葉片加料工序出口含水率控制研究

姚 睿 馮煥芬 唐文堯 向有萬 馮 剛

（貴州中煙工業有限責任公司遵義卷煙廠，遵義 563000）

制絲生產線可分為制葉片段、制葉絲段、制梗絲段及摻配加香段，其中制梗絲及制葉片段都具有加料工序。加料工序出口含水率標準偏差會直接影響后續烘絲工序的來料含水率穩定性[1-4]，間接影響最終成品煙絲的穩定性及合格率。遵義卷煙廠制絲A 線為 5 000 kg·h-1生產線，葉片加料工序使用SJ1201 型葉片加料機，可以通過控制加水執行器調整加水量以平衡出口含水率。當前控制模式下，反饋速度慢，在進入穩態時間前出口含水率會有較大的波動。本文從分析控制思路著手，探求控制對出口含水率的影響，提出優化措施，進而改善出口含水率的穩定性。

1 存在的問題

1.1 現狀調查

加料工序目前對出口含水率標準偏差合格率及優秀率要求分別為低于0.17 和0.11。對2021 年9 月的數據進行統計，結果如表1 所示。

表1 改善前A 線加料機出口含水率標準偏差統計表

從統計結果可以看出：出口含水率的合格率及優秀率都很低，改進空間較大。如圖1 所示，分析出口含水率趨勢圖，發現批次內進入穩態時間所需的時間過長，料頭波動整幅過大，是導致出口含水率標準偏差過低的主要原因。

1.2 控制模型分析

為解決料頭波動問題，對現控制模型（圖2）進行分析，發現加料機出口含水率的控制主要受加水量的控制影響。

加水量的計算主要分為兩個部分，分別為初始加水量（計算加水量）與調節補償加水（PID 控制加水）[5]。初始加水量計算由目標含水率、來料流量和來料含水率計算所得。加料工序前設有定量喂料系統，可保障來料流量的穩定性。在進入加料工序前有混絲工序，可保障來料含水率的穩定性。但是，由于天氣、物料組分及預混處理時間（葉片在貯柜中存放的時長，會直接影響到物料的含水率）的差異，加水量的計算準確性浮動依然較大[6-8]。PID 調節補償水的計算，含水率檢測點距離筒體出口約3 m，實際情況下物料加水后至檢測點通過時間大約需要90 s，因此導致反饋時間過長、料頭含水率較低時，反饋結果與筒體內部物料含水率的情況差異較大，容易導致料頭加水量過大和含水率過沖。

2 模型優化

2.1 加水量轉化系數

在原有的加水量計算公式中，有一個加水量轉化水分常數。但是，由于天氣、物料組分和預混處理時間，加水量轉化效率并不能保證其穩定性。空氣濕度、溫度及生產安排都會對含水率有直接影響[9-11]，而這些影響因素很難量化融入計算公式。于是，將此常數設置為外置可修改的系數，在不同品牌及環境下，操作人員可以預估轉化效率（操作工可以參照最近數據得出較為合理的評估），最大可能降低環境干擾等對初始加水量準確性的影響。

2.2 延后PID 運算接管時間

檢測點與加水區域距離過遠，導致反饋滯后。在進入穩態時間前，出口沒有物料時，含水率檢測為0，但此時PID 已經開始接管計算，導致修正幅度極高，過量加水后出現含水率過沖現象。由于筒體屬于高溫高濕環境，遠遠超出了含水檢測設備的安裝環境溫濕度，無法通過調整含水率檢測點改善問題。

嘗試調試PID 參數，增大積分參數后，過沖情況有所改善，這是因為參數的增大會降低系統的響應速度，所以增大參數后對原本穩態時間的系統性能產生了影響。穩態生產過程中，標準偏差下滑[12]。

從另一個方向考慮，延后PID 運算接管的時間。設置一個PID 進入計算的條件，當到達條件后，PID運算結果才能輸出到執行器。下面嘗試將節點關聯于時間或含水率上。關聯時間時，由于不同品牌的物料密度不同導致物料體積不同，難以控制實際出料時間，效果不理想，而含水率可以有效反映物料通過的實際情況[13]。最終，將節點設置為：當檢測含水率與目標值的差值大于2.4%時，輸出PID 運算結果；起始值為目標含水率與2.4%的差值。修改后的模型，如圖3 所示。優化模型后，統計當月數據，結果如表2 所示。

表2 改善后A 線加料機出口含水率標準偏差統計表

從表2 數據可以看出，優化過后合格率和優秀率均有較大提升，但提升空間依然較大，可能需要對加料工序前工序進行分析，改善來料的流量、含水率和糖料液加料的穩定性。

3 結語

通過調查分析結果可以看出，采用調整初始加水穩定性及PID 輸出時間的方式優化模型，能夠較好地解決加料工序出口含水率料頭過沖等問題。目前，該工作穩定良好，已通過了實際工業生產的考驗。本此優化調試成本低，以對軟件程序的調試優化取代對設備硬件的修改，并合理運用了現有的硬件條件，滿足了工藝需求，有利于保障在制品的過程質量。