探究煙葉烘烤溫濕度智能控制儀

王恒東

摘 要：該文以探究煙葉烘烤溫濕度智能控制儀為重點(diǎn)進(jìn)行闡述，主要圍繞煙葉烘烤工藝應(yīng)用現(xiàn)狀。溫濕度智能控制儀的硬件構(gòu)成，煙葉溫濕度控制規(guī)律，必要的模糊控制器設(shè)計(jì)以及相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)與智能儀使用成果分析等多個(gè)觀點(diǎn)進(jìn)行深入探討，目的在于根據(jù)煙葉烘烤溫濕度智能控制儀的使用提高煙葉的生產(chǎn)量與煙葉的質(zhì)量，也為后續(xù)相關(guān)性研究提供一定的數(shù)據(jù)參考。

關(guān)鍵詞：煙葉烘烤溫濕度；智能控制儀；模糊控制器；控制器設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

基于煙葉生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步與發(fā)展，煙葉烘烤過程變成了煙葉烘烤質(zhì)量的決定性因素，傳統(tǒng)的人工監(jiān)控烘烤房溫濕度的方式已經(jīng)不能更好地發(fā)揮作用，并且傳統(tǒng)方式勞動(dòng)量大、操作流程比較復(fù)雜，無法準(zhǔn)確的將烤房中的溫濕度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，也無法對烤程進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，降低了煙葉工業(yè)的利用率。為了高效提升烘烤的質(zhì)量，降低煙農(nóng)的勞動(dòng)強(qiáng)度，相關(guān)技術(shù)人員設(shè)計(jì)了烤房溫濕度智能控制裝置。

1 煙葉烘烤工藝應(yīng)用現(xiàn)狀

煙葉烘烤工藝是國際市場上應(yīng)用的先進(jìn)型烤煙技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)是在近幾年出現(xiàn)在我國的，并且歷經(jīng)了不斷試驗(yàn)、改進(jìn)優(yōu)化，如今已經(jīng)成了我國煙葉烘烤工作中廣泛使用的一項(xiàng)技術(shù)。

合理運(yùn)用烘烤溫濕度智能儀能夠提升我國煙葉的生產(chǎn)量，穩(wěn)固我國煙葉在國際市場上的競爭地位，同時(shí)提升了煙葉的質(zhì)量，延伸了低焦油卷煙、混合型卷煙的發(fā)展。在傳統(tǒng)烘烤溫濕度技術(shù)應(yīng)用的過程中，由于很長時(shí)間的烘烤過程主要是通過人工監(jiān)制與管理，造成整個(gè)煙葉生產(chǎn)與控制工作難度加大，并且烤房的溫度控制精準(zhǔn)度不高，降低成煙成功率。為了有效彌補(bǔ)傳統(tǒng)烘烤溫濕度技術(shù)帶來的不足，滿足煙葉烘烤工藝的實(shí)際性需求，使用具有一定模糊控制的溫濕度智能儀，能保證烤房中的溫濕度能夠進(jìn)行良性生產(chǎn)控制生化的規(guī)律變化，進(jìn)一步地提升烤房內(nèi)溫濕度的準(zhǔn)確性以及烤煙質(zhì)量。關(guān)于煙葉的溫濕度控制方式，主要是利用傳感器監(jiān)測整個(gè)烤房溫濕度的變化情況，同時(shí)利用煙葉烤制過程中的最優(yōu)化溫濕度控制曲線進(jìn)行，此外結(jié)合模糊控制技術(shù)手段對實(shí)施機(jī)構(gòu)進(jìn)行合理控制，能夠強(qiáng)調(diào)烤房中溫濕度的變化形式符合良性生化控制曲線的變化，進(jìn)一步提升控制的精確性與烤煙的效果。

2 溫濕度智能控制儀的詳細(xì)性介紹

2.1 系統(tǒng)硬件組成

這個(gè)智能系統(tǒng)采用的是具有良好低消耗、低電壓等性能的單性片機(jī)，并將其作為主控CPU，外圍電路還包括干溫度以及濕溫度傳感器，同時(shí)還包括排氣扇、步進(jìn)電機(jī)、鼓風(fēng)機(jī)、循環(huán)性風(fēng)機(jī)、數(shù)碼顯示器、鍵盤和聲光報(bào)警裝置等。并且此片內(nèi)還含有一個(gè)8 GB容量的可編程性以及可撤除性的僅具備只讀功能的存儲(chǔ)器以及256 M的主機(jī)存儲(chǔ)盤，但是這個(gè)主機(jī)存儲(chǔ)盤具備30多個(gè)可編程口，以及10多個(gè)定時(shí)裝置與對應(yīng)的計(jì)數(shù)器裝置，還有8個(gè)中斷源，能保持在25 Hz音頻下進(jìn)行實(shí)時(shí)靜態(tài)操作，同時(shí)完成復(fù)雜的編程工作，并且還能將帶有芯片的工業(yè)級(jí)工作溫度控制在50 ℃左右。

如果利用上干濕球溫度數(shù)據(jù)，還應(yīng)該使用具備采集功能的智能型數(shù)字化溫度傳感器，此傳感器使用One-Wire總線技術(shù)，并且具備簡易與實(shí)惠的特性。在多個(gè)傳感器中都有適合自身特性的對應(yīng)序號(hào)出現(xiàn)在計(jì)算機(jī)高端設(shè)備的內(nèi)部儲(chǔ)存器中，從而實(shí)現(xiàn)總線粗建多節(jié)點(diǎn)傳感網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃。此智能化系統(tǒng)主要是由步進(jìn)式電機(jī)控制，使用這種控制方式的目的是簡易化系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)，減少系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)成本，此智能化系統(tǒng)還使用了其他不同類型的脈沖分配器，這樣更好地輔助了主機(jī)存儲(chǔ)系統(tǒng)發(fā)揮作用，同時(shí)還進(jìn)一步提升了編程的系統(tǒng)性以及系統(tǒng)的可靠性，另外也提高了系統(tǒng)的適應(yīng)性。在這個(gè)系統(tǒng)中很多高性能信號(hào)都出自單片機(jī)，包括脈沖步進(jìn)性脈沖信號(hào)、方向性脈沖信號(hào)以及復(fù)位性信號(hào)。通過邏輯編程進(jìn)步性脈沖分配器的作用將脈沖信號(hào)伸展性地發(fā)送到光電隔離系統(tǒng)上，并且更高效率地將脈沖信號(hào)發(fā)送到功能更全的驅(qū)動(dòng)管理實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2 溫濕度控制規(guī)律

煙葉烘烤過程中的溫濕度延時(shí)與非線性情況比較明顯，同時(shí)溫濕度的變化情況不僅受到外在作用的影響，其互相之間的影響也是非常明顯的，因此在進(jìn)行加熱升溫時(shí)，會(huì)由于煙葉水分的蒸發(fā)，增加濕度，但是在排濕過程中，由于室外空氣的滲入，導(dǎo)致濕度也發(fā)生了變化。出現(xiàn)這種耦合現(xiàn)象，常規(guī)的控制方式無法起到正確的作用，所以為了保證溫度與濕度都能按照一定的規(guī)律進(jìn)行，利用模糊控制方式進(jìn)行設(shè)計(jì)是非常合理的。

2.3 必要的模糊控制器設(shè)計(jì)

模糊控制技術(shù)在我國煙葉烘烤過程中是最常見的，在煙葉烤房溫度控制過程變化不穩(wěn)定以及具有非線性系統(tǒng)的空間內(nèi)，使用這種智能化的控制手段產(chǎn)生的效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)復(fù)雜數(shù)字化控制效果。這種智能儀具有實(shí)現(xiàn)設(shè)定時(shí)間段、穩(wěn)態(tài)溫度波動(dòng)小、反應(yīng)速度快、抗干擾性強(qiáng)、發(fā)揮良好節(jié)省電能的優(yōu)勢。并且這種智能儀中主要應(yīng)用的技術(shù)是我國關(guān)于煙葉溫濕度控制的關(guān)鍵性手段，能夠?qū)⒛：刂频姆绞綄螜C(jī)片控制方式有效結(jié)合起來，進(jìn)而體現(xiàn)出此項(xiàng)智能技術(shù)性價(jià)比高的特性。在煙葉烘烤過程中，溫度控制主要表現(xiàn)為2種方式，分別是恒溫控制與均勻升溫控制，同時(shí)還存在溫度偏差與濕度偏差，分別包括設(shè)定溫度與實(shí)測溫度的差異、設(shè)定濕度與實(shí)測濕度的差異，溫度偏差對時(shí)間的變化率形成了變化一個(gè)變化量，濕度偏差對時(shí)間的變化率形成了一個(gè)變化量，綜合輸出量是加熱控制量與排濕控制量。最終輸出量還包括熱風(fēng)爐鼓風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)速，排濕控制量最終量化也轉(zhuǎn)化成風(fēng)門的開度，也就是電機(jī)的步數(shù)、排氣扇的轉(zhuǎn)速以及循環(huán)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速等。

3 相關(guān)的軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)模糊控制模塊軟件也有其對應(yīng)的程序，象系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成模糊控制模塊之前，首先應(yīng)該明確設(shè)定工藝曲線中溫濕度的值，通過收集到的溫濕度計(jì)算出整個(gè)控制智能儀所管理的值，接著進(jìn)行模糊控制表查詢，得出對應(yīng)的模糊數(shù)據(jù)輸出量值，進(jìn)一步做出解耦計(jì)算，得出最終的控制輸出量值以及輸出控制信號(hào)，從而完成模糊處理工作。

由于模糊控制表的制定是在離線環(huán)境下進(jìn)行的，并沒有影響到整體模糊控制器運(yùn)行的效率，一旦形成了具有完整數(shù)據(jù)信息的模糊控制表，模糊性邏輯推理控制算法就能轉(zhuǎn)變成簡單的查表法，并且其運(yùn)算速度是非常迅速的，能夠完全滿足對整個(gè)煙葉烘烤過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求。

4 智能控制儀使用成果分析

這樣的控制儀器研制成功之后，對一部分煙葉烘烤場地做出了測試，取得十分可觀的效果，在利用傳統(tǒng)控制方法時(shí)，烤房中溫濕度波動(dòng)差異比較明顯，溫度波動(dòng)最大能夠浮動(dòng)到上下10℃左右，濕度波動(dòng)最大能夠浮動(dòng)到上下25 %rh左右。使用智能化控制儀器之后，將溫度誤差控制在上下浮動(dòng)3度左右，將濕度誤差控制在上下濕度7 %rh左右，滿足了烘烤工藝的需求，這樣無論是烤制出來的煙葉顏色、水分、彈性等都非?？捎^。

5 結(jié)語

煙葉烘烤溫濕度智能控制儀作用下溫濕度控制系統(tǒng)，是將溫差、濕差、溫差變化率、濕差變化當(dāng)作模糊控制器的輸入量來選擇合理的控制策略，較多地減少了煙農(nóng)的勞動(dòng)負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)了煙葉烘烤的智能化。根據(jù)相關(guān)的測試實(shí)證可知，此種智能化系統(tǒng)高效地提升了溫濕度控制精確性，并且這種智能化設(shè)計(jì)方案與過程也能合理應(yīng)用在其他相關(guān)溫濕度控制系統(tǒng)中。

參考文獻(xiàn)

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