制絲生產線加水潤葉系統改進

劉杰 胡克宇 張序海 孫常榮 劉靜遠

摘 要：我廠某生產線加料潤葉段出口片煙水分波動較大，影響成品煙絲的內在質量。論文在在總結相關控制技術的基礎上，對加水潤葉控制系統作出了改進。本改進在保留原有定比加水系統的基礎上，增加前、后饋閉環控制，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，新增了一個自動加水系統，提高了該工序出口水分的穩定性。

關鍵詞：出口水分;閉環系統;控制算法;模型。

制絲生產線加料潤葉機內部的工作機理是十分復雜的，由于沒有能夠直接檢測其內部工作狀態的儀表，到目前為止還沒有一個用數學表達式精確描述其內部特征的數學模型可供實際生產控制。常見模型有定比加水系統模型、后饋雙閉環加水系統模型和模糊控制模型等。

某制絲生產線潤葉加料工序在出口水分控制過程中，目前采用傳統的單閉環控制方式，僅憑操作人員的經驗設定噴水量對物料進行加水，導致出口片煙水分波動較大、控制失調，影響成品煙絲的內在質量。本設計將在研究了常用控制模型的基礎上，充分考慮蒸汽流量、加料流量等因素的影響，將現有的加水系統作出改進。

1 存在的問題

為了更好的了解現狀，本課題在MES系統截取了自2019年1至4月該生產線加料潤葉筒出口水分合格率數據，該統計數據包含有效數據361個。出口水分合格率大于等于90%的總計有235批次，因此總批次合格率P1僅為65.097%。

2? 改進方案設計

2.1? 目標及要求

經過與相關人員交流溝通，確定了此次改造要到達的目標：（1）在加料潤葉時增加前、后饋自動控制加水系統，實現根據配方參數自動加水功能。（2）在設計系統時充分考慮蒸汽、加料流量等因素對加水量的影響，減少該類因素對出口水分的影響。（3）提升出口潤葉加料工序出口水分的合格率。

2.2? 控制系統設計

我們決定在保留原有定比加水系統的基礎上，增加前、后饋閉環控制，并充分考慮蒸汽流量等因素的影響，設計的控制框圖見圖1。

F（X）是本系統控制的一個重點，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。為了保證筒體循環風溫度、加料精度等工藝值，本設計中利用PID控制器保證了這些值的相對穩定，最后給定這些參數對出口水分的影響因子，給出F（X）的量化值。最后計算出加水流量的實際PID控制值W。

W=k1*（W1 - FIC2_PV）+k2*k3-k4* TIC1_PV

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

這里的皮帶秤流量值和入口水分實際值都是經過堆棧延時后得到的延時瞬時值。為了提高加水精度和系統的反映速度，本設計引入了理論加水量修正系數k1，k1在出口實際水分值與設定值偏差過大時自動修正。k1初始值為1，偏差較大時自動修正。出口反饋影響因素的加入使系統反應速度更快。該公式考慮了筒體設備在不同工作溫度下，增濕蒸汽對加水流量的影響。計算出加水流量PID控制值后，再根據經驗給定PID控制器的其它參數，就可以完成PID控制器的設計。

3? 方案實施

通過方案設計，該方案主要改進措施是控制程序的編寫及上位機相關界面的更改。

主要包含：（1）理論加水值計算。（2）理論值修正系數k1自修正程序確認。為了快速的反應加水效果，增加k1的自適應功能，在實際出口水分與設定值偏差較大時，修正k1，使系統能夠更快速的糾偏，增強系統的穩定性。（3）加水量修正。該段程序具體設計加水量修正的算法。（4）料頭與料尾不同算法的實現程序。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整個加水量的影響。（5）PID功能塊調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? 改進效果：

該自動加水控制系統是一種有效地控制片煙出口水分的控制方案。該控制方式將來料流量波動，來料水分波動，加料瞬時流量，潤葉滾筒內噴射的蒸汽量及滾筒溫度對出口水分的影響都做了一個量化處理，并在控制算法中對片煙的吸收效率做了自適應優化處理，較好的解決了潤葉加料工序出口水分合格率較低的問題。通過一段時間的觀察與參數調整，最終的控制效果較好，出口水分值穩定性好，控制精度高，偏差小。

我們通過MES系統統計了改進后一個月的有效統計數據， 該月總計生產了72批次煙葉，其中合格率低于90的批次數是17次，總批次合格率P2為80.882%，改進效果明顯。

參考文獻：

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作者簡介：

劉杰（1988，7—），男，漢族，四川成都人，本科學歷，碩士學位，研究方向：自動控制。