煙絲烘干系統(tǒng)的控制策略

摘要：本文給出了煙絲烘干系統(tǒng)的控制策略，實(shí)現(xiàn)了煙絲烘干系統(tǒng)的自動控制，并給出了詳細(xì)設(shè)計的控制方案。

關(guān)鍵詞：煙絲烘干；自動控制；補(bǔ)償運(yùn)算；控制策略

1 引言

煙絲烘干是煙草制絲工藝過程中最后一道關(guān)鍵工序。烘絲的作用一是干燥，把含水率較高的煙絲干燥到適合卷制成煙支所需的含水率。二是提高填充能力，通過烘絲使煙絲可以得到進(jìn)一步松散和變形卷曲，增加彈性，使葉絲和梗絲得到膨脹定型，從而提高煙絲的填充能力。三是烘烤，烘烤過程能使部分青雜味物質(zhì)得以揮發(fā)排出，使香氣顯露，使煙味變得醇和，因此通過烘烤可以在一定程度上提高煙絲的品質(zhì)；四是拌勻，通過烘絲過程的煙絲運(yùn)動和加熱，使煙絲中的不同的配方成分和添加物料更加均勻，可使同批煙支的成分和品味基本一致。

烘絲機(jī)電氣控制是制絲線中最典型的過程控制系統(tǒng)。影響出口水分的因素很多，因此，烘絲機(jī)電氣控制是一個多因素耦合系統(tǒng)。又由于烘絲機(jī)熱慣性極大，是一個大滯后控制系統(tǒng)。所以烘絲機(jī)電氣控制也是制絲線電氣控制的一個難點(diǎn)。筆者根據(jù)自己多年的工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了一些控制策略，取得了較好的控制效果。

2 工藝過程

圖1為煙絲烘干系統(tǒng)示意圖。

3 控制策略

3.1 影響煙絲水分的因素

影響煙絲水分的因素主要有：烘絲機(jī)筒壁的蒸汽壓力；烘絲機(jī)熱交換器的蒸汽閥門開度；通往烘絲機(jī)熱交換器的蒸汽溫度；烘絲機(jī)的熱風(fēng)溫度；烘絲機(jī)冷熱風(fēng)角執(zhí)行器的開度； 烘絲機(jī)滾筒轉(zhuǎn)速；烘絲機(jī)的煙絲流量； 烘絲機(jī)來料煙絲水分； 熱風(fēng)系統(tǒng)中的排潮風(fēng)門開度。

3.2 系統(tǒng)控制策略

3.2.1控制策略：

a對于可控變量，穩(wěn)定環(huán)境，調(diào)節(jié)主控變量達(dá)到控制煙絲水分的目的。

b對于可檢測，不可控變量可以采用前饋控制。

c對于不可檢測可以采用經(jīng)典PID反饋控制。

d料頭、料尾采用噴蒸汽、減風(fēng)量、改變滾筒轉(zhuǎn)速的控制方法。

3.2.2控制原理

A 蒸汽系統(tǒng)

筒壁蒸汽壓力是水分系統(tǒng)的主控變量。通過改變薄膜閥的開度來改變進(jìn)入熱交換器的蒸汽壓力，使筒壁溫度改變。薄膜閥的開度是可編程序控制器（PLC）據(jù)入煙絲流量，入口煙絲水分，出口煙絲水分及烘絲機(jī)的工作狀態(tài)進(jìn)行運(yùn)算的結(jié)果來確定的。

它的控制框圖如圖2所示

系統(tǒng)由串級的雙環(huán)PID調(diào)節(jié)器組成。內(nèi)環(huán)為蒸汽溫度環(huán)，外環(huán)為煙絲水分環(huán)；進(jìn)料流量與進(jìn)料水分通過前饋加到內(nèi)環(huán)；補(bǔ)償運(yùn)算是將系統(tǒng)設(shè)定水分、進(jìn)料流量與進(jìn)料水分計算為需要補(bǔ)償?shù)恼羝麥囟群蠹尤雰?nèi)環(huán)；內(nèi)環(huán)反饋值通過換算模塊換算為蒸汽溫度，加入比較環(huán)節(jié)。

B、熱風(fēng)系統(tǒng)

烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度，作為環(huán)境變量處理。熱風(fēng)的作用是帶走烘筒蒸發(fā)的水分，在同樣的蒸發(fā)量和風(fēng)速由于熱風(fēng)溫度的不同，筒內(nèi)空氣的相對濕度不同，改變熱風(fēng)溫度也可以改變出口煙絲水分。熱風(fēng)是環(huán)境空氣經(jīng)熱交換器加熱后由熱風(fēng)風(fēng)機(jī)吹入的，通過改變熱風(fēng)風(fēng)門調(diào)節(jié)器的開度改變冷熱風(fēng)的混合比可控制其溫度。熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速是由變頻調(diào)速器控制的。

C 排潮系統(tǒng)

烘絲機(jī)排潮風(fēng)門開度，也作為環(huán)境變量處理。排潮風(fēng)門大小決定了排潮風(fēng)量，因而也決定了新鮮熱空氣的補(bǔ)充量，改變了烘筒內(nèi)熱風(fēng)的絕對濕度，從而改變了熱風(fēng)脫水能力。排潮風(fēng)門是由風(fēng)門調(diào)節(jié)器控制的，控制器根據(jù)烘絲機(jī)的工作狀態(tài)來改變熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和對應(yīng)改變排潮風(fēng)門的開度，以達(dá)到控制排潮量的目的。

D烘筒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)

烘筒的轉(zhuǎn)速直接影響煙絲在烘筒內(nèi)滯留的時間，也是影響煙絲脫水的重要因素，將其定為一種環(huán)境變量，烘筒的轉(zhuǎn)速是由控制器根據(jù)烘絲機(jī)的工作狀態(tài)來決定的。速度的穩(wěn)定是由變頻調(diào)來保證的。圖3為其控制框圖。

3.3烘絲機(jī)的工作狀態(tài)

烘絲機(jī)的工作狀態(tài)是根據(jù)煙絲干燥工藝要求，考慮到設(shè)備的特殊性從控制方面將其分為幾種不同的工作狀態(tài)。

基本狀態(tài)。烘絲機(jī)入口電子秤及烘簡內(nèi)部均無物料的情況下稱為基本狀態(tài)，在此狀態(tài)下，滾筒、熱空氣風(fēng)機(jī)均可運(yùn)行，滾筒轉(zhuǎn)速為低速，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為高速，排潮風(fēng)門的開度為基本閥位。

預(yù)熱狀態(tài)?！霸鰤骸睜顟B(tài)結(jié)束以后，自動轉(zhuǎn)入預(yù)熱狀態(tài)，筒壁加熱溫度控制器開始啟動，經(jīng)過20～30分鐘以后，筒壁溫度穩(wěn)定在設(shè)定值。

料頭狀態(tài)。滾筒預(yù)熱以后，當(dāng)入口電子秤上有煙絲連續(xù)通過時，控制系統(tǒng)由預(yù)熱狀態(tài)自動轉(zhuǎn)換到料頭狀態(tài)。滾筒轉(zhuǎn)速控制器將滾筒轉(zhuǎn)速由原來的低速提高到中速。溫度控制器將預(yù)熱筒壁溫度設(shè)定值轉(zhuǎn)換到與控制參數(shù)有關(guān)的操作點(diǎn)上，該點(diǎn)是根據(jù)入口煙絲流量、水分及出口煙絲水分實(shí)測值、出口煙絲水分設(shè)定值等參數(shù)來確定的。

生產(chǎn)狀態(tài)。當(dāng)煙絲到達(dá)烘絲機(jī)內(nèi)一定時間后，系統(tǒng)由料頭狀態(tài)轉(zhuǎn)為生產(chǎn)狀態(tài)，啟動煙絲水分控制器，此控制器根據(jù)出口煙絲的實(shí)測水分值與設(shè)定水分值的偏差大小進(jìn)行計算，其結(jié)果再通過筒壁溫度控制器對筒壁溫度進(jìn)行調(diào)整。

筒壁溫度控制器的工作情況與“料頭狀態(tài)”相同。滾筒的轉(zhuǎn)速與“料頭狀態(tài)相同”。

在此狀態(tài)下，入口煙絲的連續(xù)性受到監(jiān)測，如果入口煙絲的中斷時間較短，不會造成出口煙絲的間斷；萬一中斷時間較長，當(dāng)煙絲再一次進(jìn)入烘絲機(jī)時系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入“料頭啟動”狀態(tài)。

倒料狀態(tài)。當(dāng)入口電子秤長時間測量不到煙絲流量后，蒸汽薄膜閥將被關(guān)閉，滾筒轉(zhuǎn)速控制器將筒體轉(zhuǎn)速提高到快速，熱風(fēng)風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速降為低速，排潮風(fēng)門的開度也被關(guān)到相應(yīng)閥位，當(dāng)烘簡內(nèi)的煙絲全部倒出后，系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)入預(yù)熱狀態(tài)。

冷卻狀態(tài)。生產(chǎn)結(jié)束以后，冷卻狀態(tài)開始，系統(tǒng)自動關(guān)閉全部供熱源，滾筒轉(zhuǎn)速為低速，經(jīng)過一段時間以后，冷卻結(jié)束，系統(tǒng)自動停止運(yùn)行。

結(jié)束語

本系統(tǒng)于2003年投入使用，取得了良好的控制效果，在系統(tǒng)啟動時直接利用經(jīng)驗(yàn)控制，使系統(tǒng)很快達(dá)到較為理想的控制效果，特別是在頻繁停機(jī)和進(jìn)料量頻繁波動的情況下，更顯示出其控制的優(yōu)越性。