烤煙烘烤房干溫度控制方法的改進

李英俊， 金珖龍

（延邊大學工學院 電子信息工程系，吉林 延吉133002）

烤煙烘烤房干溫度控制方法的改進

李英俊， 金珖龍

（延邊大學工學院 電子信息工程系，吉林 延吉133002）

為了提高烤煙烘烤房的干溫度精度和烤煙的烘烤質(zhì)量，降低耗煤量，對往復推動式煙葉烘烤儀的干溫度的控制方法進行了改進.通過利用模糊控制技術(shù)控制推煤電動機工作時間和停止工作時間，實現(xiàn)了根據(jù)烘烤工藝的要求對烤煙烘烤房的干溫度進行實時監(jiān)測的精確控制目標.

干溫度；往復推動；模糊控制；烘烤工藝

0 引言

烤煙烘烤是決定煙葉質(zhì)量等級的最后環(huán)節(jié).在整個烘烤環(huán)節(jié)中，控制好烤房內(nèi)的干溫度對煙葉烘烤質(zhì)量起著重要的作用.傳統(tǒng)的往復推動式煙葉烘烤儀干溫度的控制是通過控制鼓風機和推煤電動機的工作時間以及風門來控制的，由于這種控制方式是采用開關(guān)量控制，烤房干溫度的延時性和非線性較為嚴重，因此煙葉烘烤的精度很難達到工藝要求，影響了煙葉的烘烤質(zhì)量.另外，由于冷空氣的進入和燃料的不完全燃燒，還致使烤房熱能利用率降低［1］.針對這種現(xiàn)狀，依據(jù)煙草專家提供的控制要求對往復推動式煙葉烘烤儀干溫度控制方法［2］進行了改進，即對推煤電動機的工作時間和停止工作時間采用了模糊控制技術(shù).由于模糊控制技術(shù)具有系統(tǒng)響應快、超調(diào)量小、過渡時間短等優(yōu)點［3］，因此能夠達到烤煙烘烤的精度工藝要求，保證煙葉烘烤質(zhì)量，而且還能提高煙葉烘烤的熱能利用率，降低烘烤成本，增加經(jīng)濟收益.另外，現(xiàn)場溫度可直接通過“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，可大大提高系統(tǒng)的抗干擾性能［4］，且具有維護方便的特點.

1 系統(tǒng)構(gòu)成

整個控制系統(tǒng)是由控制器、溫度和濕度傳感器、顯示電路、鼓風電動機、排濕電動機和推煤電動機組成，控制系統(tǒng)整體框圖如圖1所示.

圖1 控制系統(tǒng)的整體框圖

整體電路以AT89C52單片機為核心，以DS18B20溫度傳感器對溫度數(shù)據(jù)進行采集.DS18B20溫度傳感器是不需要A／D轉(zhuǎn)換的“一線總線”接口的溫度傳感器.“一線總線”結(jié)構(gòu)具有簡潔經(jīng)濟的特點，它的溫度測量范圍為－55～125℃，在－10～＋85℃范圍內(nèi)精度為±0.1℃.現(xiàn)場溫度利用“一線總線”的數(shù)字方式傳輸，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾性能.

烤房內(nèi)的溫度和濕溫度是由DMB12864B－01N／W型號的智能LCD顯示（實時監(jiān)測），它可顯示4行16×16點陣的漢字，每行8個共32個中文字，可顯示8×8或16×8的字符.溫度和濕溫度的顯示范圍為0～99.9℃，精度為±0.1℃.系統(tǒng)根據(jù)烘烤工藝曲線控制推煤電動機、鼓風電動機和排濕電動機，保證烤房內(nèi)的溫度按照控制曲線變化.推煤段由一位數(shù)碼管顯示，推煤段分為1—7個工作段.

在煙葉烘烤過程中，控制系統(tǒng)將根據(jù)烘烤工藝曲線的要求對實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行控制，其中烤房內(nèi)的干溫度是由鼓風機和推煤電動機進行控制，濕溫度是通過天窗排濕電動機的開啟進行控制.推煤電動機的工作段是由人工設(shè)定，推煤運行時間和停止運行時間則是由單片機根據(jù)模糊控制規(guī)律推算后確定.

2 模糊控制器的設(shè)計

1）精確量的模糊化 設(shè)模糊變量為e（濃度偏差）和y（輸出量）.相應的模糊語言變量取值為：

e＝ ｛負大（NL），負中（NM），負?。∟S），負零（N0），正常（Z0），正零（P0），正?。≒S），正中（PM），正大（PL）｝；

y＝ ｛零（Z0），短（S），中（M），長（L），最長（ML）｝.

精確量的模糊化的目的是求各模糊變量的隸屬函數(shù).將濃度偏差論域分為9個等級，即｛－4，－3，－2，－1，0，＋1，＋2，＋3，＋4｝，通過測試和統(tǒng)計得出模糊變量e的賦值表，如表1所示.

表1 濃度偏差e的隸屬函數(shù)表

2）模糊控制規(guī)則的形成 對于單輸入單輸出的模糊控制器，其控制規(guī)則可寫成如下形式：

其中Ui為濃度偏差模糊子集，Cj為輸出量Y的模糊子集.當輸入模糊變量取模糊子集Ui時，根據(jù)模糊合成規(guī)則可得輸出量Yi，j＝Ui○R，根據(jù)實際運行經(jīng)驗進行分析、歸納，得出模糊推理規(guī)則表（表2）.當設(shè)定溫度為42℃，推煤段為1段時，表2給出輸出推煤時間值和推煤停止時間值.

表2 模糊推理規(guī)則表

3）程序流程圖 主程序流程圖如圖2所示，推煤電動機時間控制子程序流程圖如圖3所示.在圖3中，根據(jù)模糊控制規(guī)律確定推煤時間和停止推煤時間，由模糊推理值確定推煤時間和停止推煤時間的常數(shù)入口地址.子程序結(jié)構(gòu)采用循環(huán)方式，循環(huán)次數(shù)由地址中的數(shù)據(jù)確定.

圖2 主程序流程圖

圖3 推煤電動機時間控制子程序流程圖

3 實驗結(jié)果

實驗采用寬×深×高（7 m×2.2 m×2.5 m）保溫烘烤房對整個烘烤過程進行溫度監(jiān)測和對比實驗.本文只畫出42℃和56℃時開關(guān)量控制和模糊控制的對比曲線，如圖4和圖5所示.從圖中可以看出：采用開關(guān)量控制時干溫度波動最大，達到±5℃；采用模糊控制后，干溫度波動最大為±2℃，滿足了烘烤工藝的要求.通過現(xiàn)場實驗還發(fā)現(xiàn)，本方法的耗煤量比之前減少了10%，有效地提高了熱能利用率.

圖4 設(shè)定值為42℃時控制曲線的對比

圖5 設(shè)定值為56℃時控制曲線的對比

［1］ 宋朝鵬，賀帆，王戰(zhàn)義，等.提高烤房熱能利用率的途徑初探［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學，2008，36（18）：7743－7744，7751.

［2］ 潘建斌，馮朝玲，王麗娟，等.煙葉烘烤自控專家系統(tǒng)的研究與應用［J］.河南農(nóng)業(yè)大學學報，2005，39（3）：297－299，303.

［3］ 許波，張培仁，張磊，等.模糊思想在多段注塑機溫度控制中的應用［J］.自動化與儀表，2007，22（6）：43－45.

［4］ 吳亮.DS18B20數(shù)字溫度傳感器在煙葉烤房監(jiān)測儀中的應用［J］.國外電子元器件，2005（10）：19－21.

Improvement of Drying Temperature Control Method in Tobacco－Flue－Cured Barn

LI Ying－jun， JIN Guang－long
（Department of Electronic Information and Engineering，College of Engineering，Yanbian University，Yanji 133002，China）

To improve the precision of drying temperature control of tobacco－flue－cured barn and the quality of flue－cured tobacco，and to reduce coal consumption for flue－cured tobacco，the drying temperature control method for the flue－cured tobacco apparatus with reciprocating transport function was improved.The working time and halting time of a coal－transport electric motor were controlled by fuzzy control technology，with the technology above the real－time of the accuracy control of the drying temperature of tobacco flue－cured barn was realized.

drying temperature；reciprocating transport；fuzzy control；flue－cure technics

TP273.5

A

1004－4353（2011）03－0267－03

2011 -03 -27

李英?。?963—），男，高級實驗師，研究方向為自動化.