基于多出口水分检测的叶丝回潮机加水控制方法

技术领域

本发明涉及卷烟制造领域，尤其涉及一种基于多出口水分检测的叶丝回潮机加水控制方法。

背景技术

叶丝回潮机(RC-80)是干冰膨胀线一道重要工序，其工艺任务是将膨胀后的烟丝降湿回潮到特定水分，以保证烟丝的内在质量及提高烟丝的耐加工性。在实际生产过程中，该叶丝回潮入口烟丝造碎量大、粘丝和湿团量多，影响了烟丝的出口水分定性。同时，由于固定式的加水控制方式也限制了其出口水分控制的稳定性。

行业内常见的叶丝回潮机(RC-80)筒体内部采用分三个加水区域独立加水的控制方式。而普遍的原厂电控方法为采用一区、二区、三区独立的三个单闭环反馈PID进行控制。其中一区、二区为人工设定固定水流量加水，三区采用叶丝回潮机出口水分反馈修正加水流量的方式，即原厂电控简述为一区、二区人工定值加水，三区出口水分反馈PID调节加水。

基于RC-80叶丝回潮机设备原理以及结合烟草物料的物理特性，易得出原厂电控加水控制回路存在控制滞后、容易出现震荡频繁等问题，需要将叶丝回潮机出口水分控制更多地与前端、后端工序的其他技术指标相关联，并与预判性的、趋势性的描述指标进行关联控制，以抑制原厂控制方法滞后、容易出现震荡频繁等问题。

发明内容

鉴于上述，本发明旨在提供一种基于多出口水分检测的叶丝回潮机加水控制方法，以解决前述提及的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供了一种基于多出口水分检测的叶丝回潮机加水控制方法，其中包括：

在进入稳定生产阶段后，按预设的控制周期分别获取三个出口水分检测值各自的均值；三个出口水分检测位置按出口物料输送方向依此间隔设置；

当三个出口水分检测值各自的均值均符合既定的出口水分阈值时，三个加水区保持原始的独立PID及原始的控制策略进行加水控制；

当三个出口水分检测值中，仅一个检测值的均值或仅两个检测值的均值，不符合对应的所述出口水分阈值时，三个加水区保持原始的独立PID进行加水控制，并采用对应的一个或两个出口水分偏差值对一个或两个由人工设定的加水区的加水量设定值进行第一反馈修正；

当三个出口水分检测值的均值皆不符合对应的所述出口水分阈值时，三个出口水分检测值同时参与对两个由人工设定的加水区的加水量设定值进行第二反馈修正。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述第一反馈修正包括：

人工设定的加水区PID的加水量设定值＝该区加水流量的上一周期设定值+反馈修正量；

所述反馈修正量＝(当前不符合阈值的出口水分检测值-预设的出口水分标准值)×预设的反馈系数。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述第二反馈修正包括：

当三个出口水分检测值均值不符合阈值的情况属于非统一状态时，分别利用三个出口水分偏差与当前入口水分偏差结合得到第一反馈修正量；以及，分别利用两个不符合阈值状况相同的出口水分偏差与当前入口水分偏差结合得到第二反馈修正量；

基于第一反馈修正量以及第二反馈修正量，分别对人工设定的两个加水区的加水量设定值进行修正。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述第二反馈修正包括：

当三个出口水分检测值均值不符合阈值的情况属于统一状态时，分别利用三个出口水分偏差与三个第一权重结合得到第一反馈修正量；以及，分别利用两个出口水分偏差与两个第二权重结合得到第二反馈修正量；

基于第一反馈修正量以及第二反馈修正量，分别对人工设定的两个加水区的加水量设定值进行修正。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述第一权重包含三个权值，分别对应表征三个出口水分检测值在控制系统中参与水分反馈控制的重要性，且三个权值相加为1；

所述第二权重包含两个个权值，分别对应表征两个出口水分检测值在控制系统中参与水分反馈控制的重要性，且两个权值相加为1。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述出口水分阈值由预设的出口水分标准值以及预设的阈值调节量结合得到。

在其中至少一种可能的实现方式中，所述控制方法还包括：在生产初始阶段，三个加水分区采用原始的独立PID及原始的控制策略进行控制。

本发明的主要设计构思在于，基于叶丝回潮机设备原理以及结合烟草物料的物理特性，引入出口端依输送方向设置的三个水分检测值，根据出口端设置的三个水分检测值的数据变化情况进行对应性的精细控制，具体是对三个出口水分检测点设置相应的阈值范围，并分多种情形进行逻辑判断与复杂规则的控制，深度结合筒内物料总加水量与期望值的偏离程度以及水分变化趋势性的变化情况，以较少的计算资源拟生出高度近似的烟草筒体出口物料加水量的修正方法。本发明将叶丝回潮机出口水分控制更多地与前、后端工序的技术指标相关联，分多种情形进行PID调控，以抑制原厂控制方法滞后、容易出现震荡频繁等问题。

进一步地，本发明将三个出口水分的偏差情况与加水量进行一次斜率关联与叠加，并以权重的形式进行选择性修正，有效实现了三区加水量步进式的精确修正，既能保证了不乱变的效果，又实现了及时变的效果，同时也极大程度地减少了三区加水之间交互作用的影响，综合起来保证了出口物料水分控制的鲁棒性、稳定性。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明实施例提供的基于多出口水分检测的叶丝回潮机加水控制方法的流程图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提出了一种基于多出口水分检测的叶丝回潮机加水控制方法的实施例，具体来说，如图1所示，其中包括：

步骤S1、在进入稳定生产阶段后，按预设的控制周期分别获取三个出口水分检测值各自的均值；三个出口水分检测位置按出口物料输送方向依此间隔设置；

步骤S2、当三个出口水分检测值各自的均值均符合既定的出口水分阈值时，三个加水区保持原始的独立PID及原始的控制策略进行加水控制；

步骤S3、当三个出口水分检测值中，仅一个检测值的均值或仅两个检测值的均值，不符合对应的所述出口水分阈值时，三个加水区保持原始的独立PID进行加水控制，并采用对应的一个或两个出口水分偏差值对一个或两个由人工设定的加水区的加水量设定值进行第一反馈修正；

步骤S4、当三个出口水分检测值的均值皆不符合对应的所述出口水分阈值时，三个出口水分检测值同时参与对两个由人工设定的加水区的加水量设定值进行第二反馈修正。

进一步地，所述第一反馈修正包括：

人工设定的加水区PID的加水量设定值＝该区加水流量的上一周期设定值+反馈修正量；

所述反馈修正量＝(当前不符合阈值的出口水分检测值-预设的出口水分标准值)×反馈系数。

进一步地，所述第二反馈修正包括：

当三个出口水分检测值均值不符合阈值的情况属于非统一状态时(其中有一个处于阈值以上，两个处于阈值以下；或者其中有两个处于阈值以上，一个处于阈值以下)，分别利用三个出口水分偏差与当前入口水分偏差结合得到第一反馈修正量；以及，分别利用两个不符合阈值状况相同的出口水分偏差与当前入口水分偏差结合得到第二反馈修正量；

基于第一反馈修正量以及第二反馈修正量，分别对人工设定的两个加水区的加水量设定值进行修正。

进一步地，所述第二反馈修正包括：

当三个出口水分检测值均值不符合阈值的情况属于统一状态时(三者均处于阈值以上，或者三者均处于阈值以下)，分别利用三个出口水分偏差与三个第一权重结合得到第一反馈修正量；以及，分别利用两个出口水分偏差与两个第二权重结合得到第二反馈修正量；

基于第一反馈修正量以及第二反馈修正量，分别对人工设定的两个加水区的加水量设定值进行修正。

基于此，所述第一权重包含三个权值，分别对应表征三个出口水分检测值在控制系统中参与水分反馈控制的重要性，且三个权值相加为1；

所述第二权重包含两个个权值，分别对应表征两个出口水分检测值在控制系统中参与水分反馈控制的重要性，且两个权值相加为1。

进一步地，所述出口水分阈值由预设的出口水分标准值以及预设的阈值调节量结合得到。

最后还可以补充的是，所述方法还包括：在生产初始阶段，三个加水分区采用原始的独立PID及原始的控制策略进行控制。

结合上述各个实施例，提供下述实例化的说明：

(一)前置条件

在RC-80出口端设置三个水分检测的仪表，分别定义为出口水分检测1、出口水分检测2、出口水分检测3。三者之间设置的间隔保持10米以上，三个出口水分检测仪表之间可设置多个水平输送、风选等非破坏原有物料水分的装置，其中出口水分检测1为原厂存在并固有安装的，位于RC-80筒体输出的第一条输送装置上的仪表；同时，RC-80入口端设置一个水分检测的仪表，为原厂存在并固有安装的，位于RC-80筒体入口的输送装置上的仪表，定义为入口水分检测。

设N秒为检测周期，计算N秒内三个出口水分检测值的均值，并分别定义为出口水分1、出口水分2、出口水分3；计算N秒内入口水分检测值的均值，且定义为入口水分。需指出三个出口水分检测并不对应于三个加水区，仅是为了对原两个人工加水设定区进行修正参考，且基于三个出口水分检测布置位置相对出口处的远近距离关系，在实际操作中，可从三个出口水分检测点选择更具关联的出口水分检测值参与人工加水量SP值的修正，此外，三个加水区，一般而言也是按序排布的，且通常靠近入口的为人工参与设定的加水一区、中间是人工参与设定的加水二区、靠近出口的则是基于最接近出口处的水分检测点进行反馈调节的加水三区，下文中提及的出口水分1即为最接近出口处的水分检测点。

(二)实例中取值如下：

检测周期N＝20秒，第一阈值调节量fa1＝0.1、第二阈值调节量fa2＝0.1、第三阈值调节量fa3＝0.08、第四阈值调节量fa4＝0.08、第五阈值调节量fa5＝0.08、第六阈值调节量fa6＝0.08；

第一反馈系数k1＝3.53、第二反馈系数k2＝3.16、第三反馈系数k3＝3.06、第四反馈系数k4＝2.75；

设参数a、b、c分别为出口水分1、出口水分2、出口水分3在控制系统中参与水分反馈控制的重要性权重系数，满足0＜a＜1，0＜b＜1，0＜c＜1，且a+b+c＝1；

参数x、y分别为出口水分1、出口水分2在控制系统中参与水分反馈控制的重要性权重系数。满足0＜x＜1，0＜y＜1，且x+y＝1；

a＝0.5、b＝0.3、c＝0.2、x＝0.6、y＝0.4。

设出口水分1标准值＝12.6％H

根据上述取值得出：

出口水分1阈值区间为12.5％H

出口水分2阈值区间为12.47％H

出口水分3阈值区间为12.27％H

且，三区超过阈值的条件关系：

出口水分1＜出口水分1标准值-阈值'fa2或者出口水分1>出口水分1标准值+阈值fa1；

出口水分2＜出口水分2标准值-阈值'fa4或者出口水分2>出口水分2标准值+阈值fa3；

出口水分3＜出口水分3标准值-阈值'fa6或者出口水分3>出口水分3标准值+阈值'fa5。

(三)实例

初始：

当设备刚刚进入生产阶段时，此时RC-80出口还未有物料产出，即为三个出口水分均未有检测数值时，此阶段控制方法采用设备原有的原厂控制方法，即，延用一区、二区、三区独立的三个单闭环反馈PID进行控制，其中一区、二区为人工设定固定水流量加水(或根据设备固定加水流量参数设定)，三区采用RC-80出口水分检测1反馈修正加水流量的方式，即原厂电控简述为一区、二区人工定值加水，三区出口水分1反馈PID调节加水。

范例1：

在进入生产阶段并持续运行一段时间，当RC-80出口有稳定物料产出时，即三个出口水分均有稳定的检测数值时，在控制周期20秒内得到出口水分1、出口水分2、出口水分3均值分别为12.63％H

出口水分1标准值-阈值-fa2＜出口水分1＝12.63＜出口水分1标准值+阈值fa1;

且出口水分2标准值-阈值fa4＜出口水分2＝12.58＜出口水分2标准值+阈值fa3；

且出口水分3标准值-阈值fa6＜出口水分3＝12.38＜出口水分3标准值+阈值fa5。

此时，三个分区延用原始的独立PID进行控制，其中一区、二区PID模块的加水量SP值保持不变，即一区、二区的加水流量保持不变，数学表达式为：

一区人工加水流量＝一区加水流量上一周期设定值；

二区人工加水流量＝二区加水流量上一周期设定值；

三区依然延用RC-80出口水分检测1(原厂固有出口水分检测仪表)反馈修正加水流量的方式。

范例2：

当RC-80出口有稳定物料产出时，20秒内出口水分1、出口水分2、出口水分3均值分别为12.77％H

出口水分1＝12.77>出口水分1标准值+阈值fa1；(超过阈值)

且出口水分2标准值-阈值fa4＜出口水分2＝12.60＜出口水分2标准值+阈值fa3；

且出口水分3标准值-阈值fa6＜出口水分3＝12.40＜出口水分3标准值+阈值f

此时，三个分区延用原独立PID进行控制，且其中一区采用出口水分偏差值进行反馈修正。该实例中，一区反馈修正量表达式为：

反馈修正量＝-(出口水分1-出口水分1标准值)*k1＝-(12.77-12.6)*3.53＝-0.6001

基于上述表达，一区PID模块的加水量SP值数学表达式为：

一区PID模块的SP值＝一区加水流量上一周期设定值+反馈修正量＝一区加水流量上一周期设定值-0.6001

二区PID模块的加水量SP值保持不变，即二区的加水流量保持不变，数学表达式为：

二区人工加水流量＝二区加水流量上一周期设定值；

三区依然延用RC-80出口水分检测1反馈修正加水流量的方式。

范例3：

当RC-80出口有稳定物料产出时，20秒内出口水分1、出口水分2、出口水分3均值分别为12.77％H

出口水分1＝12.77>出口水分1标准值+阈值fa1；(超过阈值)

且出口水分2＝12.71>出口水分2标准值+阈值fa3；(超过阈值)

且且出口水分3标准值-阈值fa6＜出口水分3＝12.40＜出口水分3标准值+阈值fa5。

此时，三个分区延用独立PID进行控制，且其中一区、二区分别采用出口水分偏差值进行反馈修正。较佳地，一区PID模块SP值的修正首选出口水分1进行修正，如果出口水分1未超出阈值，则选择出口水分2进行修正。二区PID模块SP值的修正首选出口水分3进行修正，如果出口水分3未超出阈值，则选择出口水分2进行修正。

一区反馈修正量f1表达式为：

反馈修正量f1＝-(出口水分1-出口水分1标准值)*k1＝-(12.77-12.6)*3.53＝-0.6001

基于上述表达，一区PID模块的加水量SP值数学表达式为：

一区P1D模块的SP值＝一区加水流量上一周期设定值+反馈修正量f1＝一区加水流量上一周期设定值-0.6001

二区反馈修正量f2表达式为：

反馈修正量f2＝-(出口水分2-出口水分2标准值)*k2＝-(12.71-12.55)*3.16＝-0.5056.、

基于上述表达，二区PID模块的SP值数学表达式为：

二区P1D模块的SP值＝二区加水流量上一周期设定值+反馈修正量f2＝二区加水流量上一周期设定值-0.5056

三区依然延用RC-80出口水分检测1反馈修正加水流量的方式。

范例4：

当RC-80出口有稳定物料产出时，20秒内出口水分1、出口水分2、出口水分3均值分别为12.77％H

出口水分1＝12.77>出口水分1标准值+阈值fa1；(超过阈值，且处于阈值以上)

出口水分2＝12.71>出口水分2标准值+阈值'fa3；(超过阈值，且处于阈值以上)

出口水分3＝12.23＜出口水分3标准值-阈值'fa6。(超过阈值，且处于阈值以下)

这个情况，出口水分检测1、出口水分检测2、出口水分检测3三值同时参与反馈修正，其中一区反馈修正量f3表达式为：

一区PID模块的SP值数学表达式为：

其中二区反馈修正量f4表达式为：

二区PID模块的SP值数学表达式为：

三区依然延用RC-80出口水分检测1反馈修正加水流量的方式。

范例5：

当RC-80出口有稳定物料产出时，20秒内出口水分1、出口水分2、出口水分3均值分别为12.77％H

出口水分1＝12.77>出口水分1标准值+阈值fa1；(超过阈值，且处于阈值以上)

出口水分2＝12.71>出口水分2标准值+阈值fa3；(超过阈值，且处于阈值以上)

出口水分3＝12.45>出口水分3标准值+阈值fa5。(超过阈值，且处于阈值以上)

这个情况，出口水分检测1、出口水分检测2、出口水分检测3三值同时参与反馈修正，其中一区反馈修正量f5表达式为：

一区PID模块的SP值数学表达式为：

其中二区反馈修正量f6表达式为：

反馈修正量f6＝-((出口水分1-出口水分1标准值)*k1*x+(出口水分2-出口水分2标准值)*k2*y)

＝-((12.77-12.6)*3.53*0.6+(12.71-12.55)*3.16*0.4)

＝--0.5622

二区PID模块的SP值数学表达式为：

二区加水ID设j定值＝二区人加水流量设定值+反馈修正量f6＝二区人工加水流量设j定值-((出口水分1-出口水分标准值)*k1*x+(出口水分2-出口水分2标准值)*k2*y＝二区人工加水流量舍设定值-0.5622

三区依然延用RC-80出口水分检测1反馈修正加水流量的方式。

综上所述，本发明的主要设计构思在于，基于叶丝回潮机设备原理以及结合烟草物料的物理特性，引入出口端依输送方向设置的三个水分检测值，根据出口端设置的三个水分检测值的数据变化情况进行对应性的精细控制，具体是对三个出口水分检测点设置相应的阈值范围，并分多种情形进行逻辑判断与复杂规则的控制，深度结合筒内物料总加水量与期望值的偏离程度以及水分变化趋势性的变化情况，以较少的计算资源拟生出高度近似的烟草筒体出口物料加水量的修正方法。本发明将叶丝回潮机出口水分控制更多地与前、后端工序的技术指标相关联，分多种情形进行PID调控，以抑制原厂控制方法滞后、容易出现震荡频繁等问题。

本发明实施例中，“至少一个”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。口和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示单独存在A、同时存在A和B、单独存在B的情况。其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项”及其类似表达，是指的这些项中的任意组合，包括单项或复数项的任意组合。例如，a，b和c中的至少一项可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，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。