CN113040411B - 一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型及其构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型及其构建方法，构建的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型包括用于控制烟机预热阶段内薄膜蒸汽阀开度的预热阶段控制单元、用于控制生产阶段内薄膜蒸汽阀开度的生产阶段控制单元、用于控制非预热和生成阶段的其他阶段内薄膜蒸汽阀开度的其他阶段控制单元、查找最优阀门开度值单元，所述查找最优阀门开度值单元包括在生产阶段，启动实时查找最优阀门开度值算法时，依据出口物料温度以及温度门限值以及持续时间实时更新薄膜阀中心值。根据不同生产状态、加热温度区间以及生产进程不断自动优化控制参数并进行精细化，实现对烟机蒸汽加热的自动控制。

Description

一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型及其构建方法

技术领域

本发明属于筒式回潮设备的加热控制领域，具体涉及一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型及其构建方法。

背景技术

烟草制丝工艺筒式回潮设备有制丝线叶片松散回潮机、切丝机前润叶回潮和梗丝线刮板蒸梗机等，筒式回潮设备的主工艺蒸汽主要用于对物料进行增温并回潮。在蒸汽管路上，主要通过改变主工艺蒸汽薄膜阀开度来控制进入设备蒸汽量的多少，从而实现物料增温工艺的自动化控制。

随着烟草设备智能化程度提升，新一代筒式回潮设备产能加倍，筒体直径和长度均有增加，导致筒内加工物料量随之增加。主工艺蒸汽进入筒体与物料接触后发生工艺作用，还需要经过很长时间才能到达筒体出口进行反馈调节。因此，简单地基于单PID闭环式控制的主工艺蒸汽控制模型无法满足日益精细化的工艺要求，该控制模型主要缺点为出口物料波动较大、PID参数整定难度大、控制相对滞后以及需要人工干预等缺点。德国HAUNI公司产和国产秦皇岛烟机研制的多种筒式回潮设备中，主蒸汽管路普遍采用单PID闭环式的控制方式，由于上述原因，出口物料波动较大以及控制相对滞后，并容易造成物料上头“过干”或“过湿”的现象。

因此，现有烟草制丝工艺筒式回潮控制模型均无法精确控制出口物料的温度。申请公布号为CN109549241A的专利申请公开了一种应用于制丝筒式烟机的蒸汽加热控制模型、蒸汽加热控制方法，以此来解决上述设备存在的问题。但是，该种模型在实际使用时，无法应对一种较为特殊的情况，即当蒸汽管路物理上发生较大变化时(如换季生产环境温湿度发生变化，蒸汽阀门校验或更换，或者蒸汽气源设备、管路有检修、调整等情况)。该技术方案中已固化的薄膜阀中心值不再适用于新的管路环境，也无法通过之前的历史数据查找出最优薄膜阀中心值，因此只能在生产过程中凭借人工经验试探性的修改薄膜阀中心值以寻找最优薄膜阀中心值。这种人工寻找最优薄膜阀中心值的方法不仅会造成生产物料质量低下，也会耗时较长，造成生产的不稳定。

故而，需要一种能应对上述特殊的蒸汽管路物理上发生较大变化情况下依然能较为平稳生产的控制模型，就要有根据生产进程不断自动优化薄膜阀中心值的功能——即实时查找最优参数功能，而不仅仅是申请公布号为CN109549241A的专利申公开的只有针对历史数据具有查找最优参数的功能。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的是提供一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型及其构建方法，构建的烟机蒸汽加热控制模型能够根据不同生产状态、加热温度区间以及生产进程不断自动优化控制参数并进行精细化，实现对烟机蒸汽加热的自动控制。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案为：

一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的构建方法，构建的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型包括用于控制烟机预热阶段内薄膜蒸汽阀开度的预热阶段控制单元、用于控制生产阶段内薄膜蒸汽阀开度的生产阶段控制单元、用于控制非预热和生成阶段的其他阶段内薄膜蒸汽阀开度的其他阶段控制单元、查找最优阀门开度值单元，所述查找最优阀门开度值单元包括：

在生产阶段，启动实时查找最优阀门开度值算法时，依据出口物料温度以及温度门限值以及持续时间实时更新薄膜阀中心值，包括：

当出口物料温度大于温度上上限时，且持续时间大于第一时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之差；

当出口物料温度小于温度上上限，且出口物料温度大于温度上限，且持续时间大于第二时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第一渐变值之差；

当出口物料温度小于温度下限，且出口物料温度大于温度下下限，且持续时间大于第三时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第一渐变值之和；

当出口物料温度小于温度下下限时，且持续时间大于第四时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之和；

其余温度变化时，维持薄膜阀中心值不变；

其中，温度上上限大于温度上限大于温度下限大于温度下下限，更新的薄膜阀中心值作为最优阀门开度值。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果至少包括：

本发明实施例提供的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的构建方法，通过设定时间阈值和渐变值，根据出口物料温度所处温度状态的持续时间，根据设定的渐变值实时动态更新薄膜阀中心值，即根据生产过程控制模型实时的控制效果，对阀门开度值进行实时的修正，起到持续让控制模型始终处于最佳功效的控制区间内的作用，进而提升烟机蒸汽加热控制模型的控制能力和应用范围。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。

图1是本发明实施例提供的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的烟机蒸汽加热控制过程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。

为了解决现有蒸汽加热控制模型无法应对当蒸汽管路物理上发生较大变化时的蒸汽阀的控制问题，以及现有蒸汽加热控制模型对蒸汽阀的控制不准确的问题，实施例提供了一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的构建方法，根据生产过程中控制模型实时的控制效果，对主要参数-阀门开度值进行实时的修正，起到持续让控制模型始终处于最佳功效的控制区间内的作用。

图1是本发明实施例提供的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的结构示意图。如图1所示，实施例提供的烟机蒸汽加热控制模型包括预热阶段控制单元、生产阶段控制单元、其他阶段控制单元以及查找最优阀门开度值单元。

其中，预热阶段控制单元用于控制烟机预热阶段内薄膜蒸汽阀开度，主要包括一个蒸汽压力反馈控制蒸汽PID回路1，在制丝筒式烟机处于预热阶段时，通过激活蒸汽压力反馈控制蒸汽PID回路1工作实现对薄膜蒸汽阀开度的控制调节。

生产阶段控制单元用于控制生产阶段内薄膜蒸汽阀开度。在制丝筒式烟机处于生产阶段，且检测到制丝筒式烟机的出口物料温度时，生产阶段控制单元通过从查找最优阀门开度值单元获取的最优阀门开度值来控制薄膜蒸汽阀工作。

其他阶段控制单元用于控制非预热和生成阶段的其他阶段内薄膜蒸汽阀开度。在制丝筒式烟机处于其他阶段时，其他阶段控制单元按照工艺需求关闭或百分比开启薄膜蒸汽阀。

查找最优阀门开度值单元作为烟机蒸汽加热控制模型中薄膜阀中心值自由化的主要单元，能够根据设定的渐变值实时动态更新薄膜阀中心值，即根据生产过程控制模型实时的控制效果，对阀门开度值进行实时的修正。

查找最优阀门开度值单元包含一个查找最优阀门开度值算法，在启动实时查找最优阀门开度值算法时，依据出口物料温度以及温度门限值以及持续时间实时更新薄膜阀中心值，包括：

当出口物料温度大于温度上上限时，且持续时间大于第一时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之差，即P_t＝P_t-1-α₂；

当出口物料温度小于温度上上限，且出口物料温度大于温度上限，且持续时间大于第二时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第一渐变值之差，即P_t＝P_t-1-α₁；

当出口物料温度小于温度下限，且出口物料温度大于温度下下限，且持续时间大于第三时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第一渐变值之和，即P_t＝P_t-1+α₁；

当出口物料温度小于温度下下限时，且持续时间大于第四时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之和，即P_t＝P_t-1+α₂；

其余温度变化时，也就是若非上述四种情况，则控制模型处于最佳功效的控制区间内，暂时不需要调整阀门中心值，即维持薄膜阀中心值不变；

其中，温度上上限＞温度上限＞温度下限＞温度下下限，更新的薄膜阀中心值作为最优阀门开度值。

实施例中，实时查找最优阀门开度值算法的启动分为自动触动开启和人工开启。设置一个实时查找最优阀门开度值算法的开启按钮，当需要时，即通过开始按钮，人工开始实时查找最优阀门开度值算法实现对薄膜蒸汽阀开度的自动调节控制。

实施例中，基于控制模型的控制效果自动触动开启实时查找最优阀门开度值算法。查找最优阀门开度值单元还包括初步查找最优阀门开度值算法，该初步查找最优阀门开度值算法与实时查找最优阀门开度值算法同时存在于查找最优阀门开度值单元中，实时查找最优阀门开度值算法的自动开启依据与初步查找最优阀门开度值算法的控制效果。

其中，初步查找最优阀门开度值算法包括：

若出口物料温度大于温度上上限，薄膜阀中心值更新为薄膜阀中心值与阀门调整值之差，针对该调节过程，若持续时间大于第一时间阈值，则自动触发启动实时查找最优阀门开度值算法，并执行当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之差，即P_t＝P_t-1-α₂。

同时，初步查找最优阀门开度值算法还包括：

若出口物料温度小于温度下下限，薄膜中心值更新为薄膜阀中心值与阀门调整值之和，针对该调节过程，若持续时间大于第四时间阈值，则自动触发启动实时查找最优阀门开度值算法，并执行当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之和，即P_t＝P_t-1+α₂。

此外，初步查找最优阀门开度值算法还包括：

若出口物料温度小于温度上上限，并且出口物料温度大于温度上限，则蒸汽薄膜阀采用定值控制，薄膜阀中心值保存不变；

若出口物料温度小于温度上限，并且出口物料温度大于温度下限，则薄膜蒸汽阀开度初始值＝薄膜阀中心值，并激活出口温度反馈蒸汽PID回路2，根据出口物料温度来进行PID反馈调节蒸汽薄膜阀。

实施例中，烟机蒸汽加热控制模型采用计时器对出口物料温度所处温度门限值的持续时间进行计时。每次都薄膜阀中心值更新后均复位相应的计数器。

实施例中，温度上上限、温度上限、温度下限以及温度下下限依据设定的出口温度设定值和出口温度临界值计算得到。具体地，温度上上限＝出口温度设定值+出口温度临界值2；温度上限＝出口温度设定值+出口温度临界值1；温度下限＝出口温度设定值-出口温度临界值1；温度下下限＝出口温度设定值-出口温度临界值2，其中，出口温度临界值1<出口温度临界值2。

实施例中，所有时间阈值和渐变值均为设定值，根据不同烟机的特性和调试过程确定，普遍适合的时间阈值范围为：第一时间阈值设定为90～240s，第二时间阈值设定为60～90s，第三时间阈值设定为60～90s，第四时间阈值设定为90～240s，且4个时间阈值的大小关系为：第一时间阈值>第二时间阈值；第四时间阈值>第三时间阈值；若设备没有特殊温度偏离趋势(类似于存在快速升温慢速降温或者快速降温慢速升温的情况)，第一时间阈值＝第四时间阈值，第二时间阈值＝第三时间阈值；

根据不同烟机的特性，普遍适合的渐变值范围为：第一渐变值设定为2～4，第二渐变值设定为0.5～2，且2个渐变值的大小关系为：第一渐变值>第二渐变值。

上述第一时间阈值>第二时间阈值，第四时间阈值>第三时间阈值，以及第一渐变值>第二渐变值的设定依据是，若温度长时间超过温度上上限或低于温度下下限，则需要进行比较大的阀门中心值调整，也是就前期设定或自动调整后的阀门中心值与实际设备温控理论值存在较大的偏离，需要做大的调整，属于粗调；若温度短时间超过温度上限或低于温度下限，则需要进行比较小的阀门中心值调整，也是就前期设定或自动调整后的阀门中心值与实际设备温控理论值存在微小的偏离，需要做小的调整，属于细调；因此基于粗调和细调区别，设定的第一渐变值大于第二渐变值。

图2是本发明实施例提供的烟机蒸汽加热控制过程示意图。如图2所示，利用烟机蒸汽加热控制模型的控制过程包括：

当设备开机时开始循环扫描执行控制模型的程序，如果设备进入预热状态，则激活蒸汽压力反馈蒸汽PID回路1，根据根据预热阶段蒸汽压力来进行PID反馈调节蒸汽薄膜阀，其中，SP1＝预热阶段设定的蒸汽压力，PV1＝实际蒸汽压力，CV1＝蒸汽薄膜阀开度。

如果设备进入生产状态并且出口传感器检测到物料温度，则首先询问操作人员是否要进行查找最优阀门开度值的算法，若是则将计算出的最优阀门开度值作为阀门中心值，为出口温度进入非稳态的区间的平稳控制作参数计算。若否，则将经验阀门值(人工设定)作为蒸汽阀门中心值。

随后读取系统设定的参数值，主要包括：出口温度设定值、蒸汽阀门中心值、出口温度临界值1、出口温度临界值2(出口温度临界值1<出口温度临界值2)和阀门调整值。

接着根据出口温度设定值、出口温度临界值1和出口温度临界值2计算出控制过程值，主要包括：温度上上限、温度上限、温度下限和温度下下限。

激活采用初始查找最优阀门开度值算法的生产阶段控制方法，根据出口物料温度与温度上上限、温度上限、温度下限和温度下下限的大小关系，划分出五个温度区间，分别用不同的方法进行控制。

若出口物料温度>温度上上限，则蒸汽薄膜阀采用定值控制，薄膜阀中心值＝薄膜阀中心值-阀门调整值；若持续时间大于Aitime1，则自动激活实时查找最优阀门开度值算法，并执行一次阀门中心值＝阀门中心值-AI渐变值2，同时复位计时器。

若出口物料温度<温度上上限，并且出口物料温度>温度上限，则蒸汽薄膜阀采用定值控制，薄膜阀中心值保存不变；

若出口物料温度<温度上限，并且出口物料温度>温度下限，则薄膜蒸汽阀开度初始值＝中心阀门值；激活出口温度反馈蒸汽PID回路2，根据根据出口物料温度来进行PID反馈调节蒸汽薄膜阀，其中SP2＝设定出口物料温度，PV2＝实际出口温度，CV2＝蒸汽薄膜阀开度；

若出口物料温度<温度下限并且出口物料温度>温度下下限则蒸汽薄膜阀采用定值控制，薄膜阀中心值保存不变；

若出口物料温度<温度下下限，则蒸汽薄膜阀采用定值控制，薄膜阀中心值＝薄膜阀中心值+阀门调整值。若持续时间大于Aitime4，则自动激活实时查找最优阀门开度值算法，并执行一次阀门中心值＝阀门中心值+AI渐变值2，同时复位计时器。

接着，程序判断是否在生产时激活实时查找最优阀门开度值算法，可以由操作人员手动人工激活，也可以由上述程序自动激活。若一旦激活该功能，则接着做如下选择判断：

若出口物料温度>温度上上限，并且持续时间大于Aitime1，则阀门中心值＝阀门中心值-AI渐变值2，同时复位计时器Aitime1。

若出口物料温度<温度上上限，并且出口物料温度>温度上限，并且持续时间大于Aitime2，则阀门中心值＝阀门中心值-AI渐变值1，同时复位计时器Aitime2。

若出口物料温度<温度下限，并且出口物料温度>温度下下限，并且持续时间大于Aitime3，则阀门中心值＝阀门中心值+AI渐变值1，同时复位计时器Aitime3。

若出口物料温度<温度下下限，并且持续时间大于Aitime4，则阀门中心值＝阀门中心值+AI渐变值2，同时复位计时器Aitime4。

若非上述四种情况，则控制模型处于最佳功效的控制区间内，暂时不需要调整阀门中心值。

然后，跳出实时查找最优阀门开度值算法，继续执行主程序。如果设备进入其他生产阶段，则按照工艺需求关闭或百分比开启薄膜阀；同理，生产结束时，关闭薄膜阀，程序执行结束。

上述实施例中，Aitime1设定为180s，Aitime2设定为80s，Aitime3设定为80s，Aitime4设定为180s，AI渐变值1设定为2.5，AI渐变值2设为1。

以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的构建方法，构建的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型包括用于控制烟机预热阶段内薄膜蒸汽阀开度的预热阶段控制单元、用于控制生产阶段内薄膜蒸汽阀开度的生产阶段控制单元、用于控制非预热和生成阶段的其他阶段内薄膜蒸汽阀开度的其他阶段控制单元、查找最优阀门开度值单元，其特征在于，所述查找最优阀门开度值单元包括：

在生产阶段，启动实时查找最优阀门开度值算法时，依据出口物料温度以及温度门限值以及持续时间实时更新薄膜阀中心值，包括：

当出口物料温度大于温度上上限时，且持续时间大于第一时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之差；

当出口物料温度小于温度上上限，且出口物料温度大于温度上限，且持续时间大于第二时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第一渐变值之差；

当出口物料温度小于温度下限，且出口物料温度大于温度下下限，且持续时间大于第三时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第一渐变值之和；

当出口物料温度小于温度下下限时，且持续时间大于第四时间阈值时，当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之和；

其余温度变化时，维持薄膜阀中心值不变；

其中，温度上上限大于温度上限大于温度下限大于温度下下限，更新的薄膜阀中心值作为最优阀门开度值；

所述查找最优阀门开度值单元还包括初步查找最优阀门开度值算法，包括：

若出口物料温度大于温度上上限，薄膜阀中心值更新为薄膜阀中心值与阀门调整值之差，针对该调节过程，若持续时间大于第一时间阈值，则自动触发启动实时查找最优阀门开度值算法，并执行当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之差；

初步查找最优阀门开度值算法还包括：

若出口物料温度小于温度下下限，薄膜中心值更新为薄膜阀中心值与阀门调整值之和，针对该调节过程，若持续时间大于第四时间阈值，则自动触发启动实时查找最优阀门开度值算法，并执行当前时刻的薄膜阀中心值更新为上一时刻的薄膜阀中心值与第二渐变值之和；

所有时间阈值和渐变值均为设定值，第一时间阈值设定为90~240s，第二时间阈值设定为60~90s，第三时间阈值设定为60~90s，第四时间阈值设定为90~240s，且4个时间阈值的大小关系为：第一时间阈值>第二时间阈值，第四时间阈值>第三时间阈值；

第一渐变值设定为2~4，第二渐变值设定为0.5~2，且2个渐变值的大小关系为：第一渐变值>第二渐变值。

2.如权利要求1所述的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的构建方法，其特征在于，所述烟机蒸汽加热控制模型采用计时器对出口物料温度所处温度门限值的持续时间进行计时。

3.如权利要求1所述的参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型的构建方法，其特征在于，所述温度上上限、温度上限、温度下限以及温度下下限依据设定的出口温度设定值和出口温度临界值计算得到，温度上上限=出口温度设定值+出口温度临界值2；温度上限=出口温度设定值+出口温度临界值1；温度下限=出口温度设定值-出口温度临界值1；温度下下限=出口温度设定值-出口温度临界值2，其中，出口温度临界值1<出口温度临界值2。

4.一种参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型，其特征在于，所述参数自优化的烟机蒸汽加热控制模型通过权利要求1~3任一项所述构建方法获得。

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