CN111414029A - 一种基于pid温度分级控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于PID温度分级控制方法包括：检测烘丝机物料出口处的梗丝水分的百分比含量；比较梗丝水分的百分比含量和阈值百分比值；在梗丝水分的百分比含量大于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第一参数组合，使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；在梗丝水分的百分比含量不大于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第二参数组合，使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；第一参数组合中的比例参数大于第二参数组合中的比例参数，第一参数、第二参数组合积分、微分相同，保持过程控制的连续性、稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及烟草工业设备技术领域，具体涉及在SH86隧道式烘丝机及附属设备的基础上进行的柔性改造。
背景技术
目前，柳州卷烟厂叶(梗)丝干燥设备有SH86隧道式烘丝机、HDT气流式烘丝机，主要依靠蒸汽热风温度来对物料进行干燥。以SH86隧道式烘丝机为例，设备经过预热，一、二区达到固定温度后(一区为150±5℃、二区为140±5℃)后自动完成，当整线联动物料进入设备后，PID控制器通过控制系统控制气动薄膜阀开度使温度保持稳定，当出口水分有异常(偏高或偏低)时，优先调整一区温度进行水分控制。原有的PID参数在从生产开始到结束使用用一套相同的参数，但随着工艺加工、提质降耗要求的提高，这种控制模式已不能完全适应新要求。比如，在梗丝干燥过程中，目前针对梗丝干头量(指梗丝水分小于8％)虽然没有硬性工艺考核标准，但梗丝干头量多，一方面不符合企业降耗的要求，另外一方面，梗丝含水率对梗丝的各项物料指标和综合质量均有很大关系，梗丝水分偏干不利于成品烟丝结构、填充性能以及叶丝、梗丝、膨胀丝掺兑的均匀性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种基于PID温度分级控制方法，其中通过优化PID参数来解决温控在物料干燥加工中的不协调问题，并寻求该控制方式在不同牌号、不同工艺加工要求的自适应性。
根据本发明，提供了一种基于PID温度分级控制方法，包括：
第一步骤：检测烘丝机物料出口处的梗丝水分的百分比含量；
第二步骤：判断梗丝水分的百分比含量是否大于阈值百分比值；
第三步骤：在梗丝水分的百分比含量大于或等于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第一参数组合，随后使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；
第四步骤：在梗丝水分的百分比含量不大于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第二参数组合，随后使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；
其中，第一参数组合中的比例参数大于第二参数组合中的比例参数，第一参数、第二参数组合中的积分参数、微分参数保持不变。
优选地，对于第一参数组合和第二参数组合，比例参数的数值范围为大于等于0.8且小于等于1.2，积分参数的数值范围为大于等于1.5且小于等于3，微分参数的数值范围为大于等于3且小于等于6。
优选地，阈值百分比值是8％。
优选地，温度控制系统由蒸汽管路、温度传感器、变频PLC及其他附件设施组成，执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度。
根据本发明，还提供了一种基于PID温度分级控制方法，包括：检测烘丝机物料出口处的梗丝水分的百分比含量；在梗丝水分的百分比含量从大于或等于阈值百分比值转变为不大于阈值百分比值时，将PID控制器的比例参数的数值调小，随后使温度控制系统执行PID控制器在新参数下发出的指令调控蒸汽热风温度；在梗丝水分的百分比含量从不大于阈值百分比值转变为大于或等于阈值百分比值时，将PID控制器的比例参数的数值调大，随后使温度控制系统执行PID控制器在新参数下发出的指令调控蒸汽热风温度。
优选地，比例参数的数值范围为大于等于0.8且小于等于1.2，积分参数的数值范围为大于等于1.5且小于等于3，微分参数的数值范围为大于等于3且小于等于6。
优选地，阈值百分比值是8％。
优选地，温度控制系统由蒸汽管路、温度传感器、变频PLC及其他附件设施组成，执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度。
本发明能够通过优化PID参数来解决温控在物料干燥加工中的不协调问题，并实现该控制方式在不同牌号、不同工艺加工要求的自适应性。
附图说明
结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：
图1示意性地示出了根据本发明优选实施例采用的PID控制系统原理图。
图2示意性地示出了调整前料头温度曲线图。
图3示意性地示出了参数调整后P、I叠加温度曲线图。
图4示意性地示出了参数调整后P、I、D三要素叠加温度曲线图。
图5示意性地示出了根据本发明优选实施例的PID分级控制流程图。
图6示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于PID温度分级控制方法的总体流程图。
需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。
具体实施方式
为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。
<PID控制系统原理>
PID控制器由比例单元、积分单元和微分单元组成，它的基本原理是将偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)通过线性组合构成控制量。比例作用关联PID控制的稳定性、响应速度等指标，比例调节的特点在于当系统有偏差时可以迅速的响应降低偏差，其值越大，调节反应速度也越快，但如果过大则会影响稳定性，过小则会导致其修正作用降低。积分关联控制的精度，当误差存在积分增益将发挥重要的作用，可以消除出比例控制的静差，增大时可以减小静差，而过大时会导致稳定性下降。微分增益主要作用是预测误差的变化趋势，改善动态响应特性，减少调节时间。
参见图1，在PID控制中，首先要对比例(P)、积分(I)和微分(D)三要素进行优化。本发明应用现场整定法，该法是通过实际运行观察系统对典型输入作用的响应曲线，根据各控制参数对系统的影响，反复调节直到P、I、D最优参数。
第一步，先了解温控在物料加工中的变化趋势情况，从MES(ManufacturingExecution System)系统调取多批次物料料头蒸汽热风温度情况(过料15分钟内温度曲线图)，以某牌号物料为例，蒸汽热风温度如下图2所示。
从图2中可以发现，蒸汽热风温度在一定范围内上下波动，温度从波谷到波峰用时约15-30秒，也就是说温度能在短时间达到目标值，但出现超调现象，导致偏差明显；可基本控制在目标范围内，但偏差较大，容易产生波动。
第二步，P、I、D参数优化。一方面既要防止温度过冲大，避免料头偏干。同时也要防止加温达不到目标值，小于目标值时间多，导致物料水平“冒泡”偏湿。根据料头水分偏干判定标准(水分＜8％)，以水分8％为界分级构建相应的控制参数。
1.比例调节(P值)。根据P控制原理，按照0.5，1，1.5，顺序进行调整，P值越大，温度变化越大；P值越小，变化越小，但P值过小会导致温升响应不够及时，所以将P暂定设置为0.8≤P≤1.2。
2.积分调节(I值)。根据I控制原理，按照1，4，7顺序进行了调整。合理的I值(1.5≤I≤3)参数可以将温度波动周期延长，波动曲线较调整前更平缓，如图3所示。
3.微分调节(D值)。根据D控制原理，按3，6，9顺序进行了调整。调整后的图形显示，D值主要起提前预判作用，避免产生规律性的波动，从而提高过程稳定性，合理的D值(3≤D≤6)参数使温度波动曲线较平缓，避免出现频繁波动现象，如图4所示。
<PID分级控制流程具体示例>
图5示意性地示出了根据本发明优选实施例的PID分级控制流程图。如图5所示，根据料头和过程控制的控制特点，分别以水分8％为临界点建立两套代码为0和1的PID值，当设备出口水分小于8％时，以代码0程序实施调控，该程序的特点是适当降低温度控制的灵敏度，避免温度响应过快，当设备出口水分大于8％时，以代码1程序实施调控，该程序的特点是缩短温度加热迟滞时间，温度能较快达到目标值，避免物料水分上升速度过快，即避免水分过冲大上下来回波动，促进物料水分稳定达到目标值(12±0.5)并保持连续、均匀、稳定、受控的状态。
优化的比较结果如下表格所示。
<第一实施例>
图6示意性地示出了根据本发明优选实施例的基于PID温度分级控制方法的总体流程图。
如图6所示，总体说来，例如，根据本发明优选实施例的基于PID温度分级控制方法可包括：
第一步骤S1：检测烘丝机物料出口处的梗丝水分的百分比含量；
第二步骤S2：判断梗丝水分的百分比含量是否大于阈值百分比值；例如，阈值百分比值是8％。
第三步骤S3：在梗丝水分的百分比含量大于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第一参数组合，随后使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；此时，第一参数组合下的PID控制器指示温度控制系统缩短温度加热迟滞时间，温度能较快达到目标值，避免物料水分上升速度过快，即水分过冲大上下来回波动，促进物料水分稳定达到目标值(例如，12±0.5)并保持连续、均匀、稳定、受控的状态。
第四步骤S4：在梗丝水分的百分比含量不大于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第二参数组合，随后使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；此时，第二参数组合下的PID控制器指示温度控制系统适当降低温度控制的灵敏度，避免温度响应过快；
其中，第一参数组合中的比例参数大于第二参数组合中的比例参数，第一参数、第二参数积分参数、微分参数保持相同。
优选地，例如，对于第一参数组合和第二参数组合，比例参数的数值范围为大于等于0.8且小于等于1.2，积分参数的数值范围为大于等于1.5且小于等于3，微分参数的数值范围为大于等于3且小于等于6。
例如，温度控制系统由蒸汽管路、温度传感器、变频PLC及其他附件设施组成，执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度。
在该实施例中，以水分8％为临界点建立两套代码为0和1的PID值，实行分级控制，降低梗丝干燥加工料头水分偏干量，提高物料利用率，降低消耗。
<第二实施例>
在另一种方案中，检测烘丝机物料出口处的梗丝水分的百分比含量；在梗丝水分的百分比含量从大于或等于阈值百分比值转变为不大于阈值百分比值时，将PID控制器的比例参数的数值调小，将积分参数的数值调小，将微分参数的数值调大，随后使温度控制系统执行PID控制器在新参数下发出的指令调控蒸汽热风温度；在梗丝水分的百分比含量从不大于阈值百分比值转变为大于或等于阈值百分比值时，将PID控制器的比例参数的数值调大，将积分参数的数值调大，将微分参数的数值调小，随后使温度控制系统执行PID控制器在新参数下发出的指令调控蒸汽热风温度。
同样，例如，阈值百分比值是8％。优选地，比例参数的数值范围为大于等于0.8且小于等于1.2，积分参数的数值范围为大于等于1.5且小于等于3，微分参数的数值范围为大于等于3且小于等于6。
需要说明的是，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。
可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (8)
1.一种基于PID温度分级控制方法，其特征在于包括：
第一步骤：检测烘丝机物料出口处的梗丝水分的百分比含量；
第二步骤：判断梗丝水分的百分比含量是否大于阈值百分比值；
第三步骤：在梗丝水分的百分比含量大于或等于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第一参数组合，随后使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；
第四步骤：在梗丝水分的百分比含量不大于阈值百分比值的情况下，将PID控制器的比例参数、积分参数和微分参数设置为第二参数组合，随后使温度控制系统执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度；
其中，第一参数组合中的比例参数大于第二参数组合中的比例参数，第一参数、第二参数组合积分、微分相同。
2.根据权利要求1所述的基于PID温度分级控制方法，其特征在于，对于第一参数组合和第二参数组合，比例参数的数值范围为大于等于0.8且小于等于1.2，积分参数的数值范围为大于等于1.5且小于等于3，微分参数的数值范围为大于等于3且小于等于6。
3.根据权利要求1或2所述的基于PID温度分级控制方法，其特征在于，阈值百分比值是8％。
4.根据权利要求1或2所述的基于PID温度分级控制方法，其特征在于，温度控制系统由蒸汽管路、温度传感器、变频PLC及其他附件设施组成，执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度。
5.一种基于PID温度分级控制方法，其特征在于包括：检测烘丝机物料出口处的梗丝水分的百分比含量；在梗丝水分的百分比含量从大于或等于阈值百分比值转变为不大于阈值百分比值时，将PID控制器的比例参数的数值调小，随后使温度控制系统执行PID控制器在新参数下发出的指令调控蒸汽热风温度；在梗丝水分的百分比含量从不大于阈值百分比值转变为大于或等于阈值百分比值时，将PID控制器的比例参数的数值调大，积分参数、微分参数保持不变，随后使温度控制系统执行PID控制器在新参数下发出的指令调控蒸汽热风温度。
6.根据权利要求5所述的基于PID温度分级控制方法，其特征在于，比例参数的数值范围为大于等于0.8且小于等于1.2，积分参数的数值范围为大于等于1.5且小于等于3，微分参数的数值范围为大于等于3且小于等于6。
7.根据权利要求5或6所述的基于PID温度分级控制方法，其特征在于，阈值百分比值是8％。
8.根据权利要求1或2所述的基于PID温度分级控制方法，其特征在于，温度控制系统由蒸汽管路、温度传感器、变频PLC及其他附件设施组成，执行PID控制器发出的指令调控蒸汽热风温度。
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