CN112826120B - 一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法及系统，该方法包括：获取设定时间段内叶丝来料的平均含水率，并建立一个包括当前时刻在内的来料含水率滑窗。如果一个滑窗内的所有时刻的来料含水率与所述平均含水率的差值都大于0或小于0，则判断叶丝来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势。在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制混合风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。本发明解决了现有气流式叶丝干燥的出口含水率控制存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次薄板烘丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

Description

一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法及系统

技术领域

本发明涉及烟丝加工控制技术领域，尤其涉及一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法及系统。

背景技术

近年来，气流式叶丝干燥设备在国内得到了广泛应用，大多数卷烟企业都使用其对卷烟的叶丝进行干燥，由于气流式叶丝干燥设备有着干燥时间短，膨胀效率高，能够去除叶丝的杂气、减轻杂气等特点，非常适合中低档卷烟的加工。气流式叶丝干燥的基本原理是叶丝与高温、高速的过热蒸汽接触，叶丝在极短时间内被加热，通过水分的扩散作用，叶丝水分扩散至表面，水分被干燥气体带走，叶丝瞬间实现干燥定型。在实际生产过程中，常通过调节风门开度来调整蒸汽流量，以对叶丝出口含水率进行控制，使叶丝的水分保持在一个较为稳定的区间，但这种方式对实际调节出口含水率具有很大的滞后性，使得待处理叶丝无法及时受到适当的高温空气烘干处理。最终使得不同批次之间的叶丝的水分含量波动较大，从而产生较多的不合格烟丝，影响最终烟支质量的稳定。

发明内容

本发明提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法及系统，解决现有气流式叶丝干燥的出口含水率控制存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次薄板烘丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案：

一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法，包括：

获取设定时间段内叶丝来料的平均含水率，并建立一个包括当前时刻在内的来料含水率滑窗；

如果一个滑窗内的所有时刻的来料含水率与所述平均含水率的差值都大于0或小于0，则判断叶丝来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制混合风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

优选的，还包括：

累计混合风门的调整次数，并在所述调整次数达到设定值时将累计调整次数清零；

采集每次混合风门调整后100秒内的出口含水率数据并计算得到第一平均值；

对所述调整次数一个循环内的所述第一平均值进行均值计算，得到第二平均值；

如果所述第二平均值大于第一设定阈值，则将混合风门开度的调整幅度减小。

优选的，还包括：

如果所述第二平均值小于所述第一设定阈值且大于第二设定阈值，则保持混合风门开度的调整幅度不变；

如果所述第二平均值小于所述第二设定阈值，则将混合风门开度的调整幅度增大。

优选的，还包括：

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制蒸汽阀门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以对叶丝出口含水率进行前馈控制。

优选的，还包括：

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制水泵转速在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小或增大，以调整加水量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

优选的，还包括：

建立干燥气体温度与出口含水率的对应表，并根据叶丝出口含水率的目标值确定气体温度的预设值；

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制气体温度在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻从所述预设值开始逐步减小或增大，以调节叶丝的水分蒸发量。

本发明还提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制系统，包括：

来料含水率单元，用于获取设定时间段内叶丝来料的平均含水率，并建立一个包括当前时刻在内的来料含水率滑窗；

趋势判断单元，用于在一个滑窗内的所有时刻的来料含水率与所述平均含水率的差值都大于0或小于0时，判断叶丝来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；

第一前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制混合风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

优选的，还包括：

第二前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制蒸汽阀门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以对叶丝出口含水率进行前馈控制。

优选的，还包括：

第三前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制水泵转速在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小或增大，以调整加水量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

优选的，还包括：

第四前馈控制单元，用于建立干燥气体温度与出口含水率的对应表，并根据叶丝出口含水率的目标值确定气体温度的预设值；

所述第四前馈控制单元还用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制气体温度在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻从所述预设值开始逐步减小或增大，以调节叶丝的水分蒸发量。

本发明提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法及系统，通过来料含水率的整体趋势判断，在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，调节混合风门进行减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。解决现有气流式叶丝干燥的出口含水率控制存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次叶丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的具体实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1是本发明提供的一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例的方案，下面结合附图和实施方式对本发明实施例作进一步的详细说明。

针对当前气流式叶丝干燥的叶丝出口含水率控制存在滞后性的问题，本发明提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法及系统，通过来料含水率的整体趋势判断，在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，调节混合风门进行减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。解决现有气流式叶丝干燥的出口含水率控制存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次叶丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

如图1所示，一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法，包括：

S1：获取设定时间段内叶丝来料的平均含水率，并建立一个包括当前时刻在内的来料含水率滑窗。

S2：如果一个滑窗内的所有时刻的来料含水率与所述平均含水率的差值都大于0或小于0，则判断叶丝来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势。

S3：在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制混合风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

具体地，为了区分和识别来料含水率的整体趋势性变化，可采用移动滑窗的方法进行监测。首先，由于来料含水率是不断变化的，设当前时刻为t，为了确定当前来料的状态，可采用近一段时间的前N次采样作为一个滑窗来计算来料平均含水率

其中，x_i表示第i个时刻的来料含水率。随着生产过程的继续，这个滑窗向前滑动，于是下一时刻时的来料平均含水率为

其次，为了识别来料含水率的趋势性变化，可再建立一个包括n次采样的滑窗，同样设当前时刻为t，分别计算包括当前时刻在内的n次采样的来料含水率与其对应的平均含水率的差d^j＝x_j-μ^j；j＝t,t-1,…t-n+1。

为了避免偶然性变化的影响，识别趋势性的来料含水率的变化，可设置过程质量控制判异准则。

该方法通过来料含水率与平均含水率比较，并通过一个滑窗来对来料含水率进行趋势判断，进而根据来料含水率调整叶丝干燥的蒸汽流量，以使叶丝出口含水率得到调整，能使各批次叶丝的出口含水的一致性得到提高，能提高卷烟生产过程质量控制能力。

该方法还包括：

S4：累计混合风门的调整次数，并在所述调整次数达到设定值时将累计调整次数清零；

S5：采集每次混合风门调整后100秒内的出口含水率数据并计算得到第一平均值；

S6：对所述调整次数一个循环内的所述第一平均值进行均值计算，得到第二平均值；

S7：如果所述第二平均值大于第一设定阈值，则将混合风门开度的调整幅度减小。

具体地，混合风门开度值的调整幅度过小会导致控制不及时，调整滞后，幅度过大又容易导致过程振荡，稳定性下降，因此可采用自学习的方法对控制模型的调整幅度进行优化。首先，对混合风门的调整次数进行累计，当调整次数在到设定值时清零，并重新计数。其中，设定值可为10。其次，采集每次混合风门调整后100秒后的叶丝出口含水率数据，并计算其平均值，进而计算10个第一平均值的均值，以得到第二平均值。将第二平均值与设定阈值进行比较，以判断出口含水率是否需要调节。其中，第一设定阈值和第二设定阈值可通过实际生产经验进行设定。需要说明的是，可将混合风门开度的调整幅度先设定每次调整的幅度为1。

进一步，该方法还包括：

S8：如果所述第二平均值小于所述第一设定阈值且大于第二设定阈值，则保持混合风门开度的调整幅度不变；

S9：如果所述第二平均值小于所述第二设定阈值，则将混合风门开度的调整幅度增大。

该方法还包括：

S10：在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制蒸汽阀门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以对叶丝出口含水率进行前馈控制。

在实际应用中，气流式叶丝干燥中需要通入蒸汽进行回潮，以调节干燥气流的湿度要求，而蒸汽施加量可根据来料含水率的趋势变化来调节，在来含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制蒸汽阀门进行减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

该方法还包括：

S11：在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制水泵转速在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小或增大，以调整加水量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

在实际应用中，为避免过度干燥与进行表面回潮，需要进行喷水处理，叶丝干燥中的喷水量也影响叶丝的出口含水率，在来含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，通过控制水泵转速以调节加水量，进而对叶丝出口含水率进行前馈控制。

该方法还包括：

S12：建立干燥气体温度与出口含水率的对应表，并根据叶丝出口含水率的目标值确定气体温度的预设值。

S13：在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制气体温度在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻从所述预设值开始逐步减小或增大，以调节叶丝的水分蒸发量。

在实际应用中，叶丝干燥中的气体温度影响叶丝的水分蒸发量，由于干燥气体温度比较高，一般在200℃以上，有着很高的传质推动力，干燥过程中在叶丝表面同时进行着内部水分向表面的扩散以及表面水分蒸发反复而剧烈的过程，干燥气体1～2℃温度的偏差都能导致出口水分的显著差异。因此，通过建立干燥气体温度与出口含水率的对应表，在来料含水率出现不齿本性增大趋势或减小趋势时，可通过对应表得到预设值，进而从预设值开始逐步减小或增大，以达到调节叶丝的出口含水率。

当然在实际操作中，对气体流量、气体温度、蒸汽流量和加水量的调节，可在其中一个参数进行调节时，其它参数固定，在效果不好时，再进行其它参数的调节。

可见，本发明提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法，通过来料含水率的整体趋势判断，在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，调节混合风门进行减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。解决现有气流式叶丝干燥的出口含水率控制存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次叶丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

相应地，本发明还提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制系统，包括：来料含水率单元，用于获取设定时间段内叶丝来料的平均含水率，并建立一个包括当前时刻在内的来料含水率滑窗。趋势判断单元，用于在一个滑窗内的所有时刻的来料含水率与所述平均含水率的差值都大于0或小于0时，判断叶丝来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势。第一前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制混合风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

该系统还包括：第二前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制排潮风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以对叶丝出口含水率进行前馈控制。

该系统还包括：第三前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制水泵转速在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小或增大，以调整加水量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

该系统还包括：第四前馈控制单元，用于建立干燥气体温度与出口含水率的对应表，并根据叶丝出口含水率的目标值确定气体温度的预设值。所述第四前馈控制单元还用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制气体温度在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻从所述预设值开始逐步减小或增大，以调节叶丝的水分蒸发量。

可见，本发明提供一种气流式叶丝干燥的前馈控制系统，通过来料含水率的整体趋势判断，在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，调节混合风门进行减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制。解决现有气流式叶丝干燥的出口含水率控制存在滞后性，易造成不准确的问题，能提高各批次叶丝的出口含水率的一致性，提升生产过程质量控制能力。

以上依据图示所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，以上所述仅为本发明的较佳实施例，但本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种气流式叶丝干燥的前馈控制方法，其特征在于，包括：

获取设定时间段内叶丝来料的平均含水率，并建立一个包括当前时刻在内的来料含水率滑窗；

如果一个滑窗内的所有时刻的来料含水率与所述平均含水率的差值都大于0或小于0，则判断叶丝来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制混合风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制；

累计混合风门的调整次数，并在所述调整次数达到设定值时将累计调整次数清零；

采集每次混合风门调整后100秒内的出口含水率数据并计算得到第一平均值；

对所述调整次数一个循环内的所述第一平均值进行均值计算，得到第二平均值；

如果所述第二平均值大于第一设定阈值，则将混合风门开度的调整幅度减小；

如果所述第二平均值小于所述第一设定阈值且大于第二设定阈值，则保持混合风门开度的调整幅度不变；

如果所述第二平均值小于所述第二设定阈值，则将混合风门开度的调整幅度增大。

2.根据权利要求1所述的气流式叶丝干燥的前馈控制方法，其特征在于，还包括：

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制蒸汽阀门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以对叶丝出口含水率进行前馈控制。

3.根据权利要求2所述的气流式叶丝干燥的前馈控制方法，其特征在于，还包括：

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制水泵转速在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小或增大，以调整加水量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

4.根据权利要求3所述的气流式叶丝干燥的前馈控制方法，其特征在于，还包括：

建立干燥气体温度与出口含水率的对应表，并根据叶丝出口含水率的目标值确定气体温度的预设值；

在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制气体温度在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻从所述预设值开始逐步减小或增大，以调节叶丝的水分蒸发量。

5.一种气流式叶丝干燥的前馈控制系统，其特征在于，包括：

来料含水率单元，用于获取设定时间段内叶丝来料的平均含水率，并建立一个包括当前时刻在内的来料含水率滑窗；

趋势判断单元，用于在一个滑窗内的所有时刻的来料含水率与所述平均含水率的差值都大于0或小于0时，判断叶丝来料含水率出现了整体性的增大趋势或减小趋势；

第一前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制混合风门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以调节蒸汽流量对叶丝出口含水率进行前馈控制；

所述第一前馈控制单元，还用于累计混合风门的调整次数，并在所述调整次数达到设定值时将累计调整次数清零，采集每次混合风门调整后100秒内的出口含水率数据并计算得到第一平均值，对所述调整次数一个循环内的所述第一平均值进行均值计算，得到第二平均值；在所述第二平均值大于第一设定阈值时，将混合风门开度的调整幅度减小；所述第二平均值小于所述第一设定阈值且大于第二设定阈值时，保持混合风门开度的调整幅度不变；在所述第二平均值小于所述第二设定阈值时，将混合风门开度的调整幅度增大。

6.根据权利要求5所述的气流式叶丝干燥的前馈控制系统，其特征在于，还包括：

第二前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制蒸汽阀门在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小开度或增大开度，以对叶丝出口含水率进行前馈控制。

7.根据权利要求6所述的气流式叶丝干燥的前馈控制系统，其特征在于，还包括：

第三前馈控制单元，用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制水泵转速在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻开始减小或增大，以调整加水量对叶丝出口含水率进行前馈控制。

8.根据权利要求7所述的气流式叶丝干燥的前馈控制系统，其特征在于，还包括：

第四前馈控制单元，用于建立干燥气体温度与出口含水率的对应表，并根据叶丝出口含水率的目标值确定气体温度的预设值；

所述第四前馈控制单元还用于在来料含水率出现整体性的增大趋势或减小趋势时，控制气体温度在滑窗第一个时刻所对应的出口时刻从所述预设值开始逐步减小或增大，以调节叶丝的水分蒸发量。

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