專利名稱：用于大慣性系統(tǒng)煙片回潮機的加水離散調(diào)節(jié)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煙草加工設(shè)備的自動控制領(lǐng)域，是一種適用于存在大擾動大慣性環(huán)節(jié)控制系統(tǒng)的離散控制方法，特別是用于煙片回潮機的加水離散調(diào)節(jié)方法。
背景技術(shù)：
隨著煙草生產(chǎn)線的自動化控制程度不斷提高，對生產(chǎn)設(shè)備的控制指標也越來越嚴格。煙片回潮機是繼切片機后，制絲生產(chǎn)線第二道關(guān)鍵工藝加工點，其作用是向經(jīng)過切片后的烤煙煙塊中加水、加蒸汽，來實現(xiàn)物料的松散、升溫、回潮，其中回潮后的物料水份值是最關(guān)鍵的工藝指標。回潮機加水系統(tǒng)的主要原理是調(diào)節(jié)回潮機的加水量進而實現(xiàn)對物料水份的控制?；爻睓C的加水系統(tǒng)是一個受多種因素干擾的大擾動系統(tǒng)，這些擾動因素包括:被加工物料的種類、組分，煙包切片的寬度及煙包之間水分的差異等等。傳統(tǒng)的回潮機加水控制采用傳統(tǒng)負反饋控制方法(圖1)，首先人為設(shè)定一個水份指標(SP)，系統(tǒng)對回潮機出口實際水份值(PV)進行采樣，通過比對水份實際值與水份設(shè)定值之間的偏差(SP-PV)，進而對加水薄膜閥的開度(CV)進行調(diào)節(jié)，使得水份實際值趨近或等于水份設(shè)定值。其中，系統(tǒng)控制量(CV)是連續(xù)的，根據(jù)偏差的大小不斷改變。傳統(tǒng)的反饋控制方法具有反應(yīng)迅速，系統(tǒng)靈敏度高的特點，因而在小慣性、快速響應(yīng)的系統(tǒng)中使用效果非常好。然而，回潮機加水系統(tǒng)是一個大慣性的，響應(yīng)速度較慢、干擾因素較多的系統(tǒng)，從開始改變加水量，到出口物料水份變化的整個響應(yīng)時間長達5到7分鐘。因此，傳統(tǒng)的負反饋控制方法使得系統(tǒng)長時間連續(xù)震蕩，出口水份無法穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開的用于煙片回潮機的加水離散調(diào)節(jié)方法是適應(yīng)大擾動大慣性系統(tǒng)的一種離散控制方法，所謂離散的控制方法是指系統(tǒng)控制量是不連續(xù)調(diào)節(jié)的，在通常情況下，控制量在生產(chǎn)過程中保持一定值不變，只有當系統(tǒng)滿足一定條件時，控制量才作變化，此種調(diào)節(jié)方法可以適當降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，更好的適應(yīng)大慣性、大滯后的系統(tǒng)，避免系統(tǒng)產(chǎn)生連續(xù)震蕩而無法穩(wěn)定。所述方法對水分的調(diào)節(jié)有三個步驟，下面分別詳述:步驟一預加水估計，回潮機只有出口水分儀，因此在回潮機處于頭料階段的時候，回潮機出口無物料，因此反饋的水分值不是真實值，從而導致無法采用反饋調(diào)節(jié)加水量。因此在回潮機處于頭料階段時，我們設(shè)計了一種以時間為自變量的加水函數(shù)，這個函數(shù)就是系統(tǒng)的預加水估計，預加水估計分兩個階段:階段一、系統(tǒng)根據(jù)加水估計函數(shù):加水設(shè)定值(kg/h)=入口物料流量(kg/h) X (水份設(shè)定值％ _C1)/(C2-水份設(shè)定值％ ) X加水系數(shù)C，其中常數(shù)Cl取值為12，常數(shù)C2取值為100，加水系數(shù)C的取值范圍為0.2-0.5，水份設(shè)定值％取值為17.5%，在頭料狀態(tài)對煙葉進行加水控制；
階段二、檢測是否有煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態(tài)是否結(jié)束，若未結(jié)束繼續(xù)步驟一，當有煙葉從煙片回潮筒輸出時即頭料狀態(tài)臨近結(jié)束時，系統(tǒng)繼續(xù)按照階段一的加水估計函數(shù)根據(jù)水份儀讀數(shù)對加水量進行調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)的出口水份達到目標設(shè)定值17.5%，此時系統(tǒng)記錄下當前的加水量并保持，并檢測當前水份值X，同時將系統(tǒng)切換到離散調(diào)節(jié)狀態(tài)，進行步驟二 ；步驟二、離散采樣:這里所說的采樣值指的是系統(tǒng)對出口水分儀的值每隔一段時間T進行一次數(shù)據(jù)采樣。圖2是描述出口水份隨時間變化的一段趨勢圖，其中e(t)是出口水份值；橫軸t是時間；T是采樣周期；τ是采樣時間。折線是葉片出口水份隨時間變化的連續(xù)函數(shù)，黑色的虛線是系統(tǒng)經(jīng)過采樣后，使用五點三次平滑法進行平滑后的曲線，即將隨時間變化的非線性連續(xù)函數(shù)等效為離散的“線性”函數(shù)。采用離散采樣的好處是使系統(tǒng)能把握水份的變化總趨勢，減小擾動和噪聲對系統(tǒng)的影響，使系統(tǒng)能夠更有效的調(diào)節(jié)。步驟三、趨勢對比及調(diào)節(jié):這里的趨勢主要指因變量(出口水份)的變化方向(升高或降低)。我們將當前出口水份數(shù)據(jù)X與采樣值F(t)進行對比，從而判斷此時的水分變化方向及趨勢。1、當x-F(t) > η時,說明出口水份正在增大；2、當x-F(t) < -η時，說明出口水份正在減?。灰陨咸岬溅堑娜≈捣秶鸀?br> 0.02-0.05，可根據(jù)實際情況進行人為修正。加水系統(tǒng)會實時分析加水趨勢，根據(jù)水份變化的趨勢判斷是對加水量進行調(diào)節(jié)還是保持當前加水量不變。η的取值與系統(tǒng)的擾動與慣性的大小有關(guān)，每個系統(tǒng)各異，這些值一般在系統(tǒng)調(diào)試中給出。上面已經(jīng)提到，系統(tǒng)已在估計加水第二階段儲存了一個記憶值。系統(tǒng)會以這個值為基礎(chǔ)與目標水份值進行負反饋調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)幅度根據(jù)實際情況可進行人為調(diào)
難
iF.0采用該方法后，對水份的變化了有了一定的預知性，增加了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈敏度，有效降低了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法造成的出口水份連續(xù)上下震蕩的情況，一定程度上克服了系統(tǒng)本身存在的大慣性大滯后性，使得出口水份的過程質(zhì)量得分有了較大提高。


圖1為傳統(tǒng)的回潮機加水控制方法方框圖；圖2是回潮機出口水份隨時間變化的一段趨勢圖；圖3是控制流程圖；圖4是本發(fā)明控制系統(tǒng)方框圖。
具體實施例方式結(jié)合控制流程圖3及系統(tǒng)方框圖4詳述本發(fā)明如下。步驟一為兩階段:階段一、系統(tǒng)根據(jù)加水估計函數(shù):加水設(shè)定值(kg/h)=入口物料流量2400 (kg/h) X (水份設(shè)定值17.5-常數(shù)12) / (常數(shù)100-水份設(shè)定值17.5) X加水系數(shù)0.3算出加水量，在頭料狀態(tài)對煙葉進行加水控制；階段二、PLC可編程控制器I檢測是否有物料3煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態(tài)是否結(jié)束，若未結(jié)束繼續(xù)步驟一，當有煙葉從煙片回潮筒輸出時即頭料狀態(tài)臨近結(jié)束時，系統(tǒng)繼續(xù)按照階段一的加水估計函數(shù)根據(jù)水份儀4讀數(shù)通過加水薄膜閥2對加水量進行調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)的出口水份達到目標設(shè)定值17.5%，此時系統(tǒng)保持當前的加水量，并切換到離散調(diào)節(jié)狀態(tài)，進行步驟二 ；步驟二:頭料狀態(tài)結(jié)束，進入正常生產(chǎn)狀態(tài)后，系統(tǒng)開始對出口水份進行定時采樣，每隔10秒，記錄一次出口水分采樣值F (t)，下一個采樣周期到來后，系統(tǒng)將水份值重新寫入F(t)中，更新前一次的數(shù)據(jù)。步驟三:在采樣的同時，系統(tǒng)將當前的水份值X與記錄的出口水分采樣值F(t)進行實時比對，用以確定當前水份的變化趨勢，a)當水份X > 17.8時，且x-F(t) > 0.03，表示出口水份值處于上升趨勢，此時加水量設(shè)定值每10秒增加10kg/h，若X-F(t) < 0.03，加水量設(shè)定值保持當前值不變；b)當水份x< 17.8時，且x-F (t) <-0.03，表示出口水份值處于下降趨勢，此時加水量設(shè)定值每10秒減少10kg/h，若X-F(t) > 0.03，加水量設(shè)定值保持當前值不變；c)當水份X滿足17.3 < X < 17.8時，加水量設(shè)定值保持當前值不變。在應(yīng)用實例中，由于出口水份的理想值是17.5%，我們需要水份在17.5左右的一個區(qū)間內(nèi)保持穩(wěn)定，因此在水份X > 17.8和X < 17.3的區(qū)間內(nèi)，加水量會得到調(diào)整，而在17.3到17.8的區(qū)間內(nèi)，加水量保持不變，以避免頻繁改變加水量造成的水分震蕩。
權(quán)利要求
1.一種用于大慣性系統(tǒng)煙片回潮機的加水離散調(diào)節(jié)方法，包括如下步驟: 步驟一預加水估計，分為兩個階段， 階段一、系統(tǒng)根據(jù)加水估計函數(shù):加水設(shè)定值(kg/h)=入口物料流量(kg/h) X (水份設(shè)定值％ -C1)/(C2-水份設(shè)定值％ ) X加水系數(shù)C，其中常數(shù)Cl取值為12，常數(shù)C2取值為100，加水系數(shù)C的取值范圍為0.2-0.5，水份設(shè)定值％取值為17.5%，在頭料狀態(tài)對煙葉進行加水控制； 階段二、檢測是否有煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態(tài)是否結(jié)束，若未結(jié)束繼續(xù)步驟一，當有煙葉從煙片回潮筒輸出時即頭料狀態(tài)臨近結(jié)束時，系統(tǒng)繼續(xù)按照階段一的加水估計函數(shù)根據(jù)水份儀讀數(shù)對加水量進行調(diào)節(jié)，直到系統(tǒng)的出口水份達到目標設(shè)定值17.5%，此時系統(tǒng)記錄下當前的加水量并保持，并檢測當前水份值X，同時將系統(tǒng)切換到離散調(diào)節(jié)狀態(tài)，進行步驟二 ； 步驟二離散采樣:頭料狀態(tài)結(jié)束，進入正常生產(chǎn)狀態(tài)后，系統(tǒng)開始對出口水份進行定時采樣，每隔10秒，記錄一次出口水分采樣值F (t)，下一個采樣周期到來后，系統(tǒng)將水份值重新寫入F(t)中，更新前一次的數(shù)據(jù)。
步驟三趨勢對比及調(diào)節(jié):在采樣的同時，系統(tǒng)將當前水份值X與記錄的出口水分采樣值F(t)進行實時比對，用以確定當前水份的變化趨勢，當x-F(t) >n時，說明出口水份正在增大；當x-F(t) < -η時，說明出口水份正在減??；系統(tǒng)依據(jù)當前水份的變化趨勢，實時調(diào)整加水量設(shè)定值，η的取值范圍為0.02-0.05，根據(jù)實際情況進行人為修正。
2.如權(quán)利要求1所述的用于大慣性系統(tǒng)煙片回潮機的加水離散調(diào)節(jié)方法，其特征是，在進行步驟三時，分三種狀態(tài)調(diào)整加水量設(shè)定值: a)當水份x>17.8%，且x-F(t) > 0.03時，表示出口水份值處于上升趨勢，此時加水量設(shè)定值每10秒增加10kg/h，若x-F(t) < 0.03，加水量設(shè)定值保持當前值不變； b)當水份X< 17.8，且x-F (t) <-0.03時，表示出口水份值處于下降趨勢，此時加水量設(shè)定值每10秒減少10kg/h，若x-F(t) > 0.03，加水量設(shè)定值保持當前值不變； c)當水份X滿足17.3 < X < 17.8時，加水量設(shè)定值保持當前值不變。
全文摘要
一種用于大慣性系統(tǒng)煙片回潮機的加水離散調(diào)節(jié)方法，其步驟一預加水估計，系統(tǒng)根據(jù)加水估計函數(shù)在頭料狀態(tài)對煙葉進行加水控制，檢測是否有煙葉從煙片回潮筒輸出，以判斷頭料狀態(tài)是否結(jié)束；步驟二離散采樣進入正常生產(chǎn)狀態(tài)后，對出口水份進行定時采樣，每隔10秒，記錄一次出口水分采樣值F(t)；步驟三趨勢對比及調(diào)節(jié)在采樣的同時，系統(tǒng)將當前水份值x與記錄的出口水分采樣值F(t)進行實時比對。用以確定當前水份的變化趨勢，系統(tǒng)依據(jù)當前水份的變化趨勢，采用所述方法后，對水份的變化了有了一定的預知性，增加了系統(tǒng)的調(diào)節(jié)靈敏度，有效降低了傳統(tǒng)調(diào)節(jié)方法造成的出口水份連續(xù)上下震蕩的情況，一定程度上克服了系統(tǒng)本身存在的大慣性大滯后性。
文檔編號A24B3/04GK103202526SQ201210007020
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月11日
發(fā)明者王志強, 黃堃, 秦明星, 林蔚, 龐浩 申請人:湖北中煙工業(yè)有限責任公司