楊燕平,葉正國(guó),李 斌

紅塔集團(tuán)玉溪卷煙廠,云南省玉溪市紅塔區(qū)紅塔大道118號(hào) 653100

制絲生產(chǎn)中的潤(rùn)葉加料工序,主要是將糖料均勻地噴灑到片煙上,并對(duì)來(lái)料含水率進(jìn)行平衡,以利于后續(xù)工序?qū)ζ瑹熯M(jìn)一步加工,其中含水率的控制效果對(duì)制絲的內(nèi)在品質(zhì)起到重要作用[1]。在生產(chǎn)過(guò)程中,由于葉組配方中不同地區(qū)及不同等級(jí)的片煙理化指標(biāo)、吸濕性及吸濕速度存在差異[1],以及潤(rùn)葉加料工序通常采用傳統(tǒng)的單閉環(huán)控制方式,導(dǎo)致出口片煙含水率波動(dòng)較大。隨著制絲生產(chǎn)線分模塊加工工藝的提出,一個(gè)批次將對(duì)不同的片煙模塊進(jìn)行連續(xù)加工,不同模塊的片煙物理特性存在較大差異,傳統(tǒng)的含水率控制模式已不能滿足新生產(chǎn)工藝的要求[2]。為此,采用帶前饋-串級(jí)雙閉環(huán)控制方式,對(duì)潤(rùn)葉加料工序的含水率控制方式及其控制算法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。

1 存在問(wèn)題

潤(rùn)葉加料過(guò)程的控制程序:當(dāng)潤(rùn)葉加料機(jī)經(jīng)過(guò)預(yù)熱過(guò)程熱風(fēng)溫度達(dá)到設(shè)定溫度125℃時(shí),組合啟動(dòng);潤(rùn)葉滾筒入口前電子秤檢測(cè)到有物料時(shí),延時(shí)60 s加水,氣動(dòng)薄膜閥打開(kāi),通過(guò)滾筒前端的水汽混合噴嘴噴射水霧對(duì)片煙進(jìn)行加水,同時(shí)直噴蒸汽通過(guò)蒸汽噴嘴噴入滾筒內(nèi);糖料與蒸汽混合后由蒸汽、壓縮空氣和糖料混合噴嘴直接噴入滾筒內(nèi),直到加料過(guò)程完成,系統(tǒng)停止糖料、蒸汽和水的加入。

傳統(tǒng)的加水控制系統(tǒng)由調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)、P ID調(diào)節(jié)器組成的單回路閉環(huán)系統(tǒng)控制加水量,以滿足出口含水率工藝要求,見(jiàn)圖1。這種控制方式僅靠一個(gè)單閉環(huán)控制加水的穩(wěn)定性,未考慮來(lái)料含水率波動(dòng)、加料比例、潤(rùn)葉滾筒內(nèi)噴射的蒸汽和溫度等因素對(duì)含水率的影響,操作人員僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)定噴水量對(duì)物料進(jìn)行加水,所以經(jīng)常出現(xiàn)出口片煙含水率波動(dòng)較大、控制失調(diào)的情況。

2 改進(jìn)后含水率控制方案

針對(duì)上述問(wèn)題,改進(jìn)后采用了帶前饋-串級(jí)控制模式對(duì)潤(rùn)葉加料工序的含水率進(jìn)行控制,見(jiàn)圖2。分析潤(rùn)葉滾筒加水過(guò)程可知,對(duì)片煙出口含水率穩(wěn)定性產(chǎn)生影響的干擾因素較多,主要有來(lái)料片煙流量和含水率波動(dòng)、噴入潤(rùn)葉滾筒內(nèi)蒸汽的流量波動(dòng)、溫度的穩(wěn)定性及加水管道的流量,其中來(lái)料片煙流量和含水率波動(dòng)以及加水管道的流量控制的穩(wěn)定性是主要干擾因素。由于來(lái)料片煙流量和含水率均可在線準(zhǔn)確檢測(cè)到,并且潤(rùn)葉滾筒出口含水率控制系統(tǒng)是一個(gè)典型的大延遲系統(tǒng)(片煙從入口到出口用時(shí)約120 s),因此可采用前饋控制器消除來(lái)料片煙流量和含水率波動(dòng)對(duì)出口含水率的影響[3]。針對(duì)該工序點(diǎn)含水率控制特點(diǎn),選定出口實(shí)際含水率和設(shè)定含水率作為主控回路,選定加水流量作為副控制回路[4],從而構(gòu)成了帶前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)。同時(shí)在控制算法中引入了動(dòng)態(tài)加料比和蒸汽影響系數(shù),通過(guò)改進(jìn)加水比例的控制算法,解決存在的其他問(wèn)題。

3 內(nèi)環(huán)控制算法

改進(jìn)后控制模式中,內(nèi)環(huán)控制環(huán)節(jié)F1(x)的控制算法尤為重要。由于潤(rùn)葉加料環(huán)節(jié)是一個(gè)典型的大延遲系統(tǒng),如果能在控制內(nèi)環(huán)部分精確計(jì)算出加水量的值,盡量降低外環(huán)回饋環(huán)節(jié)在整個(gè)含水率控制系統(tǒng)中所占比重,那么對(duì)于提高該工序點(diǎn)含水率控制的穩(wěn)定性具有重要作用[5]。為此,建立了兩種不同的含水率控制算法,并且在12 t和5 t生產(chǎn)線中進(jìn)行了驗(yàn)證。

3.1 兩種不同的控制算法

算法1:強(qiáng)調(diào)滾筒入口片煙含水率與出口設(shè)定含水率的差值對(duì)整個(gè)控制環(huán)節(jié)的影響,加大此部分因素在整個(gè)控制環(huán)節(jié)的權(quán)重以達(dá)到穩(wěn)定含水率的目的,其算法為:

式中:K1和K2——分別為加蒸汽量和加水量吸收系數(shù)(可通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置菜單修改);K3——加料量吸收系數(shù)(程序中固定設(shè)置為0.4)。

在這種算法下,對(duì)內(nèi)外環(huán)的P ID控制環(huán)節(jié)都進(jìn)行了優(yōu)化處理,含水率控制效果好于改進(jìn)前效果,但還是存在一定的波動(dòng),控制趨勢(shì)圖見(jiàn)圖3。

圖3 算法1的含水率控制趨勢(shì)圖

算法2:強(qiáng)調(diào)所有影響含水率控制因素對(duì)整個(gè)控制環(huán)節(jié)的影響,其算法為:

式中:K1和K3——分別為加蒸汽量和加水量吸收系數(shù)(可通過(guò)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置菜單修改);K2——加料量吸收系數(shù)(程序中固定設(shè)置)。

在這種算法下,對(duì)內(nèi)外環(huán)的P ID控制環(huán)節(jié)都進(jìn)行了優(yōu)化處理,其含水率控制效果好于原控制方式和算法1,但也存在一定的波動(dòng),控制趨勢(shì)圖見(jiàn)圖4。

3.2 優(yōu)化后控制算法

由于新工藝采用了分模塊加工模式,各品牌、各模塊片煙加工特性不一致,主要加工過(guò)程中的蒸汽用量和加料比例存在一定的差異,所以導(dǎo)致上述兩種控制算法下含水率控制存在不穩(wěn)定情況。為此,對(duì)算法2進(jìn)行優(yōu)化處理,以進(jìn)一步提高含水率控制精度。

針對(duì)不同品牌分模塊加工的特性,以及各品牌、各模塊加工過(guò)程中蒸汽、料液對(duì)含水率控制環(huán)節(jié)的影響程度不同,在算法2的基礎(chǔ)上對(duì)算法中的K1,K2,K3系數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)定,見(jiàn)表1。由于原來(lái)的算法都沒(méi)有考慮加料過(guò)程中滾筒前端加料和后端加料情況,所以料液因素對(duì)含水率控制的影響也存在一定的差異,因此對(duì)整個(gè)控制過(guò)程進(jìn)行了分段計(jì)算。

含水率控制算法優(yōu)化改進(jìn)后,對(duì)含水率的P ID控制程序也進(jìn)行了相應(yīng)改進(jìn)[6]。增加了配方參數(shù)修改和控制環(huán)節(jié),所有參數(shù)變化實(shí)現(xiàn)了配方自動(dòng)修改。實(shí)際運(yùn)行中的含水率控制趨勢(shì)圖見(jiàn)圖5,控制直方圖見(jiàn)圖6。

圖4 算法2的含水率控制趨勢(shì)圖

4 結(jié)語(yǔ)

帶前饋-串級(jí)控制系統(tǒng)是制絲生產(chǎn)過(guò)程中改善和提高片煙加工含水率穩(wěn)定性的一種有效控制方案,該控制方式將來(lái)料含水率波動(dòng)、加料比例、潤(rùn)葉滾筒內(nèi)噴射的蒸汽和溫度等影響因素進(jìn)行精確的量化處理,并對(duì)其控制算法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),較好地解決了潤(rùn)葉加料工序的含水率控制問(wèn)題。實(shí)際運(yùn)行效果表明,改進(jìn)后該工序含水率控制合格率由原來(lái)的80%提高到99.8%以上,保證了成品煙絲質(zhì)量。

表1 含水率控制算法優(yōu)化后各系數(shù)設(shè)定

圖5 算法2改進(jìn)后含水率控制趨勢(shì)圖

圖6 算法2改進(jìn)后含水率控制直方圖

[1] 玉溪紅塔煙草(集團(tuán))有限責(zé)任公司.卷煙工藝規(guī)范培訓(xùn)教材[G].2003.

[2] 盧彥華,于錄,阮曉明,等.分組加工工藝過(guò)程研究[J].煙草科技,2008(1):12-15.

[3] 孟慶華,趙晨光.滾筒式回潮機(jī)片煙松散裝置的改造[J].煙草科技,2006(3):19-20,29.

[4] Katsuhiko Ogata.現(xiàn)代控制工程(第四版)[M].盧伯英,于海勛,譯.北京:電子工業(yè)出版社,2003.

[5] 緒方勝?gòu)?現(xiàn)代控制工程(第四版)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2006.

[6] Shinskey F G.過(guò)程控制系統(tǒng)(第三版)——運(yùn)用、設(shè)計(jì)與整定[M].蕭德云,呂伯明,譯.北京:清華大學(xué)出版社,2004.