CN106418656B - 一种烟草制丝生产的水分控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟草制丝加料水分控制方法及装置，该方法的步骤为：S1：根据n秒前的入口水分和当前牌号的截止水分参数计算前馈加水量；S2：根据当前的SPC统计计算反馈加水量；S3：将前馈加水量和反馈加水量相加得到当前所需水流量，计算对应阀门开度；S4：根据m秒前的出口水分，与目标水分相对比，实时调整截止水分参数。该装置是用来实施上述方法的装置。本发明具有能够降低人工劳动强度、提高效率、提高产品内在质量及后续工序满意度等优点。

Description

一种烟草制丝生产的水分控制方法及装置

技术领域

本发明主要涉及到烟草制丝生产领域，特指一种烟草制丝生产的水分控制方法及装置。

背景技术

制丝生产中的筛分加料工序，主要工艺任务是将6mm以下的烟片筛除后将料液均匀地喷洒到片烟上，并适当提高叶片的含水率和温度，以利于后续工序对片烟进一步加工。其中，含水率的控制效果对制丝的内在品质及后续的加工参数稳定性控制起到重要作用。在生产过程中，由于叶组配方中不同地区及不同等级的片烟理化指标、吸湿性及吸湿速度存在差异，以及现有筛分加料工序控制方式不合理，导致人工干预频繁、出口叶片含水率波动较大。

在现有的筛分加料工序中，一次完整的烟丝生产过程，根据烟丝累积流量的不同，可分为料头、料中和料尾三个不同的阶段。在这三个阶段中，生产情况差异性较大，如水蒸汽含量、皮带秤流量等。现有的控制方案对这三种情况不加以区分，使用相同的策略控制不同阶段的加水，将会导致控制效果较差。

目前，在烟草制丝的筛分加料工序中，主要采用人工调节的方式控制水流量，人工控制的缺点主要表现在以下方面：

(1)人工控制人力成本高，劳动强度大，且控制效果无法保证；

(2)对目标水分进行临时调整后，现场操作人员有可能会不适应新的生产情况，导致控制效果较差；

(3)当有新的牌号的烟丝投入生产后，现场操作人员有可能会经过较长的一段时间才能适应新的烟丝的生产，这会造成较大的经济损失。

出现以上问题的主要原因在于：

(1)影响烟丝出口水分的因素较多，如烟丝的入口水分及生产过程中的料液、水蒸汽等因素都会影响烟丝的出口水分，从而，难以建立准确的数学模型以量化当前所需的水流量；

(2)烟丝生产过程中的延时，如烟丝入口至滚筒的延时、滚筒至烟丝出口延时等，使得控制过程中的输入量、控制量和输出量难以对应，加大了控制难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够降低人工劳动强度、提高效率、提高产品内在质量及后续工序满意度的烟草制丝生产的水分控制方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种烟草制丝加料水分控制方法，其步骤为：

S1：根据n秒前的入口水分和当前牌号的截止水分参数计算前馈加水量；其中，烟丝入口入滚筒的延时为n秒；

S2：根据当前的SPC统计计算反馈加水量；

S3：将前馈加水量和反馈加水量相加得到当前所需水流量，计算对应阀门开度；

S4：根据m秒前的出口水分，与目标水分相对比，实时调整截止水分参数；其中，滚筒至烟丝出口的延时为m秒。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S1中，利用模糊控制器来计算前馈加水量；所述模糊控制器的输入有两个，一是实际入口水分与截止水分的误差e，另一个是此时刻与上时刻误差的变化ec，输出为前馈加水量u。

作为本发明方法的进一步改进：所述误差e和输出u，使用七个模糊语言值，表示为E和U；所述误差变化率de，使用五个模糊语言值，表示为DE；具体如下：

E＝{ZE,PS,PM,PB,PL} (1)

DE＝{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB} (2)

U＝{ZE,PS,PM,PB,PL} (3)

其中，模糊语言值“NB”、“NM”、“NS”、“ZE”、“PS”、“PM”、“PB”和“PL”的含义分别是“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”和“正极大”。

作为本发明方法的进一步改进：所述步骤S2中，根据SPC计算反馈加水量时，采用分阶段比例控制器进行。

一种烟草制丝加料水分控制装置，其特征在于，包括：

模糊控制器，用来根据n秒前的入口水分和当前牌号的截止水分参数计算前馈加水量；其中，烟丝入口入滚筒的延时为n秒；

SPC统计器和比例控制器，用来根据当前的SPC统计计算反馈加水量；

参数调节模块，用来根据m秒前的出口水分，与目标水分相对比，实时调整截止水分参数；其中，滚筒至烟丝出口的延时为m秒。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

1、本发明的烟草制丝生产的水分控制方法及装置，能够稳定物料出口含水率，增强工序的控制水平，使该工序CPK(Complex Process Capability index，制程能力指标；制程能力指标是一种表示制程水平高低的方法，其实质作用是反映制程合格率的高低。CPK值越大表示品质越佳。)值提高20％以上，并且降低人工劳动强度，节约劳动时间，提高产品内在质量及后续工序满意度。

2、本发明的烟草制丝生产的水分控制方法及装置，是根据加料生产特点，将每批料的加料工序分为料头、料中和料尾三个阶段，在这三个阶段采用不同的控制策略，以达到较好的控制效果。根据已采集的历史数据，计算筛分加料工序时滞的大小。在充分考虑时滞的前提下，依据现场操作人员的经验，采用模糊逻辑的方式计算阀门开度。当生产条件发生变化或生产新的牌号的烟丝时，对控制模型参数进行快速实时调整。

附图说明

图1是本发明烟草制丝加料水分控制方法的流程示意图。

图2是本发明烟草制丝加料水分控制装置的结构原理示意图。

图3是本发明在具体应用实例中模糊控制器的输入和输出变量的隶属度函数示意图。

图4是本发明在具体应用实例中分阶段比例控制器的结构原理示意图。

图5是本发明在具体应用实例中控制软件主界面的示意图。

图例说明：

1、模糊控制器；2、SPC统计器；3、比例控制器；4、参数调节模块。

具体实施方式

以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的烟草制丝加料水分控制方法，步骤为：

S1：根据n秒前的入口水分和当前牌号的截止水分参数计算前馈加水量；其中，烟丝入口入滚筒的延时为n秒；

S2：根据当前的SPC统计计算反馈加水量；SPC(Statistical Process Control)为统计工序控制；SPC是利用统计方法对过程中的各个阶段进行控制，从而达到改进与保证质的目的。在质量诊断方面，SPC可以用来度量过程的稳定性，即过程是否处于统计控制状态。

S3：将前馈加水量和反馈加水量相加得到当前所需水流量，计算对应阀门开度；

S4：根据m秒前的出口水分，与目标水分相对比，实时调整截止水分参数；其中，滚筒至烟丝出口的延时为m秒。

在具体应用时，步骤S1中，可以利用模糊控制器1来计算前馈加水量。模糊控制器1采用的输入有两个，一是实际入口水分与截止水分的误差e，另一个是此时刻与上时刻误差的变化ec，输出为前馈加水量u。

本实施例中，对于误差e和输出u，使用七个模糊语言值，表示为E和U。对于误差变化率de，使用五个模糊语言值，表示为DE。如下所示：

E＝{ZE,PS,PM,PB,PL} (1)

DE＝{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB} (2)

U＝{ZE,PS,PM,PB,PL} (3)

其中，模糊语言值“NB”、“NM”、“NS”、“ZE”、“PS”、“PM”、“PB”和“PL”的含义分别是“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”和“正极大”。

另外，还可以根据实际需要，依据专家经验，将SPC误差作为反馈调节加水量，且在料头、料中和料尾等三个阶段采用不同的反馈系数，从而形成了一个闭环控制，达到了较好的控制效果。

如图3所示，为在具体应用实例中模糊控制器1的输入和输出变量的隶属度函数。从图中可以看出，模糊控制器的输入输出论域一般定义在[－1,1]，这是通过输入输出比例因子实现的。进一步，建立模糊规则库如表1所示。

表1

在步骤S2中，根据SPC计算反馈加水量时，在具体应用实例中采用分阶段比例控制器3，如图4所示。在图可以看出，根据SPC值的不同，本实例中采用了三个不同的比例系数，K₁、K₂和K₃计算反馈加水量。比例系数的具体值可以根据实际生产中所处阶段选择不同值，以改善控制效果。

参见图2，本发明进一步提供一种基于上述方法的烟草制丝加料水分控制装置，包括：模糊控制器1、SPC统计器2、比例控制器3和参数调节模块4。所述模糊控制器1用来根据n秒前的入口水分和当前牌号的截止水分参数计算前馈加水量；其中，烟丝入口入滚筒的延时为n秒；所述SPC统计器2和比例控制器3用来根据当前的SPC统计计算反馈加水量；本发明中总体加水量就是由前馈加水量和反馈加水量两部分组成，即将前馈加水量和反馈加水量相加得到当前所需水流量，计算对应阀门开度。所述参数调节模块4用来根据m秒前的出口水分，与目标水分相对比，实时调整截止水分参数；其中，滚筒至烟丝出口的延时为m秒。

本发明控制装置的控制目标对象包括：蒸汽表、入口水分仪、出口水分仪、阀门等。其中，蒸汽表的功能是测量控制过程中的水蒸汽含量。水蒸汽含量作为影响出口水分的因素之一，在控制时必须考虑，若不然，出口水分会有较大偏差。入口水分仪和出口水分仪分别被用来实时测量入口处和出口处烟丝的水分含量。根据控制器计算的加水流量，利用一个事先确定的函数直接计算阀门开度，然后通过执行器使阀门达到此开度，以完成整个控制流程。

如图5所示，为本发明控制装置在具体应用时的控制软件主界面，主要分为数据显示区、功能操作区和软件状态区。数据显示区分为数据曲线显示区和过程数据显示区。数据曲线显示区用来显示入口水分、出口水分和目标水分的实时变化曲线图，曲线图在料头阶段开始显示，在料尾阶段清空。过程数据显示区用来显示关键过程数据和工序状态，显示的关键过程数据包括入口水分”、“当前牌号、“加水流量、“阀门开度、“电子秤瞬时流量、“电子秤累积流量、“热风温度、“出口温度、“蒸汽流量、“出口水分误差、“实时出口水分、“目标出口水分；显示的工序状态用来指标工序所处的阶段。

功能操作区分为加水控制区和数据采集管理与参数设置区。加水控制区用来实现设置控制加水模式、设定手动加水阀门开度、调整自动加水控制参数等功能。数据管理与参数设置区用来实现数据采集、存储、显示及导出功能。软件状态显示区处于整个软件界面的最下方，用来提出软件在运行过程中的状态信息。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种烟草制丝加料水分控制方法，其特征在于，步骤为：

S1：根据n秒前的入口水分和当前牌号的截止水分参数计算前馈加水量；其中，烟丝入口入滚筒的延时为n秒；

S2：根据当前的SPC统计计算反馈加水量；

S3：将前馈加水量和反馈加水量相加得到当前所需水流量，计算对应阀门开度；

S4：根据m秒前的出口水分，与目标水分相对比，实时调整截止水分参数；其中，滚筒至烟丝出口的延时为m秒；

所述步骤S1中，利用模糊控制器来计算前馈加水量；所述模糊控制器的输入有两个，一是实际入口水分与截止水分的误差e，另一个是此时刻与上时刻误差的变化ec，输出为前馈加水量u；

所述步骤S2中，根据SPC计算反馈加水量时，采用分阶段比例控制器进行。

2.根据权利要求1所述的烟草制丝加料水分控制方法，其特征在于，所述误差e和输出u，使用五个模糊语言值，表示为E和U；所述误差变化率de，使用七个模糊语言值，表示为DE；具体如下：

E＝{ZE,PS,PM,PB,PL} (1)

DE＝{NB,NM,NS,ZE,PS,PM,PB} (2)

U＝{ZE,PS,PM,PB,PL} (3)

其中，模糊语言值“NB”、“NM”、“NS”、“ZE”、“PS”、“PM”、“PB”和“PL”的含义分别是“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”和“正极大”。

3.一种烟草制丝加料水分控制装置，其特征在于，包括：

模糊控制器，用来根据n秒前的入口水分和当前牌号的截止水分参数计算前馈加水量；其中，烟丝入口入滚筒的延时为n秒；利用模糊控制器来计算前馈加水量；所述模糊控制器的输入有两个，一是实际入口水分与截止水分的误差e，另一个是此时刻与上时刻误差的变化ec，输出为前馈加水量u；

SPC统计器和比例控制器，用来根据当前的SPC统计计算反馈加水量；根据SPC计算反馈加水量时，采用分阶段比例控制器进行；

参数调节模块，用来根据m秒前的出口水分，与目标水分相对比，实时调整截止水分参数；其中，滚筒至烟丝出口的延时为m秒。