CN113017137B - 一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法及系统，包括：获取增压蒸梗的蒸汽压力和蒸汽流量，检测在不同的所述蒸汽压力和所述蒸汽流量下烟梗的出口温度。根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型。设置烟梗的增压增温的出口温度的目标值，并通过所述滑窗预测模型对达到所述目标值需要的所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行前馈控制。本发明能解决现有增压蒸梗出口温度调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次烟梗的增压蒸梗出口温度控制的一致性，提升生产过程质量控制能力。

Description

一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法及系统

技术领域

本发明涉及烟丝加工控制技术领域，尤其涉及一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法及系统。

背景技术

在卷烟的生产过程中，需要对烟叶中的叶片和叶梗分别进行切丝加工。现有技术中的梗丝加工工艺主要原理是将增温增湿后的烟梗切成0.18mm宽的梗丝，高温状态下迅速去除梗丝中的部分水分，提高梗丝的弹性、填充能力和燃烧性。对烟梗增温增湿是压梗前的工序，目的是保证压梗中的温度在55℃以上。当前在加工过程中，主要依靠蒸汽喷射来实现温度增加，由于蒸汽喷射量的控制会直接影响出口烟梗的温度，现有蒸汽喷射量主要通过人工调节，这种调节受人的主观因素(经验和技能)影响较大，且存在判断的科学性不足甚至误判的问题，不利于烟梗增温工艺的质量控制。当前也有根据出口含水率的检测反馈后再对出口温度进行调节，但这种调节存在滞后性，无法准确调整出口温度，从而产生较多的不合格烟梗，对后续各工序工艺指标有很大影响。

发明内容

本发明提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法及系统，解决现有增压蒸梗出口温度调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次烟梗的增压蒸梗出口温度控制的一致性，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：

一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法，包括：

获取增压蒸梗的蒸汽压力和蒸汽流量，检测在不同的所述蒸汽压力和所述蒸汽流量下烟梗的出口温度；

根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型；

设置烟梗的增压增温的出口温度的目标值，并通过所述滑窗预测模型对达到所述目标值需要的所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行前馈控制。

优选的，还包括：

获取烟梗的出口温度的实测值，并根据烟梗出口温度的所述目标值和所述实测值得到偏差值；

建立温度PID反馈控制模型，用于根据所述偏差值调节所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量以对烟梗的出口温度进行反馈控制，使各批次的烟梗出口温度按所述目标值进行控制。

优选的，还包括：

建立烟梗的增压增温的出口温度的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口温度进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量Z_S；

在

或

时判断烟梗的增压增温的出口温度有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；

根据所述EWMA统计量Z_S对蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行反馈控制，使各批次烟梗的增压增温的出口温度的波动减小。

优选的，所述根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型，包括：

根据所述出口温度对设定时间段内的N次采样作为一个滑窗来计算平均温度；

再建立一个包括当前时刻在内的n次采样的出口温度滑窗，并计算得到各个时刻的出口温度与所述平均温度的差值；

如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断烟梗的增压增温的出口温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势；

获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量在所述出口时刻开始减小或增大，以对出口温度进行预测。

优选的，所述EWMA统计量Z_S根据以下公式计算：

Z_S＝λ·y_S+(1-λ)Z_S-1，其中，Z₀＝T，λ＝2，y_S为第S个时刻的出口温度。

优选的，还包括：

建立蒸汽流量与蒸汽阀门开度的对应关系表，将蒸汽流量划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度；

通过所述温度PID反馈控制模型或所述EWMA反馈控制模型对达到所述出口温度的目标值所对应的所述蒸汽阀门开度进行反馈控制。

本发明还提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制系统，包括：

第一采集单元，用于获取增压蒸梗的蒸汽压力和蒸汽流量，检测在不同的所述蒸汽压力和所述蒸汽流量下烟梗的出口温度；

滑窗预测单元，用于根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型；

前馈控制单元，用于设置烟梗的增压增温的出口温度的目标值，并通过所述滑窗预测模型对达到所述目标值需要的所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行前馈控制。

优选的，还包括：

第二采集单元，用于获取烟梗的出口温度的实测值，并根据烟梗出口温度的所述目标值和所述实测值得到偏差值；

PID反馈控制单元，用于建立温度PID反馈控制模型，用于根据所述偏差值调节所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量以对烟梗的出口温度进行反馈控制，使各批次的烟梗出口温度按所述目标值进行控制。

优选的，还包括：

EWMA反馈控制单元，用于建立烟梗的增压增温的出口温度的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口温度进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量Z_S；

所述EWMA反馈控制单元在

或

时判断烟梗的增压增温的出口温度有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；

所述EWMA反馈控制单元根据所述EWMA统计量Z_S对蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行反馈控制，使各批次烟梗的增压增温的出口温度的波动减小。

优选的，还包括：

蒸汽阀门控制单元，用于建立蒸汽流量与蒸汽阀门开度的对应关系表，将蒸汽流量划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度；

所述蒸汽阀门控制单元还用于通过所述温度PID反馈控制模型或所述EWMA反馈控制模型对达到所述出口温度的目标值所对应的所述蒸汽阀门开度进行反馈控制。

本发明提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法及系统，通过设置滑窗预测模型对蒸汽压力和/或蒸汽流量进行前馈控制，以使烟梗的出口温度达到目标值，解决现有增压蒸梗出口温度调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次烟梗的增压蒸梗出口温度控制的一致性，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是本发明提供的一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法。

图2是本发明提供的一种基于PID反馈的出口温度控制方法。

图3是本发明提供的一种基于EWMA反馈的出口温度控制方法。

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。

针对当前烟梗在增压增温中的出口温度控制不准确，易影响批次内烟梗品质的问题，本发明提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法及系统，通过设置滑窗预测模型对蒸汽压力和/或蒸汽流量进行前馈控制，以使烟梗的出口温度达到目标值，解决现有增压蒸梗出口温度调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次烟梗的增压蒸梗出口温度控制的一致性，提升生产过程质量控制能力。

如图1所示，一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法，包括：

S1：获取增压蒸梗的蒸汽压力和蒸汽流量，检测在不同的所述蒸汽压力和所述蒸汽流量下烟梗的出口温度。

S2：根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型。

S3：设置烟梗的增压增温的出口温度的目标值，并通过所述滑窗预测模型对达到所述目标值需要的所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行前馈控制。

具体地，通过测试确定在设定蒸汽压力下的蒸汽流量与出口温度的变化趋势，及确定在设定蒸汽流量下的蒸汽压力与出口温度的变化趋势，进而建立蒸汽压力、蒸汽流量和出口温度之间的滑窗预测模型。通过滑窗预测模型对蒸汽压力和蒸汽流量的变化预测出口温度的变化趋势，再根据出口温度的变化趋势与出口温度的目标值相比较，得到如何调整蒸汽压力和蒸汽流量的前馈控制。能解决现有增压蒸梗出口温度调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次烟梗的增压蒸梗出口温度控制的一致性，提升生产过程质量控制能力。

进一步，所述根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型，包括：

根据所述出口温度对设定时间段内的N次采样作为一个滑窗来计算平均温度。

再建立一个包括当前时刻在内的n次采样的出口温度滑窗，并计算得到各个时刻的出口温度与所述平均温度的差值。

如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断烟梗的增压增温的出口温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势。

获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在所述增大趋势或所述减小趋势时控制所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量在所述出口时刻开始减小或增大，以对出口温度进行预测。

具体地，为了区分和识别烟梗在增压增温工序中的出口温度的整体趋势性变化，可采用移动滑窗的方法进行监测。首先，在叶片回潮机的入口烟片的入口含水率是不断变化的，设当前时刻为t，为了确定当前烟梗的温度，可采用近一段时间的前N次采样作为一个滑窗来计算平均温度

其中，x_i表示第i个时刻的出口温度。随着生产过程的继续，这个滑窗向前滑动，于是下一时刻时的平均温度为

其次，为了识别出口温度的趋势性变化，可再建立一个包括n次采样的滑窗，同样设当前时刻为t，分别计算包括当前时刻在内的n次采样的出口温度与其对应的平均温度的差d^j＝x_j-μ^j；j＝t,t-1,…t-n+。

为了避免偶然性变化的影响，识别趋势性的出口含水率的变化，可设置过程质量控制判异准则。

如图2所示，该方法还包括：

S4：获取烟梗的出口温度的实测值，并根据烟梗出口温度的所述目标值和所述实测值得到偏差值。

S5：建立温度PID反馈控制模型，用于根据所述偏差值调节所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量以对烟梗的出口温度进行反馈控制，使各批次的烟梗出口温度按所述目标值进行控制。

具体地，在进行烟梗的出口温度的控制过程时，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，通过调整蒸汽喷射量来实现对烟梗温度的反馈控制。若烟梗温度较高，则降低蒸汽喷射量来降低热风温度，若出口烟梗温度较低，则提高蒸汽喷射量以使热风温度升高，其中蒸汽喷射量由蒸汽压力和蒸汽流量决定。对蒸汽喷射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。在烟梗增压增温的生产过程中，对通入的蒸汽压力、蒸汽流量、蒸汽温度和蒸汽温度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PID反馈控制模型对出口温度进行实时调整，将出口温度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，进而确定调节P、I和D的参数取值，对蒸汽压力或蒸汽流量进行调节，以实现出口温度的控制，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3所示，该方法还包括：

S6：建立烟梗的增压增温的出口温度的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口温度进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量Z_S。

S7：在

或

时判断烟梗的增压增温的出口温度有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数。

S8：根据所述EWMA统计量Z_S对蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行反馈控制，使各批次烟梗的增压增温的出口温度的波动减小。

更进一步，所述EWMA统计量Z_S根据以下公式计算：

Z_S＝λ·y_S+(1-λ)Z_S-1，其中，Z₀＝T，λ＝2，y_S为第S个时刻的出口温度。

具体地，为了更好地对增压增温的出口温度进行有效控制，还应该根据其变化情况及时进行修正调整。已有的PID反馈控制系统能够对出口温度的轻微变化进行调整，进而调整蒸汽压力和/或蒸汽流量，但对于较大的过程波动往往难以及时实现有效控制，很多时候都需要操作人员进行人工干预，这既增加了人员的工作强度，也由于操作人员的经验差异造成批次质量稳定性下降，为此可采用计算机来实现出口温度变化的自动识别和调整。为了提高识别过程出现趋势性偏移的灵敏性，同时避免个别检测结果异常造成的干扰，可运用EWMA进行控制系统的算法设计。令进入正常生产阶段的时刻为t₀，从此时刻开始的第s个时刻t_s的出口温度为y_S，此时的EWMA统计量为Z_S＝λ·y_S+(1-λ)Z_S-1，其中，Z₀＝T，T为出口温度的目标值，λ为EWMA平滑系数，一般取λ＝2，y_S为第S个时刻的出口含水率。

参考统计质量控制中EWMA控制图的构造方法，将出口温度判定为稳定的阈值为

或

其中，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数，一般取K＝3。而

表明出口含水率有增大的趋势，需立刻减小蒸汽调节阀门开度值来消除这种趋势。在

时表明出口含水率有降低的趋势，需增大蒸汽调节阀门开度值。

在实际应用中，在增压增温的出口温度先采用滑窗预测对加水量进行控制，然后再通过PID反馈控制对出口温度进行实时调整，并进一步采用出口温度的EWMA反馈控制来实现蒸汽压力和蒸汽流量的平稳控制。

该方法还包括：

S9：建立蒸汽流量与蒸汽阀门开度的对应关系表，将蒸汽流量划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度；

S10：通过所述温度PID反馈控制模型或所述EWMA反馈控制模型对达到所述出口温度的目标值所对应的所述蒸汽阀门开度进行反馈控制。

在实际应用中，将蒸汽流量可划分为多个分区，比如10分区，并将每一个区与阀门开度值一一对应，并根据得到的蒸汽流量的分区值来调节蒸汽阀门开度，以快速对蒸汽阀门进行控制，降低出口温度的波动。

可见，本发明提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法，通过设置滑窗预测模型对蒸汽压力和/或蒸汽流量进行前馈控制，以使烟梗的出口温度达到目标值，解决现有增压蒸梗出口温度调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次烟梗的增压蒸梗出口温度控制的一致性，提升生产过程质量控制能力。

相应地，本发明还提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制系统，包括：第一采集单元，用于获取增压蒸梗的蒸汽压力和蒸汽流量，检测在不同的所述蒸汽压力和所述蒸汽流量下烟梗的出口温度。滑窗预测单元，用于根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型。前馈控制单元，用于设置烟梗的增压增温的出口温度的目标值，并通过所述滑窗预测模型对达到所述目标值需要的所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行前馈控制。

该系统还包括：第二采集单元，用于获取烟梗的出口温度的实测值，并根据烟梗出口温度的所述目标值和所述实测值得到偏差值。PID反馈控制单元，用于建立温度PID反馈控制模型，用于根据所述偏差值调节所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量以对烟梗的出口温度进行反馈控制，使各批次的烟梗出口温度按所述目标值进行控制。

该系统还包括：EWMA反馈控制单元，用于建立烟梗的增压增温的出口温度的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口温度进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量Z_S。所述EWMA反馈控制单元在

或

时判断烟梗的增压增温的出口温度有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数。所述EWMA反馈控制单元根据所述EWMA统计量Z_S对蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行反馈控制，使各批次烟梗的增压增温的出口温度的波动减小。

该系统还包括：蒸汽阀门控制单元，用于建立蒸汽流量与蒸汽阀门开度的对应关系表，将蒸汽流量划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度。所述蒸汽阀门控制单元还用于通过所述温度PID反馈控制模型或所述EWMA反馈控制模型对达到所述出口温度的目标值所对应的所述蒸汽阀门开度进行反馈控制。

可见，本发明提供一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制系统，通过设置滑窗预测模型对蒸汽压力和/或蒸汽流量进行前馈控制，以使烟梗的出口温度达到目标值，解决现有增压蒸梗出口温度调节存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次烟梗的增压蒸梗出口温度控制的一致性，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)

1.一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法，其特征在于，包括：

获取增压蒸梗的蒸汽压力和蒸汽流量，检测在不同的所述蒸汽压力和所述蒸汽流量下烟梗的出口温度；

根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型；

设置烟梗的增压增温的出口温度的目标值，并通过所述滑窗预测模型对达到所述目标值需要的所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行前馈控制；

获取烟梗的出口温度的实测值，并根据烟梗出口温度的所述目标值和所述实测值得到偏差值；

建立温度PID反馈控制模型，用于根据所述偏差值调节所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量以对烟梗的出口温度进行反馈控制，使各批次的烟梗出口温度按所述目标值进行控制；

建立烟梗的增压增温的出口温度的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口温度进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量Z_S；

在

或

时判断烟梗的增压增温的出口温度有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；

根据所述EWMA统计量Z_S对蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行反馈控制，使各批次烟梗的增压增温的出口温度的波动减小。

2.根据权利要求1所述的烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法，其特征在于，所述根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型，包括：

根据所述出口温度对设定时间段内的N次采样作为一个滑窗来计算平均温度；

再建立一个包括当前时刻在内的n次采样的出口温度滑窗，并计算得到各个时刻的出口温度与所述平均温度的差值；

如果一个滑窗内的所有时刻所对应的所述差值都大于或小于0，则判断烟梗的增压增温的出口温度出现了整体性的增大趋势或减小趋势；

获取滑窗第一个时刻所对应的出口时刻，并在出现了整体性的增大趋势或减小趋势时控制所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量在所述出口时刻开始减小或增大，以对出口温度进行预测。

3.根据权利要求2所述的烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法，其特征在于，所述EWMA统计量Z_S根据以下公式计算：

Z_S＝λ·y_S+(1-λ)Z_S-1，其中，Z₀＝T，λ＝2，y_S为第S个时刻的出口温度。

4.根据权利要求3所述的烟梗的增压蒸梗出口温度的控制方法，其特征在于，还包括：

建立蒸汽流量与蒸汽阀门开度的对应关系表，将蒸汽流量划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度；

通过所述温度PID反馈控制模型或所述EWMA反馈控制模型对达到所述出口温度的目标值所对应的所述蒸汽阀门开度进行反馈控制。

5.一种烟梗的增压蒸梗出口温度的控制系统，其特征在于，包括：

第一采集单元，用于获取增压蒸梗的蒸汽压力和蒸汽流量，检测在不同的所述蒸汽压力和所述蒸汽流量下烟梗的出口温度；

滑窗预测单元，用于根据所述蒸汽压力、蒸汽流量和所述出口温度的变化趋势建立滑窗预测模型；

前馈控制单元，用于设置烟梗的增压增温的出口温度的目标值，并通过所述滑窗预测模型对达到所述目标值需要的所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行前馈控制；

第二采集单元，用于获取烟梗的出口温度的实测值，并根据烟梗出口温度的所述目标值和所述实测值得到偏差值；

PID反馈控制单元，用于建立温度PID反馈控制模型，用于根据所述偏差值调节所述蒸汽压力和/或所述蒸汽流量以对烟梗的出口温度进行反馈控制，使各批次的烟梗出口温度按所述目标值进行控制；

EWMA反馈控制单元，用于建立烟梗的增压增温的出口温度的EWMA反馈控制模型，并根据所述EWMA反馈控制模型对所述出口温度进行指数加权移动平均运算，得到EWMA统计量Z_S；

所述EWMA反馈控制单元在

或

时判断烟梗的增压增温的出口温度有增大趋势或减小趋势，其中，T为出口含水率的目标值，λ为EWMA平滑系数，σ为过程稳定状态下的标准差，K为常数；

所述EWMA反馈控制单元根据所述EWMA统计量Z_S对蒸汽压力和/或所述蒸汽流量进行反馈控制，使各批次烟梗的增压增温的出口温度的波动减小。

6.根据权利要求5所述的烟梗的增压蒸梗出口温度的控制系统，其特征在于，还包括：

蒸汽阀门控制单元，用于建立蒸汽流量与蒸汽阀门开度的对应关系表，将蒸汽流量划分为N个区间，确定不同区间对应的蒸汽阀门开度；

所述蒸汽阀门控制单元还用于通过所述温度PID反馈控制模型或所述EWMA反馈控制模型对达到所述出口温度的目标值所对应的所述蒸汽阀门开度进行反馈控制。

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