專利名稱：一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在煙草加工過程中，滾筒葉絲干燥是制絲生產(chǎn)線上的重要環(huán)節(jié)，其主要工藝任務(wù)一是通過干燥脫水使出口葉絲含水量達(dá)到卷煙工藝要求的適合卷制的水分含量，二是在內(nèi)在質(zhì)量提高的前提下，通過松散卷曲，使葉絲填充值增加，提高在線膨脹效果，降低卷制消耗。該過程工作原理為儲葉柜出來且具有一定含水率的煙葉經(jīng)切絲后，按設(shè)定流量經(jīng)電子皮帶秤稱重，并經(jīng)增溫增濕后進(jìn)入滾筒烘絲機(jī)；蒸氣加熱的筒壁和熱風(fēng)為葉絲提供干燥熱源，熱風(fēng)攜帶葉絲干燥蒸發(fā)的水分及粉塵由排潮管道排出，使出口葉絲水分降低，達(dá)到設(shè)定的出口水分要求，也達(dá)到在線葉絲膨脹的目的。使烘后葉絲的水分達(dá)到規(guī)定的質(zhì)量指標(biāo)，并使所有產(chǎn)出葉絲的水分均勻一致，是烘絲工序控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵和難點(diǎn)。目前大多數(shù)烘絲機(jī)葉絲水分PID控制中以筒壁或熱風(fēng)溫度作為操縱變量，通過調(diào)節(jié)筒壁蒸氣壓力或熱風(fēng)換熱器加熱蒸汽壓力，調(diào)控葉絲水分達(dá)到出口含水率的要求。然而由于滾筒熱慣性較大，筒壁溫度響應(yīng)滯后，頻繁調(diào)節(jié)筒壁溫度等控制出口水分，容易引起出口葉絲水分波動；同時(shí)，由于筒壁或熱風(fēng)溫度對葉絲內(nèi)在質(zhì)量影響較大，該方式也不利于葉絲內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定控制。目前部分滾筒干燥過程開始采用熱風(fēng)及排潮風(fēng)量作為操縱變量，調(diào)控出口水分。由于熱風(fēng)和排潮風(fēng)量主要通過間接影響筒內(nèi)尤其是后段介質(zhì)濕度，進(jìn)而作用于葉絲干燥過程。因而與干燥介質(zhì)濕度相比，熱風(fēng)及排潮風(fēng)量與葉絲出口水分的直接相關(guān)性較差。此外，目前該控制方式下較多烘絲機(jī)是通過檢測風(fēng)門開度信號來間接反映風(fēng)量，而實(shí)際上，一方面風(fēng)門開度和風(fēng)量值并非線性關(guān)系，再者即使風(fēng)機(jī)頻率和風(fēng)門開度均一致，而風(fēng)溫等參數(shù)不同時(shí)，風(fēng)量也可能會有差異，因此通過檢測風(fēng)門開度信號來間接反映風(fēng)量的控制方式也會影響水分控制精度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法及系統(tǒng)，其目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，通過在滾筒出料罩檢測排潮風(fēng)濕度，并以排潮濕度作為操縱變量，調(diào)控葉絲出口水分，在保證葉絲內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，提高葉絲滾筒干燥出口水分控制的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性。一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法，所述方法包括以下步驟:步驟1:在滾筒出料罩上設(shè)置濕度傳感器，實(shí)時(shí)采集排潮風(fēng)的濕度H ；步驟2:設(shè)定排潮風(fēng)濕度調(diào)節(jié)域[Hmin，HmaJ，Hmin的取值范圍是80%_90%，Hmax的取值范圍是91%-96% ；步驟3:采用水分儀檢測烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X，計(jì)算烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X與烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分設(shè)定值\的出口水分偏差Λ X，即Λ X= I X-X01，若出口水分偏差Λ X < 0.5%，進(jìn)入步驟4，否則，轉(zhuǎn)入步驟5 ；步驟4:判定排潮風(fēng)濕度值H是否滿足IU〈H〈Hmax，若滿足則采用雙層PID控制方法，通過同時(shí)改變排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度，調(diào)節(jié)烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X，使出口處葉絲水分X與葉絲水分設(shè)定值Xtl —致；若X > X。，則同時(shí)增大排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度；若X < X0,則同時(shí)減小排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度，返回步驟3 ；否則，若排潮風(fēng)濕度H不在范圍[Hmin，Hmax]中，則進(jìn)入步驟5 ;步驟5:調(diào)節(jié)滾筒壁溫度T，通過改變筒壁蒸汽壓力閥開度調(diào)節(jié)蒸汽壓力，進(jìn)而改變筒壁溫度，調(diào)節(jié)至烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X與葉絲水分設(shè)定值Xtl —致；若H < Hmin,則減小筒壁蒸汽壓力；若H > Hmax，則增大筒壁蒸汽壓力；返回步驟3 ；所述步驟4中采用雙層PID控制方法，控制烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分含量，其具體操作過程如下:利用第一 PID控制器和第二 PID控制器，以葉絲排潮濕度給定值與實(shí)時(shí)采集的葉絲排潮濕度之差作為第二 PID控制器的輸入信號，第二 PID控制器的輸出信號為風(fēng)門開度值；其中，葉絲排潮濕度給定值是葉絲濕度第一設(shè)定值與葉絲濕度第二設(shè)定值之和；葉絲濕度第一設(shè)定值是前饋補(bǔ)償模塊的輸出量，所述前饋補(bǔ)償模塊的輸入量包括物料滾筒入口處葉絲流量、入口水分及物料滾筒出口處葉絲水分設(shè)定值；葉絲濕度第二設(shè)定值是利用烘絲機(jī)滾筒出口處實(shí)時(shí)采集的葉絲水分與葉絲水分設(shè)定值Xtl的差值作為第一 PID控制器的輸入信號后，第一 PID控制器輸出的葉絲濕度值。所述水分儀為紅外水分儀。所述步驟3中出口水分設(shè)定值X。為12.5%。所述步驟2中排潮風(fēng)濕度調(diào)節(jié)域?yàn)閇85%，95%]。一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制系統(tǒng)，采用所述的基于排潮濕度控制葉絲滾筒干燥出口水分的方法，該基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制系統(tǒng)包括控制器單元、氣動執(zhí)行器、水分儀及排潮濕度傳感器，其中控制器單元包括第一 PID控制器、第二 PID控制器及前饋補(bǔ)償控制器，控制器單元、氣動執(zhí)行器、風(fēng)門及烘絲機(jī)依次相連，水分儀的輸入端與烘絲機(jī)的出口相連，水分儀的輸出端與控制器單元相連，排潮濕度傳感器設(shè)置于風(fēng)門出口，排潮濕度傳感器的輸出端與控制器單元相連。所述調(diào)節(jié)滾筒壁溫度控制烘絲機(jī)滾筒出口葉絲水分為現(xiàn)有技術(shù)中的控制方式。有益效果本發(fā)明提供了一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法及系統(tǒng)，將排潮風(fēng)的濕度H設(shè)定為對葉絲滾筒干燥出口水分進(jìn)行PID控制的調(diào)節(jié)變量，設(shè)定排潮風(fēng)濕度調(diào)節(jié)域?yàn)閇85%，95%]，通過PID實(shí)時(shí)控制烘絲機(jī)滾筒干燥出口葉絲水分，在保證葉絲內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可提高葉絲出口水分控制的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性；該裝置包括控制器單元、氣動執(zhí)行器、水分儀及排潮濕度傳感器，其中控制器單元包括第一 PID控制器、第二 PID控制器及前饋補(bǔ)償控制器，控制器單元、氣動執(zhí)行器、風(fēng)門及烘絲機(jī)依次相連，水分儀的輸入端與烘絲機(jī)的出口相連，水分儀的輸出端與控制器單元相連，排潮濕度傳感器設(shè)置于風(fēng)門出口，排潮濕度傳感器的輸出端與控制器單元相連，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，由于介質(zhì)濕度檢測相對準(zhǔn)確，且檢測裝置廉價(jià)易購，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定的控制葉絲滾筒干燥出口水分。


圖1為本發(fā)明的控制方法流程圖；圖2為本發(fā)明的控制方法的控制框圖；圖3為本發(fā)明控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。結(jié)合圖1和圖2，以某卷煙廠A牌號模塊配方葉絲生產(chǎn)過程為例，對基于排潮濕度控制葉絲滾筒干燥出口水分方法進(jìn)行詳細(xì)描述。一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法的具體步驟如下:
(I)在滾筒出料罩設(shè)置排潮風(fēng)濕度檢測單元，在線檢測采集排潮風(fēng)濕度信號，同時(shí)，將排潮風(fēng)的濕度H設(shè)定為對葉絲水分進(jìn)行PID控制的調(diào)節(jié)變量；(2)根據(jù)某牌號產(chǎn)品要求的烘絲機(jī)筒壁溫度和熱風(fēng)溫度參數(shù)，設(shè)定筒壁溫度150° C、熱風(fēng)溫度100° C，并設(shè)定排潮風(fēng)濕度調(diào)節(jié)域?yàn)閇85%，95%];(3)正常生產(chǎn)過程中，通過水分儀檢測到葉絲出口水分X，計(jì)算檢測的出口水分X與出口水分設(shè)定值12.5%偏差Λ X，即Λ X= IX-X01，若出口水分偏差Λ X彡0.5%，進(jìn)入步驟4，否則，轉(zhuǎn)入步驟5 ;(4)判定排潮風(fēng)濕度值H是否滿足85%〈Η〈95%，若滿足則采用雙層PID控制方法，通過同時(shí)改變排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度，調(diào)節(jié)葉絲滾筒干燥出口水分X;若X > Xtl，則同時(shí)增大排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度；若X < Xtl,則同時(shí)減小排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度，使出口水分檢測X與設(shè)定值Xtl—致，返回步驟3 ;否則，若排潮風(fēng)濕度H不在范圍[85%，95%]中，則進(jìn)入步驟5 ；所述步驟4中采用雙層PID控制方法，控制烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分含量，其具體操作過程如下:利用第一 PID控制器和第二 PID控制器，以葉絲排潮濕度給定值與實(shí)時(shí)采集的葉絲排潮濕度之差作為第二 PID控制器的輸入信號，第二 PID控制器的輸出信號為風(fēng)門開度值；其中，葉絲排潮濕度給定值是葉絲濕度第一設(shè)定值與葉絲濕度第二設(shè)定值之和；葉絲濕度第一設(shè)定值是前饋補(bǔ)償模塊的輸出量，所述前饋補(bǔ)償模塊的輸入量包括物料滾筒入口處葉絲流量、入口水分及物料滾筒出口處葉絲水分設(shè)定值；葉絲濕度第二設(shè)定值是利用烘絲機(jī)滾筒出口處實(shí)時(shí)采集的葉絲水分與葉絲水分設(shè)定值Xtl的差值作為第一 PID控制器的輸入信號后，第一 PID控制器輸出的葉絲濕度值。(5)調(diào)節(jié)滾筒壁溫度Τ，通過筒壁蒸汽壓力閥開度調(diào)節(jié)蒸汽壓力，改變筒壁溫度，調(diào)節(jié)至烘絲機(jī)滾筒干燥出口葉絲水分X與設(shè)定值Xtl —致；若H < Hfflin,則減小筒壁蒸汽壓力；若H > Hmax，則增大筒壁蒸汽壓力；返回步驟3。所述調(diào)節(jié)滾筒壁溫度控制烘絲機(jī)滾筒出口葉絲水分為現(xiàn)有技術(shù)中的控制方式。如圖3所示，為本發(fā)明的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制系統(tǒng)，包括控制器單元、氣動執(zhí)行器、水分儀及排潮濕度傳感器，其中控制器單元包括第一 PID控制器、第二 PID控制器及前饋補(bǔ)償控制器，控制器單元、氣動執(zhí)行器、風(fēng)門及烘絲機(jī)依次相連，水分儀的輸入端與烘絲機(jī)的出口相連，水分儀的輸出端與控制器單元相連，排潮濕度傳感器設(shè)置于風(fēng)門出口，排潮濕度傳感器的輸出端與控制器單元相連。第一 PID控制器工作過程:第一 PID控制器的P值、I值及D值分別設(shè)置為1.2、12及10，比較實(shí)時(shí)測得的烘絲機(jī)出口葉絲水分與給定的出口水分值之間的偏差，根據(jù)偏差信號大小，按比例+微分+積分調(diào)節(jié)規(guī)律輸出葉絲濕度第二給定值，并與前饋補(bǔ)償模塊輸出的葉絲濕度第一給定值相力口，得到葉絲排潮濕度給定值，輸入第二 PID控制器。第二 PID控制器工作過程:第二控制器P值、I值及D值分別設(shè)置為2、250及200，比較測定的排潮濕度與葉絲排潮濕度給定值之間的偏差，根據(jù)偏差信號大小，按比例+微分+積分調(diào)節(jié)規(guī)律輸出風(fēng)門開度信號，該信號經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換為電流模擬信號后，驅(qū)動氣動執(zhí)行器改變風(fēng)門開度，穩(wěn)定排潮濕度。根據(jù)測定的來料煙絲水分X1、煙絲流量M1與給定的出口水分值Xtl計(jì)算脫水量Q，即Q=M1 (X1-X0) / (1-X0)，額定脫水量為QT，Δ Q=Q-Qt ;由于烘絲系統(tǒng)在工作點(diǎn)附近為線性，前饋補(bǔ)償控制器根據(jù)脫水量波動信號Λ Q，輸出葉絲濕度第一給定值H1，即H1=Ic Λ Q，其中k為系數(shù)，通過測定單位脫水量的濕度變化值得到。相同原料及加工條件下，采用本發(fā)明方法與傳統(tǒng)方法對葉絲進(jìn)行干燥，葉絲出口水分穩(wěn)定性比較見表1，可以看出采用本方法滾筒出口葉絲水分標(biāo)偏降低，變異系數(shù)明顯低于傳統(tǒng)方法，即葉絲水分穩(wěn)定性明顯改善。表I葉絲滾筒出口水分穩(wěn)定性比較
權(quán)利要求
1.一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 步驟1:在滾筒出料罩上設(shè)置濕度傳感器，實(shí)時(shí)采集排潮風(fēng)的濕度H ； 步驟2:設(shè)定排潮風(fēng)濕度調(diào)節(jié)域[Hmin，HmaJ，Hmin的取值范圍是80%-90%，Hmax的取值范圍是 91%-96% ； 步驟3:采用水分儀檢測烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X，計(jì)算烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X與烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分設(shè)定值Xtl的出口水分偏差Λ X，即Λ X= IX-X01，若出口水分偏差Λ X < 0.5%，進(jìn)入步驟4，否則，轉(zhuǎn)入步驟5 ； 步驟4:判定排潮風(fēng)濕度值H是否滿足Hmin〈H〈Hmax，若滿足則采用雙層PID控制方法，通過同時(shí)改變排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度，調(diào)節(jié)烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X，使出口處葉絲水分X與葉絲水分設(shè)定值Xtl—致； 若X > Xtl,則同時(shí)增大排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度；若X < Xtl,則同時(shí)減小排潮和熱風(fēng)風(fēng)門開度，返回步驟3 ； 否則，若排潮風(fēng)濕度H不在范圍[Hmin，Hmax]中，則進(jìn)入步驟5; 步驟5:調(diào)節(jié)滾筒壁溫度T，通過改變筒壁蒸汽壓力閥開度調(diào)節(jié)蒸汽壓力，進(jìn)而改變筒壁溫度，調(diào)節(jié)至烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分X與葉絲水分設(shè)定值Xtl —致；若H < Hmin,則減小筒壁蒸汽壓力；若H > Hmax，則增大筒壁蒸汽壓力；返回步驟3 ； 所述步驟4中采用雙層PID控制方法，控制烘絲機(jī)滾筒出口處葉絲水分含量，其具體操作過程如下: 利用第一 PID控制器和第二 PID控制器，以葉絲排潮濕度給定值與實(shí)時(shí)采集的葉絲排潮濕度之差作為第二 PID控制器的輸入信號，第二 PID控制器的輸出信號為風(fēng)門開度值；其中，葉絲排潮濕度給定值是葉絲濕度第一設(shè)定值與葉絲濕度第二設(shè)定值之和； 葉絲濕度第一設(shè)定值是前饋補(bǔ)償模塊的輸出量，所述前饋補(bǔ)償模塊的輸入量包括物料滾筒入口處葉絲流量、入口水分及物料滾筒出口處葉絲水分設(shè)定值； 葉絲濕度第二設(shè)定值是利用烘絲機(jī)滾筒出口處實(shí)時(shí)采集的葉絲水分與葉絲水分設(shè)定值Xtl的差值作為第一 PID控制器的輸入信號后，第一 PID控制器輸出的葉絲濕度值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于排潮濕度控制葉絲滾筒干燥出口水分的方法，其特征在于，所述水分儀為紅外水分儀。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于排潮濕度控制葉絲滾筒干燥出口水分的方法，其特征在于，所述步驟3中出口水分設(shè)定值Xtl為12.5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于排潮濕度控制葉絲滾筒干燥出口水分的方法，其特征在于，所述步驟2中排潮風(fēng)濕度調(diào)節(jié)域?yàn)閇85%，95%]。
5.一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制系統(tǒng)，其特征在于，采用權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的基于排潮濕度控制葉絲滾筒干燥出口水分的方法，該基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制系統(tǒng)包括控制器單元、氣動執(zhí)行器、水分儀及排潮濕度傳感器，其中控制器單元包括第一 PID控制器、第二 PID控制器及前饋補(bǔ)償控制器，控制器單元、氣動執(zhí)行器、風(fēng)門及烘絲機(jī)依次相連，水分儀的輸入端與烘絲機(jī)的出口相連，水分儀的輸出端與控制器單元相連，排潮濕度傳感器設(shè)置于風(fēng)門出口，排潮濕度傳感器的輸出端與控制器單元相連。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于排潮濕度的葉絲滾筒干燥出口水分控制方法及系統(tǒng)，將排潮風(fēng)的濕度H設(shè)定為對葉絲滾筒干燥出口水分進(jìn)行PID控制的調(diào)節(jié)變量，設(shè)定排潮風(fēng)濕度調(diào)節(jié)域，通過PID實(shí)時(shí)控制烘絲機(jī)滾筒干燥出口葉絲水分，在保證葉絲內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，可提高葉絲出口水分控制的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性；該系統(tǒng)包括控制器單元、氣動執(zhí)行器、水分儀及排潮濕度傳感器，其中控制器單元包括第一PID控制器、第二PID控制器及前饋補(bǔ)償控制器，控制器單元、氣動執(zhí)行器、風(fēng)門及烘絲機(jī)依次相連，該裝置結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)，由于介質(zhì)濕度檢測相對準(zhǔn)確，且檢測裝置廉價(jià)易購，能夠準(zhǔn)確穩(wěn)定的控制葉絲滾筒干燥出口水分。
文檔編號A24B9/00GK103202532SQ20131012374
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者劉斌, 鐘科軍, 朱文魁, 劉勇, 陳良元, 毛偉俊, 喻光榮, 吳文強(qiáng) 申請人:湖南中煙工業(yè)有限責(zé)任公司