CN108208902B - 一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，其方法步骤如下：首先设定来料烟丝水分、工艺气温度和燃烧炉温度的标准值分别为d标、c标1和c标2，然后检测来料烟丝水分、工艺气温度和燃烧炉温度的实时值分别为d实、c实1和c实2；将c实1与c标1、d实与d标、c实2与c标2分别进行实时比较，分别经温度PID控制器、水分补偿模块、温度补偿模块运算实时输出旁路风门开度y1、y水、y温；根据公式：y＝y1+y水+y温，计算旁路风门开度设定值y，输出给旁路风门定位器，用于控制旁路风门的实时开度。该方法可对来料烟丝水分和燃烧炉温度变化进行预判，能提前修正旁路风门开度的设定值，快速、精确调节工艺气温度。
Description
技术领域
本发明属于烟草加工领域，具体涉及一种烟草制丝生产工艺控制方法，特别涉及一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法。
背景技术
在烟草制丝工艺中，气流式烘丝机利用高温干燥气体对烟丝进行快速干燥、膨胀和定型，高温干燥气体即为烘丝工序的工艺气，其温度控制的稳定性对出口烟丝水分、温度及其他感官质量有着重要影响。气流式烘丝机的工艺气与潮湿烟丝进行热交换作用前后，温差达到100℃以上，其中一部分工艺气体经风机、旁路风门送回至燃烧室的热交换器再加热循环使用，其余气体进行排放。工艺气在热交换、再加热循环的过程中，因受来料烟丝流量、来料烟丝水分、蒸汽注入量、燃烧炉温度等因素影响，工艺气温度易产生较大波动。根据烘丝工艺标准要求，在上述工艺气温度的影响因素中，来料烟丝流量和蒸汽注入量相对较为稳定，而来料烟丝水分受上游设备加工质量的影响，燃烧炉温度受燃烧炉加热系统的影响，这两个因素相对不稳定，是造成工艺气温度波动的主要影响因素。
目前，工艺气温度单纯采用传统的PID控制方式，通过比较实时温度值与工艺气温度设定值的差值来调节旁路风门开度，存在调控的滞后性，缺乏对来料烟丝水分、燃烧炉温度变化的预判性，存在难以解决其滞后性和超调现象的弊端，往往出现大幅波动。如英国狄更生·莱格公司生产的气流式烘丝机(HXD)，工艺气温度采用PID控制方式，设定值为250℃，偏差范围达到±15℃，过程控制能力指数Cpk值在0.7以下，系统的稳定性较差，最终导致干燥过程的不稳定，烘丝机出口水分和温度的控制能力较低。
中国专利2014年6月11日公开了一种公开号为CN103844338A的专利-一种气流式烘丝机工艺气流温度控制系统及方法，该方法是将工艺气流温度和燃烧炉温度的两级PID串联控制；中国专利2016年5月25日公开了一种公开号为CN105595391A的专利-一种关于CTD气流式烘丝机的先进控制方法，CTD是意大利COMAS公司研制的新型塔式气流烘丝机，该方法是将预测PI控制算法与双重积分环节串联使用。上述控制方法均未解决来料烟丝水分和燃烧炉温度对工艺气温度波动的影响，无法提前修正旁路风门开度的设定值，仍然存在温度调节的滞后问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，该方法可对来料烟丝水分和燃烧炉温度变化进行预判，能提前修正旁路风门开度的设定值，快速、精确调节工艺气温度，有效稳定气流式烘丝机的烟丝干燥过程。
为实现上述目的，一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，包括如下步骤：
A：设定基本参数，即根据工艺标准要求，设定来料烟丝水分的标准值为d标，工艺气温度的标准值为c标1，燃烧炉温度的标准值为c标2；
B：采集实时数据，即通过红外水分仪检测来料烟丝水分的实时值为d实，通过温度传感器热电偶一检测工艺气温度的实时值为c实1，通过温度传感器热电偶二检测燃烧炉温度的实时值为c实2；
C：将工艺气温度的实时值c实1与标准值c标1进行实时比较，经温度PID控制器运算实时输出旁路风门开度y1；
D：将来料烟丝水分的实时值d实与标准值d标进行实时比较，经水分补偿模块运算实时输出关于水分补偿的旁路风门开度y水，计算公式：y水＝k1*(d实-d标)；
E：将燃烧炉温度的实时值c实2与标准值c标2进行实时比较，经温度补偿模块运算实时输出关于温度补偿的旁路风门开度y温，计算公式：y温＝k2*(c实2-c标2)；所述k1和k2均为经验值，根据设备情况和工艺要求进行整定；
F：根据公式：y＝y1+y水+y温，计算出旁路风门开度设定值y并输出给旁路风门定位器，用于控制旁路风门的实时开度。
优选的，所述关于水分补偿的旁路风门开度y水为-3.5～3.5。
优选的，所述关于温度补偿的旁路风门开度y温为-1.5～1.5。
优选的，所述旁路风门开度y1为0～100。
优选的，所述旁路风门开度设定值y为0～100。
与现有技术方案相比，本发明在传统PID控制的基础上，通过加入来料烟丝水分和燃烧炉温度的误差补偿，来计算旁路风门开度设定值，用于修正传统PID控制的输出值。本发明结合了PID控制和误差补偿的优点，既具有PID闭环控制精度高、稳定性好的特点，又具有对来料烟丝水分和燃烧炉温度变化的预判性，能提前修正旁路风门开度的设定值。本发明易于电控程序的设计和实现，能够快速、精确调节工艺气温度，较好的改善气流式烘丝机工艺气温度控制的滞后性和超调现象，有利于减少工艺气温度的波动，有效稳定气流式烘丝机的烟丝干燥过程。
附图说明
图1为本发明气流式烘丝机设备布置示意图；
图2为本发明的工艺气温度控制原理图；
图3为现有控制方式的气流式烘丝机工艺气温度趋势图；
图4为本发明控制方式的气流式烘丝机工艺气温度趋势图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，温度传感器热电偶一检测工艺气温度的实时值，温度传感器热电偶二检测燃烧炉温度的实时值，红外水分仪检测来料烟丝水分的实时值。燃烧炉产生的高温持续气体对热交换器进行加热后，工艺气通过工艺管道进入气流式烘丝机中，在气流烘丝机内与烟丝发生热交换，即烟丝的干燥、膨胀过程，降温后的回风气体一部分经风机、旁路风门送回至热交换器再加热循环使用，其余气体进行排放。
如图2所示，本发明首先设定来料烟丝水分、工艺气温度和燃烧炉温度的标准值分别为d标、c标1和c标2，然后检测来料烟丝水分、工艺气温度和燃烧炉温度的实时值分别为d实、c实1和c实2；将c实1与c标1、d实与d标、c实2与c标2分别进行实时比较，分别经温度PID控制器、水分补偿模块、温度补偿模块运算实时输出旁路风门开度y1、y水、y温；根据公式：y＝y1+y水+y温，计算旁路风门开度设定值y，输出给旁路风门定位器，用于控制旁路风门的实时开度。
具体实施例：
本实例选取的设备为英国狄更生·莱格公司生产的气流式烘丝机HXD，工艺要求为：来料烟丝水分22.5％，工艺气温度为250℃，燃烧炉温度为580℃，HXD出口烟丝水分为13.2％。
实施例具体步骤如下：
A：设定基本参数：设定来料烟丝水分的标准值d标为22.5％，工艺气温度的标准值c标1为250℃，燃烧炉温度的标准值c标2为580℃；
B：采集实时数据：通过红外水分仪检测来料烟丝水分的实时值d实，通过温度传感器热电偶一检测工艺气温度的实时值c实1，通过温度传感器热电偶二检测燃烧炉温度的实时值c实2；
C：将工艺气温度的实时值c实1与标准值c标1(250℃)进行实时比较，经温度PID控制器运算实时输出旁路风门开度y1；
D：将来料烟丝水分实时值d实与标准值d标(22.5％)进行实时比较，经水分补偿模块运算实时输出关于水分补偿的旁路风门开度y水，计算公式：y水＝k1*(d实-d标)；
E：将燃烧炉温度实时值c实2与标准值c标2(580℃)进行实时比较，经温度补偿模块运算实时输出关于温度补偿的旁路风门开度y温，计算公式：y温＝k2*(c实2-c标2)；根据设备情况和工艺要求，整定k1＝3.5，k2＝-0.1；
F：根据公式：y＝y1+y水+y温，计算旁路风门开度设定值y，输出给旁路风门定位器，用于控制旁路风门的实时开度。
设定y水的补偿范围为-3.5～3.5，y温的补偿范围为-1.5～1.5，y1值的范围为0～100，y值的范围为0～100。
y值输出给旁路风门定位器时转换为百分数。
当工艺气温度实时值c实1＝252℃，温度PID控制器运算，实时输出旁路风门开度y1＝65.0，此时来料烟丝水分实时值d实＝22.8％，水分补偿y水＝3.5*(22.8-22.5)＝1.5，燃烧炉温度实时值c实2＝583℃，温度补偿y温＝-0.1*(583-580)＝-0.3，最终计算得出y＝65.0+1.5-0.3＝66.2，旁路风门开度设定值为66.2％。
当工艺气温度实时值c实1＝246℃，温度PID控制器运算，实时输出旁路风门开度y1＝65.5，此时来料烟丝水分实时值d实＝22.3％，水分补偿y水＝3.5*(22.3-22.5)＝-0.7，燃烧炉温度实时值c实2＝576℃，温度补偿y温＝-0.1*(576-580)＝0.4，最终计算得出y＝65.5-0.7+0.4＝65.2，旁路风门开度设定值为65.2％。
本实施例的PID算法、水分补偿算法、温度补偿算法均通过可编程逻辑控制器PLC实现。
本实施例试验环境为每个生产批次时间在60分钟左右，数据采集分析周期为15秒，即每个生产批次采集的有效数据约为240个。
从图3、图4中比较得出，使用本发明控制的工艺气温度趋势图比原有的控制方式，温度波动幅度减弱，变化趋势明显平稳，本发明的控制方法效果显著。
通过本实施例可见，工艺气温度波动明显减少，偏差范围下降至±5℃，过程控制能力指数Cpk值提高至1.36以上，较好的稳定了干燥过程，出口烟丝水分的标准偏差由原来的0.26降低至0.17，产品内在品质得到显著提升。
Claims (5)
1.一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
A：设定基本参数，即根据工艺标准要求，设定来料烟丝水分的标准值为d标，工艺气温度的标准值为c标1，燃烧炉温度的标准值为c标2；
B：采集实时数据，即通过红外水分仪检测来料烟丝水分的实时值为d实，通过温度传感器热电偶一检测工艺气温度的实时值为c实1，通过温度传感器热电偶二检测燃烧炉温度的实时值为c实2；
C：将工艺气温度的实时值c实1与标准值c标1进行实时比较，经温度PID控制器运算实时输出旁路风门开度y1；
D：将来料烟丝水分的实时值d实与标准值d标进行实时比较，经水分补偿模块运算实时输出关于水分补偿的旁路风门开度y水，计算公式：y水＝k1*(d实-d标)；
E：将燃烧炉温度的实时值c实2与标准值c标2进行实时比较，经温度补偿模块运算实时输出关于温度补偿的旁路风门开度y温，计算公式：y温＝k2*(c实2-c标2)；所述k1和k2均为经验值，根据设备情况和工艺要求进行整定；
F：根据公式：y＝y1+y水+y温，计算出旁路风门开度设定值y并输出给旁路风门定位器，用于控制旁路风门的实时开度。
2.根据权利要求1所述的一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，其特征在于：所述关于水分补偿的旁路风门开度y水为-3.5～3.5。
3.根据权利要求1或2所述的一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，其特征在于：所述关于温度补偿的旁路风门开度y温为-1.5～1.5。
4.根据权利要求1或2所述的一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，其特征在于：所述旁路风门开度y1为0～100。
5.根据权利要求1或2所述的一种气流式烘丝机工艺气温度控制方法，其特征在于：所述旁路风门开度设定值y为0～100。
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