CN110946306B - 一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法及系统包括：获取叶丝回潮所对应热风温度目标值和出口含水率目标值；建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，并根据所述温度反馈控制模型和所述热风温度目标值控制蒸汽阀门开度，以控制滚筒内的热风温度；获取叶丝回潮工序的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节温水喷洒流量以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的叶丝回潮工序的出口含水率按所述目标值进行控制。本发明能提高各批次叶丝回潮的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

Description

一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法及系统

技术领域

本发明涉及烟草加工技术领域，尤其涉及一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法及系统。

背景技术

叶丝回潮是叶丝气流干燥前的必备工序，叶丝回潮的出口含水率和热风温度是该工序重要工艺指标，其过程稳定性对后续各工序工艺指标有着直接的影响。当前，滚筒式叶丝回潮在控制中喷洒的是45±5℃的温水，而对于叶丝回潮过程中出口水分控制和热风温度存在诸多问题，其一，常设置固定的温水喷洒流量，不能根据实时测量得到的出口含水率调节加水量的大小，从而影响出口含水率的稳定。其二，由于制丝生产线上烟片的吸水能力是一直在变化的，使同一批次内或不同批次的烟片出口含水率不同，影响出口含水率的稳定，从而产生较多的不合格烟丝，对后续各工序工艺指标有很大影响。

发明内容

本发明提供基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法及系统，解决现有叶丝回潮工序的出口含水率控制不稳定和不均匀的问题，能提高各批次叶丝回潮的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法，包括：

获取叶丝回潮所对应热风温度目标值和出口含水率目标值；

建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，并根据所述温度反馈控制模型和所述热风温度目标值控制蒸汽阀门开度，以控制滚筒内的热风温度；

获取叶丝回潮工序的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；

建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节温水喷洒流量以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的叶丝回潮工序的出口含水率按所述目标值进行控制。

优选的，还包括：

保持筒壁温度、热风温度和排潮负压的影响参数固定，通过调整温水喷洒流量来实现对出口含水率的反馈控制，实时获取设定时间内叶丝回潮工序中的出口含水率和温水喷洒流量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与温水喷洒流量的回归拟合函数；

根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的叶丝回潮工序中按所述取值范围进行PID参数调节。

优选的，还包括：

采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；

如果连续两个批次的均方误差都持续增大，则对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。

优选的，所述建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，包括：

温度反馈控制模型是以所述热风温度目标值为中心，将热风温度的实际值划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度，根据的热风温度实际值所处区间控制蒸汽阀门开度达到相应值，以实现对热风温度的控制。

优选的，所述建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，还包括：

获取热风温度实测值，并根据所述热风温度目标值计算得到温度差值；

建立温度PID反馈控制模型，并根据所述温度差值调节蒸汽阀门开度，以控制热风温度。

本发明还提供一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制系统，包括：

第一获取单元，用于获取叶丝回潮所对应热风温度目标值和出口含水率目标值；

温度控制单元，用于建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，并根据所述温度反馈控制模型和所述热风温度目标值控制蒸汽阀门开度，以控制滚筒内的热风温度；

第二获取单元，用于获取叶丝回潮工序的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；

含水率控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节温水喷洒流量以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的叶丝回潮工序的出口含水率按所述目标值进行控制。

优选的，还包括：

拟合单元，用于保持筒壁温度、热风温度和排潮负压的影响参数固定，通过调整温水喷洒流量来实现对出口含水率的反馈控制，实时获取设定时间内叶丝回潮工序中的出口含水率和温水喷洒流量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与温水喷洒流量的回归拟合函数；

第一PID参数调节单元，用于根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的叶丝回潮工序中按所述取值范围进行PID参数调节。

优选的，还包括：

误差计算单元，用于采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；

第二PID参数调节单元，用于在连续两个批次的均方误差都持续增大时，对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。

优选的，所述温度控制单元，包括：

温度分区控制模块，用于以所述热风温度目标值为中心，将热风温度的实际值划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度，根据的热风温度实际值所处区间控制蒸汽阀门开度达到相应值，以实现对热风温度的控制。

优选的，所述温度控制单元，还包括：

温度PID控制模块，用于获取热风温度实测值，并根据所述热风温度目标值计算得到温度差值；建立温度PID反馈控制模型，并根据所述温度差值调节蒸汽阀门开度，以控制热风温度。

本发明提供一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法及系统，在通过设置温度反馈控制模型和出口含水率PID反馈控制模型分别调节蒸汽阀门开度和温水喷洒流量以控制热风温度和出口含水率，解决现有滚筒式叶丝回潮的出口含水率控制不稳定和不均匀的问题，能提高各批次叶丝回潮均匀度的一致性，提升生产过程质量控制能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1和图2是本发明提供一种叶丝回潮工序的出口含水率的控制方法示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

针对当前叶丝回潮工序中出口含水率不稳定和不均匀的问题，易造成批次内或批次间烟叶质量不一致，影响烟草品质的问题，本发明提供一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法及系统，在通过设置温度反馈控制模型和出口含水率PID反馈控制模型分别调节蒸汽阀门开度和温水喷洒流量以控制热风温度和出口含水率，解决现有滚筒式叶丝回潮的出口含水率控制不稳定和不均匀的问题，能提高各批次叶丝回潮均匀度的一致性，提升生产过程质量控制能力。

如图1所示，一种叶丝回潮工序的出口含水率的控制方法，包括：

S1：获取叶丝回潮所对应热风温度目标值和出口含水率目标值。

S2：建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，并根据所述温度反馈控制模型和所述热风温度目标值控制蒸汽阀门开度，以控制滚筒内的热风温度。

S3：获取叶丝回潮工序的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值。

S4：建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节温水喷洒流量以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的叶丝回潮工序的出口含水率按所述目标值进行控制。

具体地，在叶丝回潮工序的生产过程中，对出口含水率可以通过入口含水率、目标出口含水率、加水量和叶丝流量等几方面进行影响和控制。为了避免多个影响因素同时作用造成生产过程的不稳定，可将其中的多个影响变量分别固定在一个适当的取值，仅调整其中的一个影响因素来对出口含水率进行控制。本方法通过将入口含水率和叶丝流量进行固定值设置，通过调节温水喷洒流量来实现出口含水率的调节。通过PID反馈控制模型对出口含水率进行实时调整，将出口含水率的实测值与目标值进行比对，然后根据目标偏差值作为PID反馈控制模型的输入，并根据输入的烟片流量进行自适应学习，进而确定调节P、I和D的参数取值，以实现出口含水率的控制，提高批次内出口含水率控制的稳定性，增加批次间控制的一致性。

如图2所示，该方法还包括：

S5：实时获取设定时间内叶丝回潮工序中的出口含水率和温水喷洒流量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与温水喷洒流量的回归拟合函数。

S6：根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的叶丝回潮工序中按所述取值范围进行PID参数调节。

具体地，在进行回归分析对叶丝回潮的控制过程进行建模之前，首先要确定控制过程的输入(即控制参数)和输出(控制结果)。当前的控制模式可以为，保持筒壁温度、热风温度、排潮负压等影响参数固定，通过调整温水喷洒流量来实现对出口含水率的反馈控制。若出口含水率较高，则降低温水喷洒流量来降低出口含水率，若出口含水率较低，则提高温水喷洒流量以使出口含水率升高。对温水喷洒流量的控制主要是通过PID反馈控制模型自动完成，操作人员也可根据实际情况对其进行手动调节。

如图2所示，该方法还包括：

S7：采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差.

S8：如果连续两个批次的均方误差都持续增大，则对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。

具体地，对批次质量的评价方法有很多，采用较为简单常见的一种评价方法，计算均方误差(MSE,Mean Square Error)：

其中，n为每个批次获取的样本个数，y_i为每个样本中出口含水率的取值，y_T为出口含水率的均值。

在实际应用中，我们期望MSE越小越好，越小说明过程质量越稳定。若连续两个批次的MSE都增大，说明生产过程中出现了某种新的变化，导致当前的控制模式与生产实际不相适应了，因此需要对当前的控制模式进行调整。

进一步，所述建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，包括：

温度反馈控制模型是以所述热风温度目标值为中心，将热风温度的实际值划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度，根据的热风温度实际值所处区间控制蒸汽阀门开度达到相应值，以实现对热风温度的控制。

在实际应用中，热风温度以目标值为中心，划分为十一个分区。若热风温度大于64，阀门开度调整为70；若热风温度在62-64之间，阀门开度调整为65；若热风温度在61-62之间，阀门开度调整为62；若热风温度在60.5-61之间，且热风当前值大于上一时刻热风值，则阀门开度调整为61；若热风温度在60.5-61之间，且热风当前值小于上一时刻热风值，则阀门开度调整为60；若热风温度在60±0.5之间，阀门开度调整为60；若热风温度在59-59.5之间，且热风当前值大于上一时刻热风值，则阀门开度调整为60；若热风温度在59-59.5之间，且热风当前值小于上一时刻热风值，则阀门开度调整为59；若热风温度在58-59之间，阀门开度调整为58；若热风温度在56-58之间，阀门开度调整为57；若热风温度小于56，阀门开度调整为55。

更进一步，所述建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，还包括：

获取热风温度实测值，并根据所述热风温度目标值计算得到温度差值。

建立温度PID反馈控制模型，并根据所述温度差值调节蒸汽阀门开度，以控制热风温度。

具体地，将热风温度目标值与热风温度实测值相减得到的值作为温度差值，把所述温度差值作为温度PID反馈控制模型的输入，使温度PID反馈控制模型输出开度调节值，对蒸汽阀门开度进行调节，使热风温度产生变化，以减小温度差值，直到达到热风温度目标。

可见，本发明提供一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法，在通过设置温度反馈控制模型和出口含水率PID反馈控制模型分别调节蒸汽阀门开度和温水喷洒流量以控制热风温度和出口含水率，解决现有滚筒式叶丝回潮的出口含水率控制不稳定和不均匀的问题，能提高各批次叶丝回潮均匀度的一致性，提升生产过程质量控制能力。

相应地，本发明还提供一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制系统，包括：第一获取单元，用于获取叶丝回潮所对应热风温度目标值和出口含水率目标值。温度控制单元，用于建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，并根据所述温度反馈控制模型和所述热风温度目标值控制蒸汽阀门开度，以控制滚筒内的热风温度。第二获取单元，用于获取叶丝回潮工序的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值。含水率控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节温水喷洒流量以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的叶丝回潮工序的出口含水率按所述目标值进行控制。

该系统还包括：拟合单元，用于实时获取设定时间内叶丝回潮工序中的出口含水率和温水喷洒流量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与温水喷洒流量的回归拟合函数。第一PID参数调节单元，用于根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的叶丝回潮工序中按所述取值范围进行PID参数调节。

该系统还包括：误差计算单元，用于采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差。第二PID参数调节单元，用于在连续两个批次的均方误差都持续增大时，对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。

进一步，所述温度控制单元，包括：温度分区控制模块，用于以所述热风温度目标值为中心，将热风温度的实际值划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度，根据的热风温度实际值所处区间控制蒸汽阀门开度达到相应值，以实现对热风温度的控制。

更进一步，所述温度控制单元，还包括：温度PID控制模块，用于获取热风温度实测值，并根据所述热风温度目标值计算得到温度差值；建立温度PID反馈控制模型，并根据所述温度差值调节蒸汽阀门开度，以控制热风温度。

可见，本发明提供一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制系统，在通过设置温度反馈控制模型和出口含水率PID反馈控制模型分别调节蒸汽阀门开度和温水喷洒流量以控制热风温度和出口含水率，解决现有滚筒式叶丝回潮的出口含水率控制不稳定和不均匀的问题，能提高各批次叶丝回潮均匀度的一致性，提升生产过程质量控制能力。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法，其特征在于，包括：

获取叶丝回潮所对应热风温度目标值和出口含水率目标值；

建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，并根据所述温度反馈控制模型和所述热风温度目标值控制蒸汽阀门开度，以控制滚筒内的热风温度；

获取叶丝回潮工序的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；

建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节温水喷洒流量以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的叶丝回潮工序的出口含水率按所述目标值进行控制；

保持筒壁温度、热风温度和排潮负压的影响参数固定，通过调整温水喷洒流量来实现对出口含水率的反馈控制，实时获取设定时间内叶丝回潮工序中的出口含水率和温水喷洒流量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与温水喷洒流量的回归拟合函数；

根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的叶丝回潮工序中按所述取值范围进行PID参数调节；

采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；

如果连续两个批次的均方误差都持续增大，则对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。

2.根据权利要求1所述的基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法，其特征在于，所述建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，包括：

温度反馈控制模型是以所述热风温度目标值为中心，将热风温度的实际值划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度，根据的热风温度实际值所处区间控制蒸汽阀门开度达到相应值，以实现对热风温度的控制。

3.根据权利要求2所述的基于滚筒式叶丝回潮的质量控制方法，其特征在于，所述建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，还包括：

获取热风温度实测值，并根据所述热风温度目标值计算得到温度差值；

建立温度PID反馈控制模型，并根据所述温度差值调节蒸汽阀门开度，以控制热风温度。

4.一种基于滚筒式叶丝回潮的质量控制系统，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取叶丝回潮所对应热风温度目标值和出口含水率目标值；

温度控制单元，用于建立热风温度与蒸汽阀门开度的温度反馈控制模型，并根据所述温度反馈控制模型和所述热风温度目标值控制蒸汽阀门开度，以控制滚筒内的热风温度；

第二获取单元，用于获取叶丝回潮工序的出口含水率的实测值，并根据所述目标值和所述实测值得到出口含水率的目标偏差值；

含水率控制单元，用于建立含水率PID反馈控制模型，用于根据所述目标偏差值调节温水喷洒流量以对出口含水率进行反馈控制，使批次内的叶丝回潮工序的出口含水率按所述目标值进行控制；

拟合单元，用于保持筒壁温度、热风温度和排潮负压的影响参数固定，通过调整温水喷洒流量来实现对出口含水率的反馈控制，实时获取设定时间内叶丝回潮工序中的出口含水率和温水喷洒流量，并按时间关系进行拟合得到出口含水率与温水喷洒流量的回归拟合函数；

第一PID参数调节单元，用于根据所述回归拟合函数确定PID参数的取值范围，使所述含水率PID反馈控制模型在同一批次内的叶丝回潮工序中按所述取值范围进行PID参数调节；

误差计算单元，用于采集每个批次出口含水率的取值样本，并在每批结束后计算该批次的均方误差；

第二PID参数调节单元，用于在连续两个批次的均方误差都持续增大时，对所述含水率PID反馈控制模型中的PID参数进行调整。

5.根据权利要求4所述的基于滚筒式叶丝回潮的质量控制系统，其特征在于，所述温度控制单元，包括：

温度分区控制模块，用于以所述热风温度目标值为中心，将热风温度的实际值划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度，根据的热风温度实际值所处区间控制蒸汽阀门开度达到相应值，以实现对热风温度的控制。

6.根据权利要求5所述的基于滚筒式叶丝回潮的质量控制系统，其特征在于，所述温度控制单元，还包括：

温度PID控制模块，用于获取热风温度实测值，并根据所述热风温度目标值计算得到温度差值；建立温度PID反馈控制模型，并根据所述温度差值调节蒸汽阀门开度，以控制热风温度。

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