梗丝干燥过程克服和消除异常干扰的能力,提高过程能力,充分保证梗丝干燥中的出口水分和出口水分的稳定性,实现了完全自动化控制,减轻劳动强度、提高产品质量。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的说明。
本发明的一种基于梗丝干燥的梗丝质量控制方法的实施例。
针对梗丝干燥工序,按照各工序生产工艺要求及国家烟草专卖局发布的《卷烟制造过程能力测评导则》中的该工序关键质量特性,确定了影响梗丝干燥工序关键质量特性的影响因素,见表1所示。
表1.
具体质量监控的对象见表2。
表2
可见梗丝干燥过程中的关键质量特性包括出口水分,而影响出口水分的重点因素包括二区热风温度、二区热风风门开度、物料流量和入口水分,下面就对出口水分的控制进行说明。
梗丝干燥的出口水分可采用分区控制的方法,根据出口水分实际值与目标值的偏离程度分区对二区热风风门开度进行调整。
初始控制策略:出口水分大于9,开始进行控制,二区风门开度初始值设为30;当出口水分达到(出口水分设定值-0.2)时,二区风门开度调整为S值。S的取值和出口水分设定值相关,计算方法为:S=180-10×(出口水分设定值)。从这时开始计50个点后,按照分区控制的方法进行控制。
在进行分区控制时,首先根据出口水分与目标值之差的大小将出口水分划分为N个区间,本实施例中的出口水分区间划分如下:出口水分目标值±0.1为目标区(A区);(出口水分目标值+0.1)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.2)为+B区间;(出口水分目标值+0.2)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.3)为+C区间;(出口水分目标值+0.3)≤出口水分≤(出口水分目标值+0.4)为+D区间;出口水分>(出口水分目标值+0.4)为+E区间;(出口水分目标值-0.2)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.1)为-B区间;(出口水分目标值-0.3)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.2)为-C区间;(出口水分目标值-0.4)≤出口水分≤(出口水分目标值-0.3)为-D区间;出口水分〈(出口水分目标值-0.4)为-E区间。
然后判断出口水分的上一个时刻所处的区间以及当前时刻出口水分所处的区,根据区间的变化情况对二区热风风门开度进行调整。
1)若上一个时刻处于A区,则A区到A区,二区风门开度保持不变;A区到B区,二区风门开度+3;A区到-B区,二区风门开度-3;A区到C区,二区风门开度+6,A区到-C区,二区风门开度-6;A区到D区,二区风门开度+10;A区到-D区,二区风门开度-10;A区到E区,二区风门开度+15;A区到-E区,二区风门开度-15。
2)若上一个时刻处于B区,则B区到A区,二区风门开度保持不变;若B区到B区,二区风门开度保持不变;若B区到C区,二区风门开度+3;B区到D区,二区风门开度+7;B区到E区,二区风门开度+12;B区到—B、—C、—D区,二区风门开度分别-3、-6、-10。
3)若上一个时刻处于C区,则C区到A区,二区风门开度-5;C区到B区,二区风门开度-3;C区到C区,二区风门开度保持不变;C区到D区,二区风门开度+4;C区到E区,二区风门开度+9;C区到—B、—C、—D区,二区风门开度分别-9、-12、-16。
4)若上一个时刻处于D区,则D区到A区,二区风门开度-9;D区到B区,二区风门开度-6;D区到C区,二区风门开度-4;D区到D区,二区风门开度保持不变;D区到E区,二区风门开度+5;D区到—B、—C、—D区,二区风门开度分别-12、-16、-20。
5)若上一个时刻处于E区,则E区到A区,二区风门开度-15;E区到B区,二区风门开度-12;E区到C区,二区风门开度-9;E区到D区,二区风门开度-5;
E区到E区,二区风门开度保持不变。
6)若上一个时刻处于-B区,则-B区到A区,二区风门开度保持不变;-B区到-B区,二区风门开度保持不变;-B区到-C区,二区风门开度-3;-B区到-D区,二区风门开度-7;-B区到-E区,二区风门开度-12;-B区到B、C、D区,二区风门开度分别+3、+6、+10。
7)若上一个时刻处于-C区,则-C区到A区,二区风门开度+5;-C区到-B区,二区风门开度+3;-C区到-C区,二区风门开度保持不变;-C区到-D区,二区风门开度-4;-C区到-E区,二区风门开度-9;-C区到B、C、D区,二区风门开度分别+9、+12、+16。
8)若上一个时刻处于-D区,-D区到A区,二区风门开度+9;-D区到-B区,二区风门开度+6;-D区到-C区,二区风门开度+4;-D区到-D区,二区风门开度保持不变;-D区到-E区,二区风门开度—5;-D区到B、C、D区,二区风门开度分别+12、+16、+20。
9)若上一个时刻处于-E区,则-E区到A区,二区风门开度+15;-E区到-B区,二区风门开度+12;-E区到-C区,二区风门开度+9;-E区到-D区,二区风门开度+5;-E区到-E区,二区风门开度保持不变。
通过上述过程,本发明能够对梗丝干燥工序中的出口水分进行精确控制,使生产过程中的出口水分尽可能的保持在目标值左右波动,提高了梗丝生产的质量。
本发明的一种基于梗丝干燥的梗丝质量控制系统的实施例
本发明的基于梗丝干燥的梗丝质量控制系统如图3所示,该控制系统包括中控系统、数据采集单元和集成数据库,所述数据采集单元用于采集影响梗丝干燥质量的因素,所述集成数据库用于选取出口水分作为影响梗丝干燥质量的因素,并对出口水分的质量数据进行统计,所述中控系统用于根据出口水分与目标值的偏离程度分区对二区热风风门开度进行调整,以实现对梗丝干燥工序中出口水分的控制。其工作过程已在方法的实施例中进行了详细说明,这里不再赘述。
该系统可根据对各关键质量特性设计的分区规则和调整规则,建立多语义智能决策控制规则,包括数据计算模型、控制模型、判别筛选规则、模糊修正模型、趋势分析模型等,允许智能监控调整模块对专家库进行调用,允许人工对专家库进行查询、新增、删除和修改。根据产品牌号、生产工艺、环境等的差别,可以在该模块中对控制系统的各类控制参数进行必要的设置和调整,在管理员授权的情况下可以适当地调整各控制规则库中的控制参数,对控制规则进行修正和优化。
为了使控制系统的自学习功能能够更符合操作人员的需求,可以对自学习规则的学习时间、数据范围、学习频率等自学习规则进行调整,同时支持自学习按条件进行查询。将关键质量特性及其影响因素都纳入同一关系数据库,支持对任一质量特性查询其历史数据、数据的时间序列表现,以及与之相关的各项影响因素。
从专家库获取相适应的控制规则,发出具体调整的指令对影响因素和控制参数进行实时调整和纠正。系统设置主要是对系统中的各项基础数据和参数进行管理,包括用户权限管理、工作流程管理、系统日志及系统备份等功能,实现任务驱动、过程跟踪的质量管理模式,同时保证系统的安全性,防止外部侵入以及意外故障造成数据丢失。
本发明的基于梗丝干燥的梗丝质量控制系统的数据库采用大型关系型数据库MSSQL SERVER 2008,它是单处理、多线程的数据库,与多重处理、单线程的数据库相比,耗用的硬件资源较少。SQL Server作为Windows 2000系统的延伸,和其他数据库不同,无需为了能在不同的操作系统上运行而降低效率,它能完全发挥Windows 2008的性能。
Windows 2003SERVER是微软公司的一种全新32位多任务操作系统,具有多种网络管理功能,支持多种网络协议,Windows 2003SERVER是针对客户机/服务器结构专门设计的高效、可靠的开放式平台,具有性能高、开放性强、安全可靠和可移植性强等特点。因此,本发明选用Windows NT4.0(Windows2008)作为网络操作系统。中间件为通用的连接工具ODBC,开发工具采用当今世界流行的面向对象的语言VB6.0,C#。
本系统结合现有C/S和B/S模式的各自优势,构建适宜于自身特点的智能控制系统;本系统中数据查询,报表模块,用户可以通过B/S模式服务查询系统历史运行情况,由于B/S结构的特性,对于非实时性、大量运算的数据,使用B/S结构可以减少网络管理人员的工作量与客户端的益用性。数据仓库,专家知识库,智能决策机制等,由于C/S模式的特性,对于这些大量数据的存取,大量数据计量,以及数据接口方面的工作需要使用C/S模式。
将该系统平台初步在生产过程中进行测试,验证控制效果。测试验证过程分别分为三个阶段:第一个阶段,离线跟踪测试;第二阶段在线纠偏控制测试;第三阶段,自学习算法设计和应用。
离线跟踪测试主要是通过实时的数据跟踪,通过系统运行提出控制措施,但控制措施不直接写入PLC系统,而是通过数据分析和比较来判断每个时间点是否需要采取控制行为,采取的控制行为方向是否正确,并与系统提出的控制行为进行验证,以初步证明系统采取的控制行为将会是有效的。
在离线测试验证系统的操作行为是有效的,则进一步进行在线的控制测试,在这一测试中,将真正由系统运行写入控制措施,实时进行智能化精准控制,以验证程序调控的准确性和系统的稳定性,在测试的基础上,对系统中部分控制参数,如阀门开度的调整幅度等进行相应的微调,避免出现多次调整步到位或者超调等现象。
在离线和在线测试都完成后,当前的控制系统就已基本能够适应生产现场直接应用了,但仍然可能会存在由于生产过程的操作环境、来料、检测仪器和设备等发生变化而导致系统调整不到位的现象,为此,奔赴买那个根据历史数据的变化规律还提出了应用最新历史批次数据进行自学习算法设计,使该控制系统具备自适应能力,具体自学习算法包括以下四种类型:
1)参与自学习计算的数据筛选机制
首先按照标偏和过程能力指数对最近历史批次数据进行比对筛选,选择标偏较小或过程能力较高的批次数据参与自学习,其次在批次内选择较为接近目标值的数据参与自学习,而偏离目标较远的数据将被筛除,以提高自学习的效果。
2)量具校正后的自学习修正算法
出口水分、入口水分的水分仪、温度仪等在进行校正后,读数的变化会影响精准控制的准确程度,需要根据校正时量具的调整量进行自学习修正。
3)极值区域自学习修正算法
对于数据分布的两端,例如来料水分偏大或偏小的部分区域,往往是不容易控制好的区域,在经过数据筛选后常导致这部分区域对应的数据量不充分的现象,可采用对控制效果不佳的历史数据进行修正的方法补充数据来源,再进行自学习修正。
系统运行效果比对分析
对梗丝干燥工序的关键质量特性,采用本发明的控制方式使生产过程中出口水分和尽可能保持在目标值左右波动,采用本发明的精准控制系统前后的数据分布比对分别如图4-5所示,表3-4所示。
表3.系统应用前梗丝干燥出口含水率过程质量指标
序号 |
批次号 |
均值 |
偏移量 |
标准差 |
极差 |
1 |
221503SHYHGS001 |
14.122 |
0.178 |
0.543 |
2.42 |
2 |
221503SHYHGS002 |
14.039 |
0.261 |
0.744 |
2.89 |
3 |
221503TXJ###021 |
13.958 |
0.158 |
0.662 |
2.73 |
4 |
221503TXJ###022 |
13.681 |
0.119 |
0.583 |
2.46 |
5 |
221503TXJ###023 |
13.703 |
0.097 |
0.564 |
2.51 |
表4.系统应用后梗丝干燥出口含水率过程质量指标
序号 |
批次号 |
均值 |
偏移量 |
标准差 |
极差 |
1 |
221506SHYHGS001 |
14.058 |
0.042 |
0.139 |
0.68 |
2 |
221506SHYHGS002 |
13.914 |
0.114 |
0.482 |
2.02 |
3 |
221506SHYHGS003 |
14.606 |
0.094 |
0.316 |
1.74 |
4 |
221506TXJ###014 |
13.737 |
0.063 |
0.256 |
1.33 |
5 |
221506TXJ###015 |
14.225 |
0.075 |
0.271 |
1.48 |
从精准控制前后的图形和过程能力指数的比较结果来看,通过本发明的应用,初步取得了以下效果:出口水分的过程标偏降低了30-40%,出口水分的过程偏移量减少了40%,实现了过程自动诊断和控制,减少了人为干预,保证产品的均质化;降低了操作人员的工作强度。可见本发明可大幅改善梗丝干燥工序的质量特性指标,增强生产过程克服和消除异常干扰的能力,充分保证了梗丝干燥中出口水分的稳定性,在卷烟行业具有很好的推广应用前景。