劉杰 胡克宇 張序海 孫常榮 劉靜遠(yuǎn)

摘 要：我廠某生產(chǎn)線加料潤(rùn)葉段出口片煙水分波動(dòng)較大，影響成品煙絲的內(nèi)在質(zhì)量。論文在在總結(jié)相關(guān)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)加水潤(rùn)葉控制系統(tǒng)作出了改進(jìn)。本改進(jìn)在保留原有定比加水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加前、后饋閉環(huán)控制，充分考慮蒸汽流量、加料流量等因素的影響，并具體量化這些因素，新增了一個(gè)自動(dòng)加水系統(tǒng)，提高了該工序出口水分的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：出口水分;閉環(huán)系統(tǒng);控制算法;模型。

制絲生產(chǎn)線加料潤(rùn)葉機(jī)內(nèi)部的工作機(jī)理是十分復(fù)雜的，由于沒(méi)有能夠直接檢測(cè)其內(nèi)部工作狀態(tài)的儀表，到目前為止還沒(méi)有一個(gè)用數(shù)學(xué)表達(dá)式精確描述其內(nèi)部特征的數(shù)學(xué)模型可供實(shí)際生產(chǎn)控制。常見(jiàn)模型有定比加水系統(tǒng)模型、后饋雙閉環(huán)加水系統(tǒng)模型和模糊控制模型等。

某制絲生產(chǎn)線潤(rùn)葉加料工序在出口水分控制過(guò)程中，目前采用傳統(tǒng)的單閉環(huán)控制方式，僅憑操作人員的經(jīng)驗(yàn)設(shè)定噴水量對(duì)物料進(jìn)行加水，導(dǎo)致出口片煙水分波動(dòng)較大、控制失調(diào)，影響成品煙絲的內(nèi)在質(zhì)量。本設(shè)計(jì)將在研究了常用控制模型的基礎(chǔ)上，充分考慮蒸汽流量、加料流量等因素的影響，將現(xiàn)有的加水系統(tǒng)作出改進(jìn)。

1 存在的問(wèn)題

為了更好的了解現(xiàn)狀，本課題在MES系統(tǒng)截取了自2019年1至4月該生產(chǎn)線加料潤(rùn)葉筒出口水分合格率數(shù)據(jù)，該統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包含有效數(shù)據(jù)361個(gè)。出口水分合格率大于等于90%的總計(jì)有235批次，因此總批次合格率P1僅為65.097%。

2? 改進(jìn)方案設(shè)計(jì)

2.1? 目標(biāo)及要求

經(jīng)過(guò)與相關(guān)人員交流溝通，確定了此次改造要到達(dá)的目標(biāo)：（1）在加料潤(rùn)葉時(shí)增加前、后饋?zhàn)詣?dòng)控制加水系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)配方參數(shù)自動(dòng)加水功能。（2）在設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)充分考慮蒸汽、加料流量等因素對(duì)加水量的影響，減少該類(lèi)因素對(duì)出口水分的影響。（3）提升出口潤(rùn)葉加料工序出口水分的合格率。

2.2? 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我們決定在保留原有定比加水系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，增加前、后饋閉環(huán)控制，并充分考慮蒸汽流量等因素的影響，設(shè)計(jì)的控制框圖見(jiàn)圖1。

F（X）是本系統(tǒng)控制的一個(gè)重點(diǎn)，影響出口水分的因素包括入口水分大小，物料流量，加料流量，筒體蒸汽等諸多因素。為了保證筒體循環(huán)風(fēng)溫度、加料精度等工藝值，本設(shè)計(jì)中利用PID控制器保證了這些值的相對(duì)穩(wěn)定，最后給定這些參數(shù)對(duì)出口水分的影響因子，給出F（X）的量化值。最后計(jì)算出加水流量的實(shí)際PID控制值W。

W=k1*（W1 - FIC2_PV）+k2*k3-k4* TIC1_PV

其中W1：加水理論計(jì)算值;k1：加水吸收效率理論值修正系數(shù);k2：出口水分反饋偏差計(jì)算值;k3：出口水分反饋影響因子;k4：增濕蒸汽影響因子;FIC2_PV：加料流量實(shí)際值;TIC1_PV：循環(huán)風(fēng)溫度實(shí)際值。

這里的皮帶秤流量值和入口水分實(shí)際值都是經(jīng)過(guò)堆棧延時(shí)后得到的延時(shí)瞬時(shí)值。為了提高加水精度和系統(tǒng)的反映速度，本設(shè)計(jì)引入了理論加水量修正系數(shù)k1，k1在出口實(shí)際水分值與設(shè)定值偏差過(guò)大時(shí)自動(dòng)修正。k1初始值為1，偏差較大時(shí)自動(dòng)修正。出口反饋影響因素的加入使系統(tǒng)反應(yīng)速度更快。該公式考慮了筒體設(shè)備在不同工作溫度下，增濕蒸汽對(duì)加水流量的影響。計(jì)算出加水流量PID控制值后，再根據(jù)經(jīng)驗(yàn)給定PID控制器的其它參數(shù)，就可以完成PID控制器的設(shè)計(jì)。

3? 方案實(shí)施

通過(guò)方案設(shè)計(jì)，該方案主要改進(jìn)措施是控制程序的編寫(xiě)及上位機(jī)相關(guān)界面的更改。

主要包含：（1）理論加水值計(jì)算。（2）理論值修正系數(shù)k1自修正程序確認(rèn)。為了快速的反應(yīng)加水效果，增加k1的自適應(yīng)功能，在實(shí)際出口水分與設(shè)定值偏差較大時(shí)，修正k1，使系統(tǒng)能夠更快速的糾偏，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。（3）加水量修正。該段程序具體設(shè)計(jì)加水量修正的算法。（4）料頭與料尾不同算法的實(shí)現(xiàn)程序。料頭主要采用入口水分及入口煙絲流量確定加水值的大小，料中和料尾階段充分考慮出口水分反饋值對(duì)整個(gè)加水量的影響。（5）PID功能塊調(diào)用及加水方式的選擇。操作人員可以在操作界面上選擇采用的加水方式。

4? 改進(jìn)效果：

該自動(dòng)加水控制系統(tǒng)是一種有效地控制片煙出口水分的控制方案。該控制方式將來(lái)料流量波動(dòng)，來(lái)料水分波動(dòng)，加料瞬時(shí)流量，潤(rùn)葉滾筒內(nèi)噴射的蒸汽量及滾筒溫度對(duì)出口水分的影響都做了一個(gè)量化處理，并在控制算法中對(duì)片煙的吸收效率做了自適應(yīng)優(yōu)化處理，較好的解決了潤(rùn)葉加料工序出口水分合格率較低的問(wèn)題。通過(guò)一段時(shí)間的觀察與參數(shù)調(diào)整，最終的控制效果較好，出口水分值穩(wěn)定性好，控制精度高，偏差小。

我們通過(guò)MES系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)了改進(jìn)后一個(gè)月的有效統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)， 該月總計(jì)生產(chǎn)了72批次煙葉，其中合格率低于90的批次數(shù)是17次，總批次合格率P2為80.882%，改進(jìn)效果明顯。

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作者簡(jiǎn)介：

劉杰（1988，7—），男，漢族，四川成都人，本科學(xué)歷，碩士學(xué)位，研究方向：自動(dòng)控制。