CN113515036A - 一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，包括如下步骤：进入生产阶段后，判断出口水分、温度是否能采集到数值，若是则进入“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制方式，该控制方式将按出口物料的水分、温度不同取值区间选择不同的级联方法，根据不同的取值区间选择是否加载级联因子、选择加载强级联因子或弱级联因子，计算出级联因子结果a后，将生产阶段热风温度设定值与级联因子结果a的和作为出口指标级联PID的SP值，热风温度实际值作为PID的PV值，PID计算结果CV值控制蒸汽薄膜阀的开度。本发明充分认识润叶机内部水分和温度的相关性，结合水分、温度不同的特性对热风进行合理性控制。
Description
技术领域
本发明属于烟草松散润叶机的循环热风温度控制领域，具体涉及一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法。
背景技术
制丝松散润叶机是烟草制丝工艺中对切片后烟片进行松散、回潮的设备，松散润叶工序对烟片进行增温增湿，将烟片充分松散，提高烟片的耐加工性，以利于下道工序的加工。行业内常见的HAUNI生产TBL型松散润叶采用固定加水比例（配方参数）进行加水控制。
行业内常见的制丝松散润叶机采用蒸汽管路加热筒内循环热风的方式对烟片进行加热。与此同时，在某些生产阶段为了保证热源的充足，还会加入直喷蒸汽以满足瞬间升温的目的。其中，循环热风加热控制回路以简单的单闭环负反馈PID进行控制，以薄膜阀开度控制进入蒸汽多少，进而控制循环热风被加热量的多少，最终达到控制热风温度的目的。这种单闭环负反馈PID以工艺热风温度设定值作为PID的SP值，以实际热风温度作为PID的PV值，以薄膜阀开度值作为PID计算输出的CV值。由于此PID存在控制滞后、控制精度差、容易出现震荡频繁等问题，一直是限制产品质量不断提升的瓶颈性问题。同时，设定热风温度与出口物料的水分、温度也存在相互影响的联系。热风温度设定值应以出口温度、水分实际值为导向，让出口指标动态参与热风温度控制才是比较好的解决方法。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，该方法将出口指标级联到热风设定值，动态地控制热风设定值按照出口指标进行调整。
为了实现上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，包括如下步骤：
首先，判断制丝松散润叶机是否开始生产，如是则往下执行，如否则继续返回等待直至满足生产条件；
其次，判断制丝松散润叶机是否处于预热、待机阶段，如否则继续返回等待直至满足条件，如是则热风温度采用单闭环负反馈PID，预热、待机阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值，热风温度实际值作为PID的PV值，PID计算结果CV值控制蒸汽薄膜阀的开度；
接着，判断制丝判断松散润叶机是否处于生产阶段，如否则继续返回等待直至满足生产条件，如是则继续往下执行；
进入生产阶段后，判断出口水分、温度是否能采集到数值，若否则依然采用单闭环负反馈PID控制热风温度，生产阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值；若是则进入“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制方式，在该控制方式中，采用出口指标级联PID方法控制热风温度，“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制方式将按出口物料的水分、温度不同取值区间选择不同的级联方法，根据不同的取值区间选择是否加载级联因子、选择加载强级联因子或弱级联因子，计算出级联因子结果a后，将生产阶段热风温度设定值与级联因子结果a的和作为出口指标级联PID的SP值，热风温度实际值作为PID的PV值，PID计算结果CV值控制蒸汽薄膜阀的开度。
然后，判断制丝判断松散润叶机是否处于收尾阶段，如否则继续返回等待直至满足条件，如是则热风温度采用单闭环负反馈PID，收尾阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值。
最后，当设备进入关闭阶段，则关闭控制热风蒸汽薄膜阀。
作为优选方案，“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制方式中是否加载级联因子的判断条件如下：
若|实际出口水分-设定出口水分|≦0.5，且|实际出口温度-设定出口温度|≦0.5，则无需加载级联因子，级联因子结果a=0，此时，控制逻辑进入“无需级联算法”的区域；若非上述条件，则控制逻辑进入“需级联算法”的区域。
作为优选方案，所述出口指标级联PID方法包括出口水分级联方法，具体步骤如下：
导入单闭环负反馈PID，将出口水分指标中心值作为SP值，将实际出口水分作为PV值，PID计算结果CV值作为出口水分调整值；水分控制是否加载弱级联因子或强级联因子的判断条件如下：
若|实际出口水分-设定出口水分|≦0.5，则水分控制无需加载弱级联因子、强级联因子，k1=0，k3=0，a1=0；
若0.5<|实际出口水分-设定出口水分|≦1.5，则水分控制需加载弱级联因子，水分级联因子结果a1=(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k1，强级联因子项不予计算，k3=0；
若|实际出口水分-设定出口水分|>1.5，则水分控制需加载强级联因子，水分级联因子结果a1=(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k3，弱级联因子项不予计算，k1=0；
水分弱级联因子k1取值范围为0.1~0.8，水分强级联因子k3取值范围为0.8~3.0。
作为优选方案，所述出口指标级联PID方法包括出口温度级联方法，具体步骤如下：
导入单闭环负反馈PID，将出口温度指标中心值作为SP值，将实际出口温度作为PV值，PID计算结果CV值作为出口温度调整值；温度控制是否加载弱级联因子或强级联因子的判断条件如下：
若|实际出口温度-设定出口温度|≦0.5，则温度控制无需加载弱级联因子、强级联因子，k3=0，k4=0，a2=0；
若0.5<|实际出口温度-设定出口温度|≦1.5，则温度控制需加载弱级联因子，a2=(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k2，强级联因子项不予计算，k4=0；
若|实际出口温度-设定出口温度|>1.5，则水分控制需加载强级联因子，a2=(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k4，弱级联因子项不予计算，k2=0；
温度弱级联因子k2取值范围为0.1~0.8，温度强级联因子k4取值范围为1.0~3.0。
作为优选方案，所述“需级联算法”的区域最终级联因子结果a的计算公式为：
级联因子结果a=a1+a2=(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k1+(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k3+(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k2+(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k4。
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热风温度控制模型基于两个关键质量指标反馈控制，增加热风控制与物料质量控制的关联性，使设备更注重以产品质量为导向。本发明实施例提供的热风温度控制模型基于出口物料水分、物料温度这两个关键质量指标进行反馈控制，充分认识到润叶机内部水分和温度的相关性，结合水分、温度不同的特性对热风进行合理性控制。本发明实施例提供的后馈模型以级联两个PID作为联结因子，使得两个PID模型之间的关系更加科学、准确，利于热风稳定性控制。本发明实施例提供的分区域、采用或不采用级联以及按强弱级联因子的选择方法，较为合理地解决了不同水分、温度取值情况下对于热风控制的加减取舍与权重分配，使得整个控制模型的适应性和智能程度更高、更强。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明的整体流程示意图；
图2为本发明的精简流程示意图；
图3为本发明的热风温度-出口指标级联PID控制流程示意。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、部件和/或它们的组合。
此外，在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明：
如图1至图3所示，一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，其流程总体如图1所示，具体过程描述如下：
首先，判断松散润叶机是否开始生产，如是则往下执行，如否则继续返回等待直至满足生产条件。
其次，判断是否处于预热、待机阶段，如否则继续返回等待直至满足条件，如是则热风温度采用单闭环负反馈PID。相较于行业普遍采用方法不同的是，预热和待机阶段热风设定值可按需求设置不同的值。预热、待机阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值，热风温度实际值作为PID的PV值，PID计算结果CV值控制蒸汽薄膜阀的开度。
接着，判断是否处于生产阶段，如是则继续往下执行，如否则继续返回等待直至满足生产条件。
一旦进入生产阶段后，判断出口水分、温度是否采集到值，若否则依然采用单闭环负反馈PID控制热风温度。不同的是，生产阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值。若否则进入“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制逻辑，级联部分控制流程图如图3所示。
在该控制逻辑中，采用出口指标（两个级联因子项）级联PID方法控制热风温度。区别与其他各种控制模型，本模型充分考虑到循环热风影响出口物料水分、温度指标的作用，同时也意识到出口物料的水分、温度不同取值区间对于反馈控制热风的高度复杂性。因此，“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制逻辑将按出口物料的水分、温度不同取值区间选择不同的级联方法。不同的取值区间决定了是否加载级联因子、加载强级联因子或弱级联因子，充分强调出口指标的反馈控制作用，也根据不同实际情况加强或减弱级联作用，使得制丝松散润叶机的热风控制更加有利于质量指标的控制。
具体的方法是：
若|实际出口水分-设定出口水分|≦0.5且|实际出口温度-设定出口温度|≦0.5，则无需加载级联因子，级联因子结果a=0。此时，控制逻辑进入“无需级联算法”的区域。
若非上述条件，则控制逻辑进入“需级联算法”的区域。
出口水分级联的方法是：导入单闭环负反馈PID，将出口水分指标中心值作为SP值，将实际出口水分作为PV值，PID计算结果CV值作为出口水分调整值。就如何根据得到的出口水分调整值转换成水分级联因子结果，出口水分级联区域分三个选项：
若|实际出口水分-设定出口水分|≦0.5，|实际出口温度-设定出口温度|>0.5，则水分控制无需加载弱级联因子、强级联因子，k1=0，k3=0，a1=0，而温度控制需加载级联因子。
若0.5<|实际出口水分-设定出口水分|≦1.5，则水分控制需加载弱级联因子，水分级联因子结果a1=(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k1，强级联因子项不予计算，k3=0。
若|实际出口水分-设定出口水分|>1.5，则水分控制需加载强级联因子，水分级联因子结果a1=(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k3，弱级联因子项不予计算，k1=0。
水分弱级联因子k1取值范围为0.1~0.8，水分强级联因子k3取值范围为0.8~3.0。杭州卷烟厂在测试过程中，取k1=0.3，k3=0.9。
出口温度级联的方法是：导入单闭环负反馈PID，将出口温度指标中心值作为SP值，将实际出口温度作为PV值，PID计算结果CV值作为出口温度调整值。就如何根据得到的出口温度调整值转换成温度级联因子结果，出口温度级联区域分三个选项：
若|实际出口温度-设定出口温度|≦0.5，|实际出口水分-设定出口水分|>0.5，则温度控制无需加载弱级联因子、强级联因子，k3=0，k4=0，a2=0，而水分控制需加载级联因子。
若0.5<|实际出口温度-设定出口温度|≦1.5，则温度控制需加载弱级联因子，a2=(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k2，强级联因子项不予计算，k4=0。
若|实际出口温度-设定出口温度|>1.5，则水分控制需加载强级联因子，a2=(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k4，弱级联因子项不予计算，k2=0。
温度弱级联因子k2取值范围为0.1~0.8，温度强级联因子k4取值范围为1.0~3.0。杭州卷烟厂在测试过程中，取k2=0.6，k4=1.2。
“需级联算法”的区域最终级联因子结果a的计算公式为：
级联因子结果a=a1+a2=(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k1+(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k3+(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k2+(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k4。
计算出级联因子结果a后，将生产阶段热风温度设定值与级联因子结果a的和作为出口指标级联PID的SP值，热风温度实际值作为PID的PV值，PID计算结果CV值控制蒸汽薄膜阀的开度。
然后，判断是否处于收尾阶段，如否则继续返回等待直至满足条件，如是则热风温度采用单闭环负反馈PID。收尾阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值。
最后，当设备进入关闭阶段，则关闭控制热风蒸汽薄膜阀。整个流程（除去级联部分）如图2所示。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (5)
1.一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先，判断制丝松散润叶机是否开始生产，如是则往下执行，如否则继续返回等待直至满足生产条件；
其次，判断制丝松散润叶机是否处于预热、待机阶段，如否则继续返回等待直至满足条件，如是则热风温度采用单闭环负反馈PID，预热、待机阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值，热风温度实际值作为PID的PV值，PID计算结果CV值控制蒸汽薄膜阀的开度；
接着，判断制丝判断松散润叶机是否处于生产阶段，如否则继续返回等待直至满足生产条件，如是则继续往下执行；
进入生产阶段后，判断出口水分、温度是否能采集到数值，若否则依然采用单闭环负反馈PID控制热风温度，生产阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值；若是则进入“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制方式，在该控制方式中，采用出口指标级联PID方法控制热风温度，“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制方式将按出口物料的水分、温度不同取值区间选择不同的级联方法，根据不同的取值区间选择是否加载级联因子、选择加载强级联因子或弱级联因子，计算出级联因子结果a后，将生产阶段热风温度设定值与级联因子结果a的和作为出口指标级联PID的SP值，热风温度实际值作为PID的PV值，PID计算结果CV值控制蒸汽薄膜阀的开度；
然后，判断制丝判断松散润叶机是否处于收尾阶段，如否则继续返回等待直至满足条件，如是则热风温度采用单闭环负反馈PID，收尾阶段热风温度设定值作为单闭环负反馈PID的SP值；
最后，当设备进入关闭阶段，则关闭控制热风蒸汽薄膜阀。
2.根据权利要求1所述的一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，其特征在于，“出口水分、温度级联反馈控制热风温度设定值”的控制方式中是否加载级联因子的判断条件如下：
若|实际出口水分-设定出口水分|≦0.5，且|实际出口温度-设定出口温度|≦0.5，则无需加载级联因子，级联因子结果a＝0，此时，控制逻辑进入“无需级联算法”的区域；若非上述条件，则控制逻辑进入“需级联算法”的区域。
3.根据权利要求2所述的一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，其特征在于，所述出口指标级联PID方法包括出口水分级联方法，具体步骤如下：
导入单闭环负反馈PID，将出口水分指标中心值作为SP值，将实际出口水分作为PV值，PID计算结果CV值作为出口水分调整值；水分控制是否加载弱级联因子或强级联因子的判断条件如下：
若|实际出口水分-设定出口水分|≦0.5，则水分控制无需加载弱级联因子、强级联因子，k1＝0，k3＝0，a1＝0；
若0.5<|实际出口水分-设定出口水分|≦1.5，则水分控制需加载弱级联因子，水分级联因子结果a1＝(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k1，强级联因子项不予计算，k3＝0；
若|实际出口水分-设定出口水分|>1.5，则水分控制需加载强级联因子，水分级联因子结果a1＝(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k3，弱级联因子项不予计算，k1＝0；
水分弱级联因子k1取值范围为0.1～0.8，水分强级联因子k3取值范围为0.8～3.0。
4.根据权利要求3所述的一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，其特征在于，所述出口指标级联PID方法包括出口温度级联方法，具体步骤如下：
导入单闭环负反馈PID，将出口温度指标中心值作为SP值，将实际出口温度作为PV值，PID计算结果CV值作为出口温度调整值；温度控制是否加载弱级联因子或强级联因子的判断条件如下：
若|实际出口温度-设定出口温度|≦0.5，则温度控制无需加载弱级联因子、强级联因子，k3＝0，k4＝0，a2＝0；
若0.5<|实际出口温度-设定出口温度|≦1.5，则温度控制需加载弱级联因子，a2＝(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k2，强级联因子项不予计算，k4＝0；
若|实际出口温度-设定出口温度|>1.5，则水分控制需加载强级联因子，a2＝(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k4，弱级联因子项不予计算，k2＝0；
温度弱级联因子k2取值范围为0.1～0.8，温度强级联因子k4取值范围为1.0～3.0。
5.根据权利要求4所述的一种基于出口水分温度为后馈的松散润叶热风温度控制方法，其特征在于，所述“需级联算法”的区域最终级联因子结果a的计算公式为：
级联因子结果a＝a1+a2＝(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k1+(实际出口水分-设定出口水分)*出口水分调整值*k3+(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k2+(设定出口温度-实际出口温度)*出口温度调整值*k4。
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