降低烘絲出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差探討

史小濤等

摘要：在烘絲過程中，熱風(fēng)溫度不穩(wěn)定會導(dǎo)致出口水分波動(dòng)。為了解決此問題，設(shè)計(jì)了烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度快速跟蹤功能軟件，實(shí)際使用表明，該軟件有效地解決了熱風(fēng)溫度不穩(wěn)定和出口水分波動(dòng)問題。改進(jìn)后，A牌號出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差從0.148降低至0.133；B牌號出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差從0.146降低至0.132，保障了產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：烘絲機(jī)；熱風(fēng)溫度；水分標(biāo)準(zhǔn)；快速跟蹤功能軟件；出口水分波動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TS452 文章編號：1009-2374（2015）25-0066-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.25.033

1 現(xiàn)狀調(diào)查

在烘絲過程中，熱風(fēng)溫度的波動(dòng)會導(dǎo)致出口水分不穩(wěn)定。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，2014年1～3月份烘絲工序A牌號熱風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.167，出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.148；B牌號熱風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.175，出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.146。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出熱風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差較大。

2 原因分析

2.1 SH313C管板式烘絲機(jī)排潮和熱風(fēng)流量控制系統(tǒng)存在線性和非線性區(qū)域

烘絲工序中，煙絲流量、來料水分、筒溫、熱風(fēng)溫度等參數(shù)的綜合設(shè)置至關(guān)重要，如果烘絲工序工藝參數(shù)設(shè)置合理，烘絲機(jī)排潮比例閥開度在線性區(qū)域（在25%～85%范圍）時(shí)，烘絲機(jī)容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制，快速跟蹤。如果參數(shù)設(shè)置不科學(xué)，烘絲機(jī)排潮比例閥開度在非線性區(qū)域（在0%～25%范圍）時(shí)，烘絲機(jī)不容易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。

烘絲機(jī)水分控制主要是兩個(gè)方面：（1）筒溫；（2）熱風(fēng)和排潮風(fēng)量。對烘絲水分進(jìn)行精確控制的是三個(gè)比例閥：（1）熱風(fēng)溫度控制比例閥（按冷熱風(fēng)不同比例進(jìn)入加熱器及冷風(fēng)道，從而調(diào)節(jié)熱風(fēng)溫度）；（2）熱風(fēng)流量比例閥（控制進(jìn)入烘絲機(jī)內(nèi)部熱風(fēng)的流量）；（3）排潮比例閥（從烘絲機(jī)內(nèi)部抽走潮氣，調(diào)節(jié)烘絲水分）。熱風(fēng)流量調(diào)節(jié)比例閥和排潮比例閥采用同步聯(lián)動(dòng)控制模式。PLC接收烘絲機(jī)出口水分儀信號，與設(shè)定值進(jìn)行比較后，發(fā)送控制信號對熱風(fēng)流量調(diào)節(jié)比例閥和排潮比例閥進(jìn)行同步聯(lián)動(dòng)控制，達(dá)到對出口水分進(jìn)行PID閉環(huán)控制。

測試表明，SH313C管板式烘絲機(jī)排潮控制系統(tǒng)和熱風(fēng)流量控制系統(tǒng)存在線性和非線性區(qū)域（見圖1、圖2），烘絲機(jī)排潮比例閥和熱風(fēng)流量比例閥開度在線性區(qū)域（在25%～85%范圍）時(shí)，烘絲機(jī)穩(wěn)定性好，容易實(shí)現(xiàn)對水分和熱風(fēng)溫度穩(wěn)定控制，快速跟蹤功能。

當(dāng)排潮比例閥開度在非線性區(qū)域（在0%～25%范圍）時(shí)，烘絲機(jī)的穩(wěn)定性差，排潮比例閥開度在0%～5%范圍變化時(shí)，風(fēng)速幾乎為零，對出口水分控制作用非常微弱。當(dāng)排潮比例閥開度在5%～10%范圍變化時(shí)，對出口水分控制作用較為緩慢。

當(dāng)排潮比例閥開度在15%～25%范圍變化時(shí)，對出口水分的控制作用劇增，排潮比例閥開度微小變化，就會使出口水分出現(xiàn)劇烈的變化。同樣，SH313C管板式烘絲機(jī)熱風(fēng)流量控制系統(tǒng)也存在非線性區(qū)域，測試表明，烘絲機(jī)排潮比例閥從85%降至25%時(shí)（由于采用同步聯(lián)動(dòng)控制，熱風(fēng)流量比例閥開度也同時(shí)從85%降至25%），熱風(fēng)流量比例閥開度的變化，對熱風(fēng)溫度造成的擾動(dòng)量為0.3℃（熱風(fēng)溫度下降0.3℃），擾動(dòng)率為0.5%。

當(dāng)烘絲機(jī)排潮比例閥開度為50%時(shí)，熱風(fēng)溫度設(shè)定值從100℃降至90℃后，熱風(fēng)溫度控制回路只需4分鐘就能夠達(dá)到設(shè)定值，而且很穩(wěn)定。

測試表明，烘絲機(jī)排潮比例閥從25%降至5%時(shí)（由于采用同步聯(lián)動(dòng)控制，熱風(fēng)流量比例閥開度也同時(shí)從25%降至5%），熱風(fēng)流量比例閥開度的變化，對熱風(fēng)溫度造成的擾動(dòng)量為19.3℃（熱風(fēng)溫度下降19.3℃）。擾動(dòng)率為96.5%，當(dāng)烘絲機(jī)排潮比例閥開度從50%降至11%后，熱風(fēng)溫度控制回路需要26分鐘才達(dá)到設(shè)定值，而且非常不穩(wěn)定。

2.2 A、B牌號烘絲過程中排潮比例閥開度工作在非線性區(qū)域

A、B牌號在烘絲工序中，烘絲排潮比例閥開度在5.6%～13.5%非線性區(qū)域，導(dǎo)致熱風(fēng)溫度不穩(wěn)定，影響了烘絲后煙絲水分的控制精度。統(tǒng)計(jì)2014年2月份數(shù)據(jù)，A、B牌號烘絲機(jī)排潮比例閥平均開度為10.1%。

2.3 熱風(fēng)溫度的波動(dòng)導(dǎo)致出口水分不穩(wěn)定性加劇

通過現(xiàn)場試驗(yàn)，當(dāng)熱風(fēng)溫度波動(dòng)時(shí)，出口水分不穩(wěn)定性明顯加劇；當(dāng)熱風(fēng)溫度平穩(wěn)時(shí)，出口水分穩(wěn)定性提高，烘絲出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差明顯降低。因此，解決熱風(fēng)溫度波動(dòng)問題，就能夠降低出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差。

3 改進(jìn)烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度控制原理

熱風(fēng)溫度快速跟蹤功能控制軟件分別采用智能PID控制技術(shù)、變參數(shù)PID控制方法，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器具有結(jié)構(gòu)簡單、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)，但是對于非線性的復(fù)雜系統(tǒng)，采用常規(guī)的PID控制器較難獲得良好的控制效果，智能PID控制是在常規(guī)PID算法的基礎(chǔ)上，引入專家規(guī)則集及操作者的經(jīng)驗(yàn)值，它不依賴于系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，對系統(tǒng)參數(shù)變化不敏感，具有較強(qiáng)的魯棒性和抗干擾能力，智能PID控制器的核心為知識庫的建立。烘絲排潮比例閥、熱風(fēng)流量比例閥開度在5.6%～13.5%非線性區(qū)域，常規(guī)的PID調(diào)節(jié)器不易使熱風(fēng)溫度穩(wěn)定，影響了烘絲后煙絲水分的控制精度，為了解決此問題，利于操作者收集的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用智能PID控制方法，就能夠縮小熱風(fēng)流量比例閥門的調(diào)節(jié)幅度和調(diào)節(jié)頻次，從而減少熱風(fēng)流量對熱風(fēng)溫度的擾動(dòng)，減少了熱風(fēng)溫度波動(dòng)，降低了出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差。

SH313C管板式烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度具有大滯后的特性，容易出現(xiàn)超調(diào)的問題，一旦出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象，就會產(chǎn)生震蕩，必然延長了調(diào)節(jié)時(shí)間，熱風(fēng)溫度的穩(wěn)定性大幅度下降，為了解決此問題，采用智能PID控制方法，就能夠減少熱風(fēng)溫度比例閥門的超調(diào)量，從而減少了熱風(fēng)溫度波動(dòng)，降低了出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差，烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度智能PID控制原理參見圖3所示：

熱風(fēng)溫度PID控制參數(shù)如果設(shè)定過大，雖然跟蹤速度加快，但是不穩(wěn)定性增加；熱風(fēng)溫度PID控制參數(shù)如果設(shè)定過小，雖然穩(wěn)定性增加，但是跟蹤速度太慢。用一組事先整定的PID參數(shù)實(shí)施控制，難以達(dá)到很好的控制效果，尤其當(dāng)對象參數(shù)變化超過一定的范圍時(shí)，系統(tǒng)性能會明顯變差，甚至超出許可范圍，為了解決此問題，采用變參數(shù)PID控制方法，當(dāng)熱風(fēng)溫度偏差≤設(shè)定值2時(shí)，采用PID參數(shù)1，當(dāng)熱風(fēng)溫度偏差≥設(shè)定值1時(shí)，采用PID參數(shù)3，當(dāng)熱風(fēng)溫度偏差在設(shè)定值1和設(shè)定值2之間時(shí)，采用PID參數(shù)2，從而既保障熱風(fēng)溫度的穩(wěn)定性，又保障熱風(fēng)溫度的快速跟蹤性，減少了熱風(fēng)溫度波動(dòng)，降低了出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差，烘絲機(jī)熱風(fēng)溫度變參數(shù)PID控制原理參見圖4所示：

4 使用效果

新增控制軟件在烘絲機(jī)應(yīng)用后統(tǒng)計(jì)2014年9～11月份數(shù)據(jù)：A牌號熱風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差由1.167降低到0.661，口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差從0.148%降低至0.133%；B牌號熱風(fēng)溫度標(biāo)準(zhǔn)偏差由1.175降低到0.622，出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差從0.146%降低至0.132%，效果明顯。

5 結(jié)語

該項(xiàng)軟件技術(shù)在烘絲機(jī)應(yīng)用后，能夠有效解決熱風(fēng)溫度不穩(wěn)定造成SH313C管板式烘絲機(jī)出口水分波動(dòng)問題，降低了烘絲出口水分標(biāo)準(zhǔn)偏差，有效保障了產(chǎn)品

質(zhì)量。

（責(zé)任編輯：黃銀芳）