CN114831330B - 一种制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，包括以下步骤：向松散回潮工序提供切片后均匀的烟块；对料头入口和料头出口的加水时间的延时准确性进行调整；依据基于松散回潮滚筒出口含水率变化趋势和偏差的控制模型；在热风回风管道上面安装了角执行器；根据物料含水率调整汽水系数；实现加水系统闭环控制，以快速及时响应松散回潮滚筒出口含水率变化。本技术方案实现了根据来料水分值自动匹配加水量的模式，减少过程波动，提升了加水的精准性与均匀性，促进了含水率控制的稳定性，提高了松散回潮出口烟叶含水率标偏、合格率以及CPK值。
Description
技术领域
本发明属于烟草加工设备控制技术领域，具体涉及一种制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法。
背景技术
对于卷烟工业企业来说，制丝生产线成品烟丝质量是影响卷烟感官品质的关键因素，为提高松散回潮工序的过程控制能力，降低关键指标的波动，提高系统运行的稳定性和过程管控的可靠性，现对松散回潮工序工艺和过程管控进行研究。松散回潮机作为制丝线主机设备之一，其工艺任务是增加叶片含水率和温度，提高烟片耐加工性，使烟片均匀、松散，并改善感官质量，满足后续工序加工工艺要求。但由于片烟物理特性变化、来料流量波动、在线水分仪监测滞后性、环境温湿度等因素影响，松散回潮工序出口含水率在实际生产中存在波动性较大的现象。
由于来料烟叶差异性较大，烟叶吸湿性、环境温湿度、蒸汽流量等许多因素都在不断变化，导致松散回潮出口水分波动较大，过程控制稳定性差。
对2019年松散回潮出口水分含水率、标准偏差以及CPK完成情况进行统计分析，如下表所示：
从统计结果看出，2019年松散回潮平均标准偏差约为0.4％，平均合格率为99.3分，平均CPK为1.27％,由于不同牌号烟叶配方组合不同，烟叶吸湿性差异较大，传统型加水控制系统不能识别不同烟叶牌号，所有牌号使用“统一的控制模式”，忽略了不同牌号烟叶吸湿性的差异影响。导致每月标准偏差均有一定波动，2019年松散回潮出口水分平均CPK值为1.27≤1.33，过程控制稳定性差。松散回潮出口含水率标偏、过程能力控制指数仍有很大的提升空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，以解决现松散回潮出口含水率控制精度不足的问题。
为实现上述目的，本申请是通过以下技术方案实现的：
一种制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，包括以下步骤：
S1、向松散回潮工序提供切片后均匀的烟块，以提高松散回潮工序来料的稳定性；
S2、记录物料到达松散回潮滚筒入口及出口的精确时间，从而确定料头和料尾的加水开始时间和结束时间，并对料头入口和料头出口的加水时间的延时准确性进行调整；
S3、依据基于松散回潮滚筒出口含水率变化趋势和偏差的控制模型，以趋势和偏差为控制反馈信号，在消除偏差的同时兼有预测功能；
S4、在热风回风管道上面安装了角执行器，单独建立一套PLC系统，实现回风自动进行PID调节功能；
S5、根据物料含水率调整汽水系数；
S6、松散回潮滚筒出口自动加水系统与松散回潮滚筒出口含水率形成闭环控制，以快速及时响应松散回潮滚筒出口含水率变化。
进一步的，步骤S1中切片后均匀的烟块是通过以下步骤实现的：
S11、在现切片机入口输送带上安装导流板，使得待切片烟包的位置得到矫正；
S12、在现缓冲板上增加一个弧形的缓冲板，避免了由于落料口的高度差而造成切后烟块造碎的情况；
S13、在现切片机上方安装压实装置，改善烟包在切刀下切口平直；
S14、在松散回潮滚筒入口处加装拨料辊。
进一步的，步骤S13的压实装置，包括无杆气缸及压板，所述无杆气缸固定在切片机两侧的机架上，所述压板固定于无杆气缸的气缸滑块上。
进一步的，步骤S2的延时准确性调整步骤包括：
S21、将松散回潮滚筒入口处的加水延时由原20s延长到36s进行加水；
S22、将松散回潮滚筒出口处的加水延时由原4min20s延长到5min进行加水。
进一步的，步骤S3的基于松散回潮滚筒出口含水率变化趋势和偏差的控制模型的构建方法包括以下步骤：
S31、采集数据堆栈，编写数据堆栈采集块，将连续时间内N个松散回潮滚筒出口物料水分含水率采集数据点，N为大于0的自然数，存放在数据堆栈中；
S32、通过计算采集数据点第1个至第P个的含水率平均值A，与第1+M个到第P+M个的含水率的平均值B进行比较，算出差值百分比K，得出水分变化趋势，计算方法为K＝(B-A)/SP×100；
S33、确定不同变化趋势下，松散回潮滚筒出口加入控制策略：
实际值≥设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于上升状态，系统自动将散回潮滚筒出口加水的上限值赋予0，使散回潮滚筒出口加水电动调节阀迅速关闭，PID调节模式为自动，排潮风机频率迅速提高至50hz；
实际值≥设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于下降状态，系统不进行干预，PID调节模式为自动，通过排潮进行微调，排潮风机频率降为20hz；
实际值∠设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于下降状态，系统自动将PID调节模式切换为手动，加水电动调节阀利用预先设置的阀门开度进行手动加水，迅速弥补水分偏差，排潮风机频率保持为20hz；
实际值∠设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于上升状态，系统不进行干预，PID调节模式为自动，通过排潮来进行微调，排潮风机频率保持为20hz。
进一步的，步骤S5中，根据物料含水率自动调整汽水系数，根据历史数据，筛选出关键物料和水分信息，将其水分相关的生产因素进行关联，构成质量数据立方，将整批物料分为F段，为不同的段设定一个汽水系数。
进一步的，还包括批料料尾控制模式，当电子秤有料信号消失，经过延时，且松散回潮滚筒出口含水率大于5％，松散回潮滚筒以50HZ的频率高速运行一分钟后恢复正常频率20HZ。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本技术方案将人工加水经验数据与自动控制系统融合，实现了根据来料水分值自动匹配加水量的模式，减少过程波动，提升了加水的精准性与均匀性，促进了含水率控制的稳定性，提高了松散回潮出口烟叶含水率标偏、合格率以及CPK值。该模式的建立对于烟草增温增湿过程系统加水量的自动化控制精度提高和减少人工PID控制调节过程的波动具有一定借鉴意义。
附图说明
图1为基于出口含水率变化趋势和偏差的控制模型示意图。
图2为加水系统闭环控制流程图。
具体实施方式
以下通过实施例对本申请的技术方案进行详细的说明，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。
本申请提供一种制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，包括以下步骤：
S1、向松散回潮工序提供切片后均匀的烟块，以提高松散回潮工序来料的稳定性。
S11、为避免入口烟块的铺设高度和空隙可能对检测数据造成影响，在切片机入口输送带上面安装导流板，使待切的烟包得到矫正。在本申请的技术方案中，自切片机开始至后面的松散回潮工序的松散回潮滚筒等设备均为现有设备，因为现各烟厂的切片机的结构基本相同，仅有型号不同，为此，申请人不对切片机的具体结构进行说明，本领域技术人员均清楚现切片机的结构。
S12、在原有的缓冲板上面增加一个弧形的缓冲板，通过螺栓固定，避免了由于落料口的高度差而造成切后烟块造碎的情况。
S13、在现切片机上方安装压实装置，利用切丝机压实器工作原理，选用无杆气缸固定在两侧机架上，将压板固定在气缸滑块上，通过手动调节阀控制气缸升降压实烟包防止移动，以改善烟包在切刀下切口平直。
S14、将松散回潮入口处加装拨料辊，防止物料堵在松散回潮的入口处，使得烟片均匀进入松散回潮入口处，流量稳定。
通过对现切片机的改造实现切后烟块的均匀性和连续性，优化了切片后的烟块均匀、紧密地铺设在皮带上，使入口含水率检测稳定有效，进入滚筒的实际瞬时流量也更加平稳，进而保证松散回潮工序来料的稳定性。
S2、在生产过程中观察记录物料到达松散回潮滚筒入出口的精确时间，从而确定料头和料尾加水的开始和结束时间点，并与操作人员的操作经验相结合，对料头入口和料头出口的加水时间的延时准确性进行现场确认并调整。
S21、将松散回潮滚筒入口处的加水延时由原20s延长到36s进行加水。
S22、将松散回潮滚筒出口处的加水延时由原4min20s延长到5min进行加水。
S3、依据基于松散回潮滚筒出口含水率变化趋势和偏差的控制模型，以趋势和偏差为控制反馈信号，在消除偏差的同时兼有预测功能。对加水过程进行判断干预，提高调节的及时性和准确性，基本原则是保证出口含水率在设定值的±1％范围内波动，但是考虑到模拟量本身的惯性，实际的系统调节点定为±0.2％，为了分辨实际出口含水率的变化趋势，设计了数据堆栈，将实时采集的出口含水率存储在数据堆栈中，通过数学运算得出变化趋势，建立不同情况下的模型，如图1所示，包括以下步骤：
S31、采集数据堆栈，编写数据堆栈采集块，将连续时间内N个松散回潮滚筒出口物料水分含水率采集数据点，N为大于0的自然数，存放在数据堆栈中，在本实施例中，选择连接时间内100个松散回潮滚筒出口物料水分含水率采集数据点，采样时间为100ms。
S32、通过计算采集数据点第1个至第P个的含水率平均值A，与第1+M个到第P+M个的含水率的平均值B进行比较，计算出差值百分比K，得出水分变化趋势，计算方法为K＝(B-A)/SP×100。在本申请中，设定差值百分比为0.2％，当计算出的差值百分比K大于0.2％时，为正向增加趋势，否则为反向降低趋势。
S33、确定不同变化趋势下，松散回潮滚筒出口加入控制策略：
实际值≥0.2％，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于上升状态，系统自动将散回潮滚筒出口加水的上限值赋予0，使散回潮滚筒出口加水电动调节阀迅速关闭，PID调节模式为自动，排潮风机频率迅速提高至50hz。
实际值≥0.2％，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于下降状态，系统不进行干预，PID调节模式为自动，通过排潮进行微调，排潮风机频率降为20hz。
实际值∠0.2％，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于下降状态，系统自动将PID调节模式切换为手动，加水电动调节阀利用预先设置的阀门开度进行手动加水，迅速弥补水分偏差，排潮风机频率保持为20hz。
实际值∠0.2％，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于上升状态，系统不进行干预，PID调节模式为自动，通过排潮来进行微调，排潮风机频率保持为20hz。
S4、在热风回风管道上面安装了角执行器，单独建立一套PLC系统，实现回风自动进行PID调节功能。热风回风角执行器根据热风温度设定值自动跟踪调节。
松散回潮工序的蒸汽管路由原三路增加至五路，增加的两路中，一路定时喷吹滚筒出口转网，一路进入水箱给软化水加热到45℃，保证了喷嘴的引射压力，从而实现松散回潮工序热风的稳定性。
S5、根据物料含水率调整汽水系数。根据大量的历史统计数据挖掘与精准分析，筛选出其中的关键物料和水分信息，并将其水分相关的生产因素进行关联，构成质量数据立方，将整批料分为F段式控制，在本实施例中，以三段式控制进行说明，为不同的段设定一个汽水系数，MES操作程序将根据来料所处含水率段自动切换加水程序，执行不同的汽水系数进行预判。
S6、松散回潮滚筒出口自动加水系统与松散回潮滚筒出口含水率形成闭环控制，以快速及时响应松散回潮滚筒出口含水率变化。
闭环控制是将输出量直接或间接反馈到输入端形成闭环并参与控制的方式，若由于干扰的存在，使得系统实际输出偏离期望输出，系统自身便利用负反馈产生的偏差所取得的控制作用消除偏差，使系统输出量恢复到期望值，为解决松散回潮滚筒入口加水与出口含水率的时间间隔问题，设计了松散回潮滚筒出口自动加水系统，使其能够与出口含水率形成闭环控制，快速及时响应含水率变化。其控制原理是将出口含水率值与设定值的比较结果反馈到出口加水控制系统中，经过PID调节，由变频器调整水泵的频率，修正出口加水流量，补偿入口加水的不足，及时响应含水率的变化。
由图2可见，松散回潮出口含水率闭环控制系统是一个多输入、单输出系统，由两级PID反馈控制系统组成，分别为出口含水率PID调节和出口加水流量PID调节，最终形成对出口含水率的闭环控制。
生产过程中每批料料尾时由于滚筒内的物料少，入口和出口的加水都已经停止，在热风的持续作用下水分偏低。当电子称有料信号消失，经过延时，且出口含水率大于5％(与料头区分开)，滚筒以50HZ的频率高速运行一分钟后恢复正常频率20HZ。减少物料在滚筒中的存放时间，避免水分的快速散失对出口水分标偏的影响。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (5)
1.一种制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、向松散回潮工序提供切片后均匀的烟块，以提高松散回潮工序来料的稳定性；
S2、记录物料到达松散回潮滚筒入口及出口的精确时间，从而确定料头和料尾的加水开始时间和结束时间，并对料头入口和料头出口的加水时间的延时准确性进行调整；
S3、依据基于松散回潮滚筒出口含水率变化趋势和偏差的控制模型，以趋势和偏差为控制反馈信号，在消除偏差的同时兼有预测功能；
S4、在热风回风管道上面安装了角执行器，单独建立一套PLC系统，实现回风自动进行PID调节功能；
S 5、根据物料含水率调整汽水系数；根据历史数据，筛选出关键物料和水分信息，将其水分相关的生产因素进行关联，构成质量数据立方，将整批物料分为F段，为不同的段设定一个汽水系数；
S6、松散回潮滚筒出口自动加水系统与松散回潮滚筒出口含水率形成闭环控制，以快速及时响应松散回潮滚筒出口含水率变化；
步骤S3基于松散回潮滚筒出口含水率变化趋势和偏差的控制模型的构建方法包括以下步骤：
S31、采集数据堆栈，编写数据堆栈采集块，将连续时间内N个松散回潮滚筒出口物料水分含水率采集数据点，N为大于0的自然数，存放在数据堆栈中；
S32、通过计算采集数据点第1个至第P个的含水率平均值A，与第1+M个到第P+M个的含水率的平均值B进行比较，算出差值百分比K，得出水分变化趋势，计算方法为K＝(B-A)/SP×100；设定差值百分比为0.2％，当计算出的差值百分比K大于0.2％时，为正向增加趋势，否则为反向降低趋势；
S33、确定不同变化趋势下，松散回潮滚筒出口加入控制策略：
实际值≥设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于上升状态，系统自动将松散回潮滚筒出口加水的上限值赋予0，使松散回潮滚筒出口加水电动调节阀迅速关闭，PID调节模式为自动，排潮风机频率迅速提高至50Hz；
实际值≥设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于下降状态，系统不进行干预，PID调节模式为自动，通过排潮进行微调，排潮风机频率降为20Hz；
实际值＜设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于下降状态，系统自动将PID调节模式切换为手动，加水电动调节阀利用预先设置的阀门开度进行手动加水，迅速弥补水分偏差，排潮风机频率保持为20Hz；
实际值＜设定值，且松散回潮滚筒出口物料含水率整体趋势处于上升状态，系统不进行干预，PID调节模式为自动，通过排潮来进行微调，排潮风机频率保持为20Hz。
2.根据权利要求1所述的制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，其特征在于，步骤S1中切片后均匀的烟块是通过以下步骤实现的：
S11、在现切片机入口输送带上安装导流板，使得待切片烟包的位置得到矫正；
S12、在现缓冲板上增加一个弧形的缓冲板，避免了由于落料口的高度差而造成切后烟块造碎的情况；
S13、在现切片机上方安装压实装置，改善烟包在切刀下切口平直；
S14、在松散回潮滚筒入口处加装拨料辊。
3.根据权利要求2所述的制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，其特征在于，步骤S13的压实装置，包括无杆气缸及压板，所述无杆气缸固定在切片机两侧的机架上，所述压板固定于无杆气缸的气缸滑块上。
4.根据权利要求1所述的制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，其特征在于，步骤S2的延时准确性调整步骤包括：
S21、将松散回潮滚筒入口处的加水延时由原20s延长到36s进行加水；
S22、将松散回潮滚筒出口处的加水延时由原4min20s延长到5min进行加水。
5.根据权利要求1所述的制丝车间松散回潮工序智能加水模型的建立方法，其特征在于，还包括批料料尾控制模式，当电子秤有料信号消失，经过延时，且松散回潮滚筒出口含水率大于5％，松散回潮滚筒以50Hz的频率高速运行一分钟后恢复正常频率20Hz。
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