基于MATLAB的薄板烘絲機料頭控制改善方法

摘" 要：薄板烘絲機是煙草行業制絲生產線上配備的關鍵設備之一，主要作用是對切后煙絲進行干燥處理，使煙絲符合工藝要求，通過烘絲后，煙絲的水分、填充率以及卷曲程度等均達到工藝要求狀態，目前在用薄板烘絲機型號為KLD-2烘絲機。薄板烘絲機有較大熱容的大滯后系統，出口煙絲水分含量相對于輸入變量具有較強的非線性和滯后性，又由于入口煙絲水分含量波動、天氣變化等干擾，所以造成在日常生產過程中，烘絲段的料頭調整極為不穩定，影響煙絲整體質量。由于烘絲機內部控制系統無法介入，因此運用更改控制算法的方法無法從根本上改變烘絲滾筒的性能狀態。所以該文僅以日常MES系統所采集的數據的作為樣本，經過MATLAB進行函數擬合，得出一個理論公式，在煙絲生產過程中作為料頭調整時的控制參考，從而提高煙絲水分的合格率。

關鍵詞：薄板烘絲機；函數擬合；MATLAB；煙草行業；制絲

中圖分類號：TS43" " " 文獻標志碼：A" " " " " " " 文章編號：2095-2945（2025）09-0151-05

Abstract： The thin sheet dryer is one of the key equipment equipped on the silk production line in the tobacco industry. Its main function is to dry the cut tobacco so that it meets the process requirements. After drying， the moisture， filling rate and curl of the tobacco have all reached the process requirements. The current model of the thin sheet dryer is KLD-2 tobacco dryer. Thin-plate tobacco dryer has a large hysteresis system with a large heat capacity. The moisture content of outlet tobacco has strong non-linearity and hysteresis relative to the input variable. Due to fluctuations in the moisture content of inlet tobacco， weather changes and other disturbances， the process of daily production is caused. During the process， the adjustment of the head of the drying section is extremely unstable， which affects the overall quality of the tobacco. Since the internal control system of the thread dryer cannot intervene， the performance status of the thread dryer cannot be fundamentally changed by changing the control algorithm. Therefore， this paper only takes the data collected by the daily MES system as a sample， and uses MATLAB to perform function fitting to obtain a theoretical formula， which can be used as a control reference when adjusting the head during the tobacco production process， thereby improving the pass rate of tobacco moisture.

Keywords： thin sheet tobacco dryer; function fitting; MATLAB; tobacco industry; silk making

在卷煙制絲過程中，如果想從一種產品規格的生產快速轉換到另一種產品規格的生產，或者從一種葉組配方模塊的加工快速轉換到另一種葉組配方模塊的加工，制絲生產系統（或線）就必須快速地響應這種變化的需求，快速地組織生產調度、快速地選擇合適加工路線、快速地確定適宜加工方式和快速地改變相應加工參數等。如果沒有現代的物流技術、現代的自動化控制技術、現代的信息化技術和現代的制造技術等在卷煙制絲線上的集成應用，系統的這種快速響應能力是很難實現的。因此柔性制絲是一種集多種現代技術為一體的先進生產方式，具有隨生產任務、加工條件等改變而進行快速調整的能力。

1" KLD-2烘絲機主要技術參數及設備組成

以KLD-2烘絲機為例說明，KLD-2型烘絲機是從德國豪尼公司引進的2個溫度控制區域滾筒式煙絲干燥設備，該設備利用自動檢測手段，提供反饋信息進行自動控制，從而獲得理想的干燥效果。

1.1" 主要技術參數

生產能力為5 000 kg/h；輸入平均含水量為25%；輸出平均含水量為13%；滾筒直徑為1 900 mm；滾筒長度為12 000 mm；傾斜度為5°；額定流量蒸汽消耗量大約為為1 310 kg/h；蒸汽流量最高消耗量為2 600 kg/h；工作蒸汽壓力為8 bar；干燥后出口煙絲溫度為60～80 ℃；驅動電機為4 kW×4；進料口平均流量為7 400 kg/h；出料口平均流量為6 125 kg/h。

1.2" 設備組成

KLD-2烘絲機是采用兩段薄板滾筒式煙絲干燥設備，主要利用設置在筒體內被蒸汽加熱后的壁和片的外表面來加熱煙絲，同時采用熱風進行干燥，從而使干燥后的煙絲水分的精確度和均勻性得到保證。烘絲機根據熱風與煙絲流向不同，分為順流式和逆流式2種，KLD-2型烘絲機為順流式烘絲機，其主要由支架、烘筒、熱風系統、傳動裝置、蒸汽管路系統、壓縮空氣系統、冷凝系統、排潮與除塵裝置和控制系統等組成。結構示意圖如圖1所示。

2" 分析方案設計與改善實施

2.1" 烘絲機系統控制原理簡要分析

開環控制系統的定義：系統的輸出量對系統的控制沒有影響的控制系統，即系統的輸出端與輸入端之間不存在反饋，

在自動控制系統中，如果既有信號正向通路又有反饋通路，構成閉合回路的稱為閉環控制系統，其結構如圖3所示，又可以稱為反饋控制系統。閉環控制系統的定義：系統的輸出量對系統的控制作用有直接影響的控制系統。閉環控制系統是根據系統輸出的變化來進行控制的，即通過系統輸出值與設定值之間的偏差，對系統控制做出調整，以消除偏差、獲得預期的系統性能。

復合控制又稱開環-閉環控制，是同時包含閉環控制和開環控制的控制系統，其結構如圖4所示。復合控制能顯著減小擾動對系統的影響，有利于提高控制精度。

2.2" 料頭控制分析

烘絲過程以筒壁干燥為主，烘絲筒壁溫度的控制對出口煙絲的實際水分有著關鍵的影響。生產狀態下，烘絲筒壁溫度的控制由前饋數學模型與實際水分反饋共同決定。以切絲水分、煙絲流量等一系列參數作為前饋值，建立前饋數學模型；以烘絲出口煙絲的實際水分作為反饋值，建立實際水分反饋。兩者對烘絲筒壁溫度進行PID 控制，使得出口煙絲的實際水分與設定值相一致。但由于在煙絲尚未到達出口水分儀時，烘絲機處于起動狀態，出口處沒有煙絲，無法測量出口煙絲的實際水分，不能構成實際水分反饋，烘絲筒壁溫度的控制完全由前饋數學模型決定，因此前饋數學模型的準確性是決定烘絲料頭控制精度的關鍵。

2.3" 影響煙絲出口水分的因素分析

因素分析見表1。根據表1分析，烘絲機的薄板溫度可以通過調節進入薄板的蒸汽量來調節，因此，在其他因素都無法控制的情況下，只能通過調節進入烘絲機薄板的蒸汽量即桶壁溫度來控制出口煙絲水分。

2.4" 樣本相關數據指標的選取

數據選取來源：A線段薄板烘絲機。由于A線烘絲段生產煙絲牌號較多，不同牌號的煙絲生產技術標準不一，設備參數設定不一，經實際操作A產品在生產過程中控制相對較為理想，設備控制參數平穩，并且樣本數據量穩定，故在此次分析中選取A產品這一牌號進行分析。

由于2019年3月A產品VAS出口水分由12.8上調至13.0故1至3月份的數據指標不采入本次分析。選取數據為MES系統中2019年3月至2019年6月所記錄的所有A產品牌號的生產指標情況。本次數據采樣，選用以下2種方式進行，作為對比分析（表2）。

2.5" 相關函數的確定

影響烘絲機后冷床出料含水率的因素眾多，但在控制過程中，其直接相關因素是切絲含水率以及桶壁溫度，所以在數據選取過程，為避免函數擬合結果線性度較差，函數過于復雜，不便于得出經驗公式的計算，故選取數據指標為1區桶壁溫度，2區桶壁溫度，切絲含水率，冷床出料含水率。

2.5.2" 取樣擬合優度解釋

經多次擬合對比選擇擬合函數類型為多形式逼近（Polynomial），經過比較發現，高級函數擬合度并不高，同時高階函數的函數階數越高容易造成擬合函數振蕩，由于函數過于復雜，不便于后期作為經驗公式來計算，所在函數階數方面選擇1階函數。

3" 結果與分析

根據經驗公式實踐，采取公式進行料頭控制與正常依據操作經驗進行料頭控制的結果對比。

依據正常操作經驗所生產的A產品的筒壁溫度與切絲含水率線性分析，如圖9所示。

4" 結論

本文意在通過數據整合，分析發現烘絲機在日常操作中的一些有規律特質，從而簡化、精確烘絲滾筒的料頭控制環節。通過該理論公式，在已知來料水分的情況，可計算得出烘絲桶壁溫度。在控制料頭的過程中，可提前預知穩態下的烘絲滾筒桶壁溫度，有利于縮短料頭調整時間，減少料頭不合格煙絲，節約成本，同時由于控制的提前，以及生產穩態時間的增加從而達到整體提升烘絲滾筒生產環節的煙絲合格率。

參考文獻：

[1] 葉宏音.薄板烘絲機精準化控制技術研究[J].現代農業科技，2016（4）：45-49.

[2] 陳河祥，洪偉齡.薄板型烘絲機干燥去濕控制方法的改進[C]// 2006年中國煙草學會工業專業委員會煙草工藝學術研討會，2006.

[3] 劉金琨.先進PID控制與MATLAB仿真[M].北京：電子工業出版社，2006：71-73.