均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其建立包含出口水分控制回路和給水流量控制回路的水分串級控制模型，出口水分控制回路為主環(huán)，以螺旋給料機(jī)出口水分為主環(huán)控制對象；給水流量控制回路為副環(huán)，以給水流量為副環(huán)控制對象；水分串級控制模型以螺旋給料機(jī)出口水分為控制目標(biāo)；出口水分控制回路以最終輸出的原料出口水分測量值與設(shè)定目標(biāo)值之間存在的偏差作為輸入量，出口水分控制回路的輸出值轉(zhuǎn)化為給水流量控制回路的設(shè)定值，給水流量控制回路以設(shè)定值與給水流量測量值之間的偏差作為輸入量，并且通過運(yùn)算將控制量輸出到流量調(diào)節(jié)閥。本發(fā)明對加入到原料中的水分采用閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)螺旋給料機(jī)出口水分含量的自動(dòng)穩(wěn)定控制。
【專利說明】均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及煙草薄片原料的均勻給料、除塵和加水、水分自動(dòng)控制，特別是涉及一種均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]煙草薄片原料預(yù)處理的核心設(shè)備是噴霧加濕螺旋輸送機(jī)和均勻給料裝置。如圖1所示，均勻給料裝置由上料風(fēng)機(jī)1、儲存罐和送料風(fēng)機(jī)4組成，螺旋輸送機(jī)由電機(jī)、螺旋輸送桿5和噴霧裝置6組成。螺旋輸送機(jī)左右兩側(cè)各布置有十個(gè)噴頭，五個(gè)噴頭連接噴水總管道，五個(gè)碰頭連接壓縮空氣總管道。噴水總管上安裝有一個(gè)流量控制器(包含流量計(jì))22和一個(gè)流量調(diào)節(jié)閥21，以及檢測水壓的壓力變送器。螺旋輸送機(jī)出口安裝有一臺水分儀7，加水后的原料由帶式輸送機(jī)送到指定的儲柜。
[0003]均勻給料裝置是為了穩(wěn)定均勻向螺旋給料機(jī)送料的設(shè)備，它由三部分組成，上料風(fēng)機(jī)把需要生產(chǎn)的原料通過風(fēng)力送入儲料罐，儲料罐內(nèi)存儲一定量的原料，送料風(fēng)機(jī)通過風(fēng)力把原料由儲料罐均勻送到螺旋輸送機(jī)，形成穩(wěn)定供料。由于原料分為長梗、短梗、大片、碎片、煙末等不同類型，通過調(diào)節(jié)送料風(fēng)機(jī)的電機(jī)頻率，調(diào)整給料量，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定均勻供料。
[0004]煙草薄片、造紙等行業(yè)生產(chǎn)過程中常用原料是煙梗和煙片，這些原料的灰塵很大，為了生產(chǎn)和環(huán)境的需要，首先對原料要進(jìn)行處理，從而降低原料中的灰塵，同時(shí)增加并均勻穩(wěn)定原料中的水分含量。其方法是在輸送物料的過程中，采用加壓的水霧進(jìn)行噴淋。采用人工投料的方法，雖然也能降低水分中的灰塵，但不能使加水量穩(wěn)定，對后續(xù)生產(chǎn)保持穩(wěn)定的配比有一定的影響。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中原料除塵加水工序無法精準(zhǔn)自動(dòng)控制的問題。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其建立包含出口水分控制回路和給水流量控制回路的水分串級控制模型，出口水分控制回路為主環(huán)，以螺旋給料機(jī)出口水分為主環(huán)控制對象；給水流量控制回路為副環(huán)，以給水流量為副環(huán)控制對象；所述水分串級控制模型以螺旋給料機(jī)出口水分為控制目標(biāo)；其中，所述出口水分控制回路以最終輸出的原料出口水分測量值與設(shè)定目標(biāo)值之間存在的偏差作為輸入量，所述出口水分控制回路的輸出值轉(zhuǎn)化為所述給水流量控制回路的設(shè)定值，所述給水流量控制回路以所述設(shè)定值與給水流量測量值之間的偏差作為輸入量，并且通過運(yùn)算將控制量輸出到流量調(diào)節(jié)閥。
[0007]優(yōu)選的，所述出口水分控制回路中采用積分分離型PID控制器。
[0008]優(yōu)選的，所述給水流量控制回路采用PI控制算法，給水流量控制回路由流量變送器、流量控制器和流量調(diào)節(jié)閥組成。
[0009]優(yōu)選的，所述均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)還包括原料選擇控制器以及控制每個(gè)噴頭的噴霧加濕控制器，所述原料選擇控制器根據(jù)不同的原料給出不同的所述設(shè)定目標(biāo)值，以及給出不同的噴霧加濕組合。
[0010]優(yōu)選的，所述均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)還包括均勻給料控制器，所述均勻給料控制器控制均勻給料裝置均勻地向螺旋給料機(jī)送料。
[0011]優(yōu)選的，當(dāng)所述螺旋給料機(jī)出口水分產(chǎn)生階躍干擾時(shí)，螺旋給料機(jī)出口水分控制模型采用如下結(jié)構(gòu):
[0012]Y (S) = K*U (S)
[0013]式中:
[0014]Y(S)——出口水分控制器的輸出
[0015]K——調(diào)節(jié)系數(shù)
[0016]U(S)—傳遞函數(shù)的輸入
[0017]將Y(S)轉(zhuǎn)換為所述給水流量控制回路的設(shè)定值，作用到給水流量控制回路上。
[0018]如上所述，本發(fā)明的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，具有以下有益效果:本發(fā)明在均勻給料的情況下，可以采用調(diào)節(jié)噴霧加濕水量和噴頭個(gè)數(shù)的方法，對加入到原料中的水分采用閉環(huán)控制，從而實(shí)現(xiàn)螺旋給料機(jī)出口水分含量的自動(dòng)穩(wěn)定控制；本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)對煙梗、煙片、煙末等不同原料的水分精細(xì)化控制，使得進(jìn)入生產(chǎn)儲柜的原料水分含量穩(wěn)定在工藝設(shè)定的范圍內(nèi)，提聞后續(xù)萃取物料配比的精確度，從而提聞涂布液和煙楽■的生廣質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)薄片質(zhì)量的提高。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1顯示為均勻給料噴霧加濕裝置示意圖。
[0020]圖2顯示為本發(fā)明的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖。
[0021]元件標(biāo)號說明
[0022]I 上料風(fēng)機(jī)
[0023]2 給水流量控制回路
[0024]21 流量調(diào)節(jié)閥
[0025]22 流量控制器
[0026]23 流量變送器
[0027]3 出口水分控制回路
[0028]31 水分儀變送器
[0029]32 出口水分控制器
[0030]4 送料風(fēng)機(jī)
[0031]5 螺旋輸送桿
[0032]6 噴霧裝置
[0033]7 水分儀
[0034]8 均勻給料控制器
[0035]9 原料選擇控制器
[0036]10 噴霧加濕控制器

【具體實(shí)施方式】
[0037]以下由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，熟悉此技術(shù)的人士可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0038]請參閱圖1至圖2。須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供熟悉此技術(shù)的人士了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，故不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)亦視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0039]如圖2所示，本發(fā)明提供一種均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其建立包含出口水分控制回路3和給水流量控制回路2的水分串級控制模型，出口水分控制回路3為主環(huán)，以螺旋給料機(jī)出口水分(即加水后的原料所含水分)為主環(huán)控制對象；給水流量控制回路2為副環(huán)，以給水流量為副環(huán)控制對象；水分串級控制模型以螺旋給料機(jī)出口水分為控制目標(biāo)；其中，出口水分控制回路3以最終輸出的原料出口水分測量值與設(shè)定目標(biāo)值之間存在的偏差作為輸入量，出口水分控制回路3的輸出值轉(zhuǎn)化為給水流量控制回路2的設(shè)定值，給水流量控制回路2以上述設(shè)定值與給水流量測量值之間的偏差作為輸入量，并且通過運(yùn)算將控制量輸出到流量調(diào)節(jié)閥21，以此完成對給水流量的總控制。本發(fā)明對加入到原料中的水分采用閉環(huán)控制，利用主、副環(huán)串級控制，從而實(shí)現(xiàn)螺旋給料機(jī)出口水分含量的自動(dòng)穩(wěn)定控制。
[0040]本發(fā)明的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)在主體結(jié)構(gòu)上屬于串級控制，出口水分控制回路3為主環(huán)，給水流量控制回路2為副環(huán)。出口水分控制回路3的輸出轉(zhuǎn)化為給水流量控制回路2的設(shè)定，流量控制器22通過計(jì)算給水流量測量值與設(shè)定值之間的偏差，通過PID運(yùn)算將控制量輸出到流量調(diào)節(jié)閥21。流量調(diào)節(jié)閥21即為給水管道電磁閥，其分別控制噴霧加濕裝置中的各自噴頭，控制噴入螺旋送料機(jī)的水量，壓縮空氣由另外的壓縮空氣電磁閥控制，其噴射壓力保持恒定，壓縮空氣電磁閥先于噴水的各噴頭打開，后于各噴頭關(guān)閉，這種水霧和氣體的混合作用，達(dá)到了均勻噴霧、除塵加濕的作用。
[0041]影響原料出口水分的直接變量主要有加水總量、噴頭噴水位置、均勻給料流量，此外還受到原料水分、螺旋輸送電機(jī)的轉(zhuǎn)速等因素的影響。由于螺旋給料機(jī)的轉(zhuǎn)速受生產(chǎn)線整體速度的影響，不能控制。原料水分不可控，可以忽略不計(jì)。調(diào)節(jié)出口水分的主要手段為調(diào)節(jié)加入原料的水量。加水直接通過噴霧加濕裝置作用到原料上，只要合理調(diào)整流量調(diào)節(jié)器控制參數(shù)，正確分配噴霧開關(guān)，就可以實(shí)現(xiàn)水流量的準(zhǔn)確控制，實(shí)現(xiàn)對出口水分主控制回路的控制。
[0042]在圖2所示的控制系統(tǒng)框圖中，當(dāng)出口水分產(chǎn)生階躍干擾時(shí)，出口水分控制模型采用如下結(jié)構(gòu):
[0043]Y (s) = K*U (S)
[0044]上式中:
[0045]Y(S)——出口水分控制器的輸出
[0046]K—調(diào)節(jié)系數(shù)(初始值為I)
[0047]U(s)——傳遞函數(shù)的輸入
[0048]將Y(S)轉(zhuǎn)換為所述給水流量控制回路的設(shè)定值，作用到給水流量控制回路上。
[0049]具體的，上述出口水分控制回路3包括出口水分控制器32、測量最終輸出的原料中水分測量值的水分儀7，以及與水分儀相連的水分儀變送器31，本實(shí)施例中出口水分控制器32采用積分分離型PID控制器。積分分離PID算法有一定的魯棒功能，它能滿足主環(huán)精細(xì)化控制的需要，解決水分反應(yīng)比較滯后的問題，達(dá)到了滿意的控制效果。積分分離PID算法的控制結(jié)構(gòu)如下式所示:
[0050]"⑷=kpe(k)+ PkYjC(J)T + kd[e{k)- e{k -\])/T
[0051]式中，T為采樣時(shí)間；e(k)為偏差；Kp、k1、kd為調(diào)節(jié)參數(shù)；β為積分開關(guān)系數(shù)。

[I Ie(^)I < s
[0052]β = \

|θ \e(k)\ >- ε
[0053]ε為積分分離界限值。
[0054]在該控制結(jié)構(gòu)中，當(dāng)β = O時(shí),該P(yáng)ID調(diào)節(jié)積分不起作用；當(dāng)β = I時(shí)；該？10調(diào)節(jié)回路積分有作用。這種分離式的PID控制器，有效解決了積分飽和對水分調(diào)節(jié)的干擾。該控制算法具有結(jié)構(gòu)簡單、整定方便、控制有效的優(yōu)點(diǎn)。
[0055]本發(fā)明中的積分分離控制算法通過主回路相應(yīng)算法把式
u{k) = klte(k) + β^β(])Τ + kd[e(k)~ e{k - 1])/Γ 與式 Y(s) = K*U (s)結(jié)合經(jīng)過離散處理后，

/-ο
得到其控制器輸出增量為以下算式:Δ u (t) = q0e (t) +qp (t_l) +q2e (t_2)
[0056]當(dāng)I e (t) I ( ε 時(shí)
[0057]二 k (1 + —+ γ~)
-Kp
[0058]9l—1 + 2工

T
T
[0059]q =kn —
Λ ΔP ^
[0060]當(dāng)I e (t) I > ε 時(shí)

τ
[0061]=^(1+y)
—-Kp
[0062]1 + 2Ta_

T

T
[0063]Cll = k o ~γ
[0064]u (t) = u (t_l) + Δ u (t)
[0065]其中:u(t):出口水分控制器的輸出值；
[0066]e(t):出口水分控制器的輸入值與設(shè)定值之間的誤差，即最終輸出的原料出口水分測量值與設(shè)定目標(biāo)值之間存在的偏差；
[0067]Kp:比例系數(shù)；T1:積分時(shí)間常數(shù)；
[0068]Td:微分時(shí)間常數(shù)；T:調(diào)節(jié)周期；
[0069]ε:積分分離閾值t:當(dāng)前時(shí)間；
[0070]t_l:上一個(gè)采樣時(shí)間
[0071]上述給水流量控制回路2采用PI控制算法，給水流量控制回路2由流量變送器23、流量控制器22和流量調(diào)節(jié)閥21組成。流量變送器23用來測量被控流量，并與給水流量設(shè)定值比較。當(dāng)流量變送器23的輸出與給定量之間存在偏差時(shí)，流量控制器22對偏差信號進(jìn)行處理并輸送給流量調(diào)節(jié)閥21。流量控制器22據(jù)此調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥21的開啟程度，以改變管道中的流量，使之趨于期望值并保持在期望值附近。
[0072]依據(jù)流量控制系統(tǒng)的特點(diǎn):流量變送器23和流量調(diào)節(jié)閥21之前不包含大滯后環(huán)節(jié)和大慣性環(huán)節(jié)，所以系統(tǒng)響應(yīng)快；系統(tǒng)中普遍存在外擾，供水壓力變化會造成流量的波動(dòng)；為增加系統(tǒng)的穩(wěn)定程度和抗外擾能力，在流量控制系統(tǒng)中不采用微分控制規(guī)律，多采用以積分為主的PI調(diào)節(jié)，保證調(diào)節(jié)精度和快速性。
[0073]PI調(diào)節(jié)器的控制算法公式為:



Zc
[0074]1/(0 = "(,-1) + {k,, + -fMO — kpe{t -1)



* i
[0075]其中:u(t):控制器的輸出值； e(t):控制器輸入與設(shè)定值之間的誤差；
[0076]Kp:比例系數(shù)；T1:積分時(shí)間常數(shù)；
[0077]依據(jù)上面的公式，流量的控制只要計(jì)算出u (k)和e(k)的值，就可以計(jì)算出當(dāng)前輸出值，這種流量的計(jì)算方法，更具實(shí)用性。
[0078]如果入口原料選擇控制的原因是因?yàn)樵闲螤詈统煞植町愝^大，對于同一種原料，可以采用穩(wěn)定其生產(chǎn)流量和設(shè)定水分工藝標(biāo)準(zhǔn)。對于不同原料，就要采用不同的方案，包括生產(chǎn)量、加水量、噴霧加濕方式等都有不同的要求。因此要進(jìn)行原料選擇控制，本發(fā)明的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)還包括原料選擇控制器9以及控制每個(gè)噴頭的噴霧加濕控制器10，這種原料直接選擇的控制方式是對串級水分控制回路的修正，它能依據(jù)不同的原料，給出不同的生產(chǎn)設(shè)定，給出不同的噴霧加濕組合，起到粗調(diào)和校正的作用。作為控制核心的水分控制回路，就要依據(jù)這些設(shè)定，重新調(diào)整控制量，從而保證原料更換后能在短時(shí)間內(nèi)把水分調(diào)整到工藝范圍內(nèi)。這種自動(dòng)設(shè)定和切換的方式比人工切換準(zhǔn)確，操作人員只需填寫物料序號即可。
[0079]本發(fā)明的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)還包括均勻給料控制器8，均勻給料控制器8控制均勻給料裝置均勻地向螺旋給料機(jī)送料。
[0080]本發(fā)明的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)經(jīng)過設(shè)計(jì)，仿真和在線運(yùn)行。均勻給料裝置實(shí)現(xiàn)了對原料的自動(dòng)均勻化控制，出口水分控制實(shí)現(xiàn)了串級自動(dòng)調(diào)節(jié)，能快速的調(diào)節(jié)出口水分的波動(dòng)；水分調(diào)節(jié)周期在五分鐘內(nèi)。水分調(diào)節(jié)偏差在設(shè)定值±2%范圍內(nèi)。較好地解決了原料水分不穩(wěn)定和水分不均勻的問題。為后續(xù)工段原料配比打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[0081]綜上所述，本發(fā)明的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)對煙梗、煙片、煙末等不同原料的水分精細(xì)化控制，使得進(jìn)入生產(chǎn)儲柜的原料水分含量穩(wěn)定在工藝設(shè)定的范圍內(nèi)，提聞后續(xù)萃取物料配比的精確度，從而提聞涂布液和煙楽■的生廣質(zhì)量，最終實(shí)現(xiàn)薄片質(zhì)量的提高。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0082] 上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其特征在于，建立包含出口水分控制回路(3)和給水流量控制回路(2)的水分串級控制模型，出口水分控制回路(3)為主環(huán)，以螺旋給料機(jī)出口水分為主環(huán)控制對象；給水流量控制回路(2)為副環(huán)，以給水流量為副環(huán)控制對象；所述水分串級控制模型以螺旋給料機(jī)出口水分為控制目標(biāo)；其中，所述出口水分控制回路(3)以最終輸出的原料出口水分測量值與設(shè)定目標(biāo)值之間存在的偏差作為輸入量，所述出口水分控制回路(3)的輸出值轉(zhuǎn)化為所述給水流量控制回路(2)的設(shè)定值，所述給水流量控制回路(2)以所述設(shè)定值與給水流量測量值之間的偏差作為輸入量，并且通過運(yùn)算將控制量輸出到流量調(diào)節(jié)閥(21)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其特征在于:所述出口水分控制回路(3)中采用積分分離型PID控制器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其特征在于:所述給水流量控制回路(2)采用PI控制算法，給水流量控制回路由流量變送器(23)、流量控制器(22)和流量調(diào)節(jié)閥(21)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其特征在于:所述均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)還包括原料選擇控制器(9)以及控制每個(gè)噴頭的噴霧加濕控制器(10)，所述原料選擇控制器(9)根據(jù)不同的原料給出不同的所述設(shè)定目標(biāo)值，以及給出不同的噴霧加濕組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其特征在于:所述均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)還包括均勻給料控制器(8)，所述均勻給料控制器(8)控制均勻給料裝置均勻地向螺旋給料機(jī)送料。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的均勻給料噴霧加濕水分控制系統(tǒng)，其特征在于:當(dāng)所述螺旋給料機(jī)出口水分產(chǎn)生階躍干擾時(shí)，螺旋給料機(jī)出口水分控制模型采用如下結(jié)構(gòu):
Y (s) = K*U (s) 式中: Y(S)——出口水分控制器的輸出 K——調(diào)節(jié)系數(shù) U(S)——傳遞函數(shù)的輸入 將Y(S)轉(zhuǎn)換為所述給水流量控制回路(2)的設(shè)定值，作用到給水流量控制回路(2)上。
【文檔編號】A24B9/00GK104273646SQ201410505665
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】宗寶祥, 陸曉東, 徐鶴兵 申請人:上海煙草集團(tuán)有限責(zé)任公司, 上海煙草集團(tuán)太倉海煙煙草薄片有限公司