基于多重控制策略的精準(zhǔn)化復(fù)烤技術(shù)

程勇 朱鋒 李浩 周新宙

摘要：煙葉復(fù)烤作為打葉復(fù)烤加工工藝中必不可少的重要環(huán)節(jié)，其作用在于調(diào)控?zé)熑~水分、去雜保香、滅蟲滅菌，使片煙更適合貯存、醇化。針對目前烤片機水分控制精度不夠、人工調(diào)控反應(yīng)慢等問題，作者將常規(guī)PID控制與閉環(huán)控制原理相結(jié)合，利用機尾紅外水分儀進(jìn)行水分檢測，以回潮區(qū)霧化噴水量及機尾雙向皮帶轉(zhuǎn)向為調(diào)控手段，設(shè)計出多個操作變量的煙葉復(fù)烤四重控制模式，有效提高烤片機出口煙葉水分的控制精度。

關(guān)鍵詞：煙葉復(fù)烤;煙葉水分;PID控制;四重控制

隨著時代的進(jìn)步與發(fā)展，卷煙工業(yè)企業(yè)對復(fù)烤后煙葉水分要求不再僅限于合格，同時還要求同批次煙葉水分均勻穩(wěn)定。為了獲得較好的控制效果，復(fù)烤廠對烤片機溫度采用了PID控制，而對出口煙葉水分未有較好的控制策略，主要依靠人工手動調(diào)節(jié)參數(shù)，使出口煙葉水分達(dá)到客戶要求的合格范圍內(nèi)，導(dǎo)致烤片機煙葉水分調(diào)控存在控制精度不夠、調(diào)控反應(yīng)速度慢等問題，也滿足不了目前客戶對復(fù)烤煙葉水分均勻性的要求。

常規(guī)PID控制由于其簡單方便、適用性強等特點，廣泛運用于工業(yè)企業(yè)控制過程中，但對于煙葉復(fù)烤這種多干擾、強耦合、不確定的過程控制，難以實現(xiàn)有效調(diào)控[1-2]。為此，考慮回潮區(qū)霧化噴水量對復(fù)烤煙葉水分的調(diào)控最具直接性和有效性，作者有效規(guī)避了煙葉復(fù)烤過程中溫度與水分之間的耦合作用，以調(diào)控回潮區(qū)濕度為突破口，結(jié)合常規(guī)的PID控制與閉環(huán)控制原理，設(shè)計了多個操作變量的四重控制模式。

1?系統(tǒng)設(shè)計

目前，大多復(fù)烤廠基本采用的是以基于PID溫度控制為輔，人工調(diào)控為主的一種傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)。該控制方法易受人為因素影響，對烤片機擋車工技術(shù)、經(jīng)驗要求較高，不易實現(xiàn)烤片機煙葉水分在較小范圍內(nèi)波動需求，達(dá)不到客戶預(yù)期效果。

作者借鑒預(yù)控圖理論，制定了水分分布圖（如圖1所示），并針對烤片機機尾煙葉水分處于不同范圍，制定了相應(yīng)的調(diào)控策略，最終形成了煙葉復(fù)烤的四重控制模式。

如圖1所示，C區(qū)位目標(biāo)區(qū)域，機尾煙葉水分理想控制范圍;A、B區(qū)為預(yù)警區(qū)域，其中B區(qū)為輕度警戒區(qū)、A區(qū)位高度警戒區(qū);A區(qū)之外為不合格區(qū)域。

調(diào)控原理：①當(dāng)機尾檢測水分落在C區(qū)（理想狀態(tài)）時，烤片機不做任何調(diào)控;②當(dāng)機尾檢測水分落在B區(qū)時，烤片機程序通過PID算法，直接調(diào)節(jié)回潮區(qū)高壓水泵頻率，實現(xiàn)煙葉水分微調(diào)，使煙葉水分落在目標(biāo)區(qū)域C區(qū)中;③當(dāng)機尾檢測水分落在A區(qū)時，烤片機程序自動調(diào)控霧化噴嘴開啟對數(shù)，實現(xiàn)烤片機煙葉水分的快速調(diào)節(jié)，使煙葉水分落在目標(biāo)區(qū)域C區(qū);④當(dāng)機尾檢測水分落在A區(qū)之外（不合格）時，烤片機將自動開啟煙葉進(jìn)柜功能，待煙葉水分合格后，自動關(guān)閉進(jìn)柜功能，出庫煙葉進(jìn)入下一工序。

2?方案實施

2.1硬件方面

針對霧化噴嘴易堵塞的問題，對烤片機水箱進(jìn)水管道進(jìn)行了改造，在水箱前加裝了疏水閥和進(jìn)水過濾器。通過兩周的使用觀察，8對（16組）霧化噴嘴點檢結(jié)果均正常，為煙葉水分調(diào)控有效實施提供了硬件保障。

2.2 軟件方面

2.2.1 干燥區(qū)、冷房溫度控制

修改干燥區(qū)、冷房基于PID控制器的鋸齒式溫度調(diào)控法，依據(jù)煙葉來料特性、流量、溫度T梯度變化，整定PID參數(shù)設(shè)置[3]，實現(xiàn)了干燥區(qū)、冷房溫度平穩(wěn)控制，降低了煙葉水分因干燥不均勻帶來的差異性。

2.2.2 出口水分儀檢測

考慮因烤片機機尾葉片結(jié)構(gòu)檢測取樣等干擾引起的水分儀檢測值異常情況，作者結(jié)合水分儀檢測頻率，修改烤后水分檢測反饋程序，并對此類異常值進(jìn)行合理剔除，避免響應(yīng)程序誤反應(yīng)。

2.2.3 水泵頻率控制

增設(shè)煙葉水分判斷機制程序和水泵頻率PID控制程序。其工作原理為：（1）通過設(shè)定高壓水泵頻率上下限，確保八組霧化噴嘴霧化效果;（2）通過實時水分檢測值與設(shè)定值的偏差，判斷當(dāng)前水分所在區(qū)域是否為輕度警戒區(qū)（B區(qū)）;（3）若檢測水分處于B區(qū)時，通過實時監(jiān)測值與設(shè)定值進(jìn)行比較，利用PID算法計算水泵頻率輸出控制值。通過改變回潮區(qū)高壓水泵頻率，可實現(xiàn)回潮區(qū)霧化水量控制，促使出口煙葉水分處于目標(biāo)區(qū)域。

2.2.4 霧化噴嘴啟?？刂?/p>

增設(shè)判斷機制程序、霧化噴嘴調(diào)控運算程序以及回潮區(qū)霧化噴嘴調(diào)控執(zhí)行程序。其工作原理為：（1）通過實時水分檢測值與設(shè)定值的偏差，判斷當(dāng)前水分所在區(qū)域是否處于嚴(yán)重警戒區(qū)（A區(qū)）;（2）當(dāng)前水分處于A區(qū)時，若當(dāng)前水分檢測值高于設(shè)定值，回潮區(qū)將關(guān)閉一對處開啟狀態(tài)且最靠近烤季出口的霧化噴嘴;若當(dāng)前水分檢測值低于設(shè)定值，回潮區(qū)將開啟一對暫處開啟狀態(tài)且最靠近烤季出口的霧化噴嘴;（3）考慮霧化噴嘴停啟對煙葉水分影響較大，且紅外水分儀設(shè)在在烤片機機尾，對調(diào)節(jié)效果反饋具有一定延時性，故在霧化噴嘴每關(guān)或啟一次后，設(shè)有一定的停滯時間。

2.2.5 自動進(jìn)柜調(diào)控

新增了煙葉水分判斷機制程序和烤片機出口自動進(jìn)柜程序，對檢測水分不合格煙葉自動進(jìn)行進(jìn)柜處理。待煙葉水分合格15s后，自行關(guān)閉進(jìn)柜功能，出口煙葉進(jìn)入下一工序。

3?效果驗證

3.1 設(shè)備及材料

設(shè)備：9000kg/h打葉復(fù)烤生產(chǎn)線，LA34001S（34kg，0.1g）型電子天平（德國SARTORIUS公司），CPA223S型電子天平（感量0.001g，德國SARTORIUS公司），BINDER FED240型恒溫干燥箱。

材料：復(fù)烤廠16、17烤季加工的10個相同等級批次煙葉。

2.3.2 方案設(shè)計

方案設(shè)計如表1所示，通過對改進(jìn)后17烤季加工的10批次煙葉加工進(jìn)行長期監(jiān)測，以驗證自動控制模式對復(fù)烤成品批內(nèi)含水率變異系數(shù)的影響。試驗后，選取改造前16烤季加工的同等級煙葉進(jìn)行對比研究。

2.3.3 結(jié)果與分析

對實驗選取的10個同等級批次煙葉加工進(jìn)行監(jiān)測，統(tǒng)計其改進(jìn)前后的復(fù)烤成品批內(nèi)含水率變異系數(shù)如表2所示。

復(fù)烤成品含水率變異系數(shù)試驗數(shù)據(jù)描述統(tǒng)計表如表3所示。從均值上看，17烤季加工批次成品片煙水分變異系數(shù)均值更小，即水分波動更為穩(wěn)定。

復(fù)烤成品含水率變異系數(shù)試驗數(shù)據(jù)方差分析表如表4所示：

由表4可知，不同的控制模式對復(fù)烤成品含水率變異系數(shù)在α=0.05置信水平上存在顯著影響。由此可說明，基于多重控制策略的自動調(diào)控程序?qū)?fù)烤煙葉水分穩(wěn)定性調(diào)控效果顯著。

結(jié)語

通過常規(guī)的PID控制與閉環(huán)控制原理相結(jié)合，形成多個操作變量的四重控制模式，能有效提高KG233C型葉片復(fù)烤機的含水率控制能力，降低復(fù)烤成品批內(nèi)含水率變異系數(shù)。

參考文獻(xiàn)

[1]徐湘元. 過程控制技術(shù)及其應(yīng)用 [M]. 北京：清華大學(xué)出版社.2015：110-230.

[2]李文濤. 過程控制 [M]. 科學(xué)出版社，2012.2.

[3]陶永華. PID控制原理和自整定策略[J]. 工業(yè)儀表與自動化裝置，1997（4）：60-64.

作者簡介：程勇，男，湖北煙草金葉復(fù)烤有限責(zé)任公司，工藝質(zhì)量管理員。