淺談松散回潮出口水分控制

2015-12-28 12:08:12張廣標

中國設備工程 2015年10期

張廣標

（山東中煙工業有限責任公司滕州卷煙廠，山東滕州 277500）

淺談松散回潮出口水分控制

張廣標

（山東中煙工業有限責任公司滕州卷煙廠，山東滕州 277500）

松散回潮作為制絲過程主要加工工序，其出口水分是影響后續工序產品質量的關鍵質量指標。簡要分析了幾種傳統控制技術，并介紹了滕州卷煙廠在該環節相對新穎的控制手段及取得的成效。

松散回潮；自動控制；出口水分

松散回潮作為煙廠制絲線影響煙葉感官特性的首道加工工序，其加工精度對后續各工序工藝指標有著直接的影響。松散回潮的工藝任務是將切片后的煙塊進行進一步的松散，通過加溫、加水，使煙葉松軟，提高片煙的韌性和耐加工性，為后續加工奠定基礎。

松散回潮出口水分是該工序重要工藝指標，但由于不同等級片煙吸水能力不同、來料流量有波動、測量滯后性、環境溫濕度等因素的影響，出口水分過程能力（CPK值）相對其他工藝指標偏低，嚴重影響了工序加工質量。因此提高松散回潮出口水分穩定性，實現精益生產、準確控制備受廠家關注。

一、傳統控制方法

目前，在行業內針對松散回潮出口水分有兩種傳統控制方式：開環控制和閉環控制。

1.開環控制

開環控制，即出口水分檢測結果不反饋回來影響當前控制過程。在實際操作中，通常預設一定量的入口水分，由操作工根據生產牌號的加水比例要求和物料總量計算出相應加水總量，并根據物料設定流量，從而得出一個恒定的加水量。

由于開環控制主要依靠操作工自身經驗進行加水量調節，盡管很好地控制了加水總量，但很難保證加水過程的均勻性，出口水分波動較大。

2.閉環控制

閉環控制，即將出口水分檢測結果反饋回來與設定值比較，并根據其誤差調整加水量的控制方式。傳統的閉環控制有多種，行業中較為常見的兩種控制方式為簡單PID閉環控制和串級控制。

（1）簡單PID閉環控制

簡單PID閉環控制，同樣是預設一定量的入口水分，但與開環控制不同的是，其根據出口水分檢測結果和設定值之間的偏差調節氣動薄膜閥開度，從而調節加水量的多少。

簡單PID閉環控制方式雖然能夠根據出口水分的實時變化自動調節加水量，參與出口水分的控制，但是由于加水噴頭位置與出口水分檢測位置存在一定距離，控制響應時間滯后，控制效果不甚理想。

（2）串級控制

部分廠家根據生產狀況，結合簡單PID閉環控制的優缺點，采取串級控制出口水分，即在原有前室加水的基礎上，滾筒后室增加一個噴頭，實施后室補償加水。此時，松散回潮加水系統的泵變頻器和氣動薄膜閥分別作為主、副兩個被控對象串聯使用。

在該加水系統中主控制器的輸出作為副控制器的設定，副控制器的輸出控制氣動薄膜閥的開度，使出口水分能夠保證在一個穩定的范圍內，如圖1所示。

圖1 出口水分串級控制方塊圖

采用串級控制出口水分，其過程能力（CPK）通常能夠大于0.8，但往往達不到1，此種方式相對簡單PID控制效果有一定的改善。但是由于受到物料進入滾筒后松散的位置和程度難以控制，來料流量波動相對較大，同牌號不同等級煙葉吸水程度不同等因素的干擾，采用串級控制方式控制出口水分很難達到系統平衡。鑒于干擾量較多，目前許多廠家根據自身生產狀況對出口水分控制方式進行了優化改進。

二、預測控制

1.加水模式

開環控制能夠保證加水總量，不存在滯后性；閉環控制能夠跟蹤出口水分，并進行實時調節，將兩種控制方式融合，并淡化出口水分的實時變化影響，就形成新的控制方式：在入口水分變化時，適時對前室加水量進行微調，這樣就能減少后室加水的滯后調節，使系統能夠迅速響應外部條件的變化。也就是說，當來料含水量變化時，PLC程序會根據來料水分預測性微調加水量，當預測控制效果較差時，人工可以選擇性的根據生產經驗干預前室加水量，從而形成預測控制。

2.算法改進

在預測控制中需要針對牌號等級變化、工藝環境變化以及其他方面的影響因素設定修正系數。

以我車間現運行松散回潮工序為例，加水系數和入口水分之間的關系為（切片后煙塊含水率通常為12%～14%，）：

當入口水分低于12%，持續時間大于10s時，當入口水分高于12%，持續時間大于10s時，

式（1）、（2）中：

V——加水系數理論值；

Vpv——加水系數實際值；

Wl——入口水分下限值，通常依據工藝標準設

定為12%；

Wh——入口水分上限值，通常依據工藝標準設

定為14%；

K——加水系數修正值，在生產中K值可以進行手動修改。

將公式（1）、（2）寫入PLC程序中，由PLC根據入口水分波動和加水系數理論值計算出前室加水量流量，形成前室加水跟隨入口水分變化自動預測調節；后室二級加水補償調節。由于前室已經預測、跟蹤入口變化，后室加水流量相對穩定，系統滯后性相對較小。同時，為減少波動，設置人工調節優先（每次調節持續60s后轉為自動控制），最大程度上減少人工操作失誤導致的波動和誤差。其中加水系數修正值K需要反復摸索，多次修改，才能得到最佳值。