煙葉復(fù)烤廠葉片復(fù)烤機(jī)先進(jìn)控制與優(yōu)化系統(tǒng)

1、煙葉復(fù)烤廠葉片復(fù)烤機(jī)先進(jìn)控制與優(yōu)化系統(tǒng)作者： 發(fā)布時(shí)間：2008-02-04 04:06:42 來源：Packsoft 繁體版系統(tǒng)簡(jiǎn)介煙葉復(fù)烤是煙葉從農(nóng)產(chǎn)品轉(zhuǎn)變到工業(yè)生產(chǎn)原料的一個(gè)整理和準(zhǔn)備性的加工過 程，是煙草整體加工中非常重要的環(huán)節(jié)，它是在烤煙生產(chǎn)的基礎(chǔ)上形成的，同時(shí)煙葉復(fù)烤作 為一個(gè)產(chǎn)業(yè)并逐步發(fā)展到規(guī)模化和工業(yè)化，與較大規(guī)模的煙葉商品化和卷煙的工業(yè)化是密不 可分的。煙葉復(fù)烤主要用途是對(duì)打葉分離之后的煙葉片進(jìn)行處理，使葉片的水分、溫度達(dá)到規(guī)定的工藝技術(shù)指標(biāo)。（國內(nèi)某一復(fù)烤企業(yè)為例）煙葉復(fù)烤機(jī)按工藝特點(diǎn)主 要分干燥段、冷卻段和回潮段，煙葉復(fù)烤機(jī)干燥段分五個(gè)區(qū)，冷卻段為一個(gè)區(qū)，回潮段有4 個(gè)區(qū)

2、。目前復(fù)烤機(jī)普遍存在的問題目前復(fù)烤生產(chǎn)線主要采用PLC模塊和單回路儀表等對(duì)復(fù)烤機(jī)的生產(chǎn)進(jìn)行控制，現(xiàn) 場(chǎng)配置了操作站，同時(shí)建立了中央監(jiān)控系統(tǒng)，國內(nèi)多數(shù)復(fù)烤企業(yè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平較高， 但在一些環(huán)節(jié)上仍存在一定的問題：如回潮段煙葉出口水分控制目前處于人工調(diào)節(jié)，產(chǎn)品質(zhì) 量存在一定的波動(dòng)，其控制依賴操作人員的水平高低及熟練程度，出口煙葉水分受操作員工 對(duì)設(shè)備的熟悉程度、操作經(jīng)驗(yàn)的多少、來料情況、設(shè)備工況等因素干擾。因此對(duì)其進(jìn)行研 究改進(jìn)，對(duì)提高產(chǎn)品質(zhì)量，保持產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性及連續(xù)性，提高煙葉加工質(zhì)量水平，具有 較大的經(jīng)濟(jì)效益和品牌效益。與流程行業(yè)其他過程比較，煙葉復(fù)烤過程具有其明顯的特點(diǎn)， 是一個(gè)多干

3、擾、強(qiáng)耦合、大滯后、非線性、不確定的大熱容過程。在生產(chǎn)過程中，始終存在 著具有一定溫度、濕度、壓力、流速的傳熱介質(zhì)（熱氣體）與煙葉在相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中發(fā)生 熱交換作用，從而達(dá)到煙葉的干燥、冷卻、回潮等目的。不同過程的任一區(qū)段溫度、濕度的 變化，都會(huì)影響到其后各區(qū)段參數(shù)的變化和出口煙葉水分含量的變化，這就使建立系統(tǒng)的機(jī) 理模型變得相當(dāng)復(fù)雜。因此復(fù)烤過程出口水分運(yùn)用簡(jiǎn)單的PID控制算法難以達(dá)到閉環(huán)自動(dòng) 控制的目的，更無法保證控制的精度。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：）干擾因素多：入口煙葉的水分、溫度、產(chǎn)地、品種、等級(jí)對(duì)出口水分都有 非常重要的影響；加熱蒸汽和回潮蒸汽的壓力、溫度以及飽和程度直接影響出口煙葉的

4、水分 和溫度；環(huán)境空氣的溫度、濕度對(duì)冷卻階段的煙葉水分和溫度也有較大的間接影響。）測(cè)量儀表存在一定的問題，特別是紅外水分儀精度受外界的影響較大，基 準(zhǔn)值易發(fā)生漂移，冷房水分儀表測(cè)量值受電噪聲的污染，測(cè)量值波動(dòng)頻繁，嚴(yán)重的影響了閉 環(huán)控制的性能。）生產(chǎn)過程特性多變：受前部打葉過程的影響，煙葉進(jìn)料流量、煙葉喂料 機(jī)的速度有時(shí)需要進(jìn)行調(diào)整來滿足生產(chǎn)的連續(xù)，這樣就導(dǎo)致了過程的特性參數(shù)發(fā)生改變；同 時(shí)，煙葉復(fù)烤在高溫、高濕和粉塵等環(huán)境下工作，設(shè)備也會(huì)發(fā)生異常，在這種情況下，操作 人員需要隨時(shí)改變工藝操作，使過程特性具有多樣性，難以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的PID閉環(huán)控制。）水分的控制是一個(gè)大滯后過程：往往在出口水分發(fā)生

5、變化后，再對(duì)其進(jìn) 行控制是不及時(shí)的，造成的直接后果是水分在設(shè)定值上下波動(dòng)，不能穩(wěn)定。以上原因的存在提升了復(fù)烤出口水分控制的難度，運(yùn)用簡(jiǎn)單的PID控制算法進(jìn)行 的閉環(huán)控制甚至不能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，更談不上控制的精度。必須借助先進(jìn)的控制理論和算 法，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行控制才能保證控制的品質(zhì)和精度。PID算法本身的局限性 有很多，不能適用于復(fù)烤機(jī)控制系統(tǒng)，原因如下：具有反向特性的非最小相位系統(tǒng)具有嚴(yán)重頻繁干擾的過程系統(tǒng)多變量強(qiáng)耦合系統(tǒng)帶有約束的控制系統(tǒng)大滯后系統(tǒng)這也是目前無法實(shí)施煙葉出口水分閉環(huán)控制的原因。難點(diǎn)及實(shí)施先進(jìn)控制的基礎(chǔ)由于煙葉復(fù)烤過程的復(fù)雜性，建立嚴(yán)格的機(jī)理模型難度非常大，而一般對(duì)于

6、先進(jìn)控制 來說，不知道被控對(duì)象的模型是無法實(shí)施先進(jìn)控制策略的。因此，模型的建立是實(shí)施先進(jìn)控 制算法的關(guān)鍵所在。模型的精確與否直接影響控制的品質(zhì)。過程特性多變性要求所設(shè)計(jì)的控 制算法具有較強(qiáng)的自適應(yīng)功能，在過程特性發(fā)生變化時(shí)及時(shí)的更改控制策略或控制參數(shù)。水 分測(cè)量的不準(zhǔn)確給控制帶來了極大的困難，在控制方案上必須采用手段對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處 理。系統(tǒng)方案煙葉復(fù)烤出口水分控制系統(tǒng)最終的改造目的是實(shí)現(xiàn)整條生產(chǎn)線的全自動(dòng)控制，正常工況 下，操作人員根據(jù)加工煙葉的品種和等級(jí)選擇一組參數(shù)后，由控制系統(tǒng)實(shí)施復(fù)烤機(jī)出口水分 的自動(dòng)控制，考慮到整個(gè)項(xiàng)目的復(fù)雜性，首先我們針對(duì)目前復(fù)烤機(jī)出口水分控制的難點(diǎn)一 回潮段煙葉出

7、口水分的閉環(huán)控制，在成功實(shí)施回潮段煙葉出口水分控制的基礎(chǔ)上，再逐步實(shí) 施整個(gè)復(fù)烤機(jī)出口水分的全自動(dòng)控制。4. 1總體方案目前煙葉復(fù)烤機(jī)控制系統(tǒng)主要采用PLC模塊、單回路調(diào)節(jié)儀表、現(xiàn)場(chǎng)操作站等，主 要的控制回路通過傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、Profibus DP網(wǎng)絡(luò)、單回路調(diào)節(jié)儀表和變頻器完成， 中央控制室實(shí)施數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，新的出口水分閉環(huán)控制系統(tǒng)將不改動(dòng)和影響原系統(tǒng)，具體 方案如下：1 ）增加一臺(tái)高可靠性工業(yè)計(jì)算機(jī)，安裝在生產(chǎn)裝置現(xiàn)場(chǎng)，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的配 置，以便和原有控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。2）修改原控制系統(tǒng)配置和相關(guān)通訊程序等，加入新增的計(jì)算機(jī)節(jié)點(diǎn)。）將工業(yè)計(jì)算機(jī)接入控制網(wǎng)絡(luò)，采集有關(guān)復(fù)烤機(jī)的過程數(shù)

8、據(jù)。）適當(dāng)修改原PLC程序，確保新老控制系統(tǒng)可互相切換，同時(shí)不影響原控制系統(tǒng)。5）增加的工業(yè)計(jì)算機(jī)不僅可采集和分析有關(guān)復(fù)烤機(jī)過程數(shù)據(jù)，還完成復(fù)烤機(jī)煙葉出 口水分的閉環(huán)控制，有關(guān)控制用數(shù)學(xué)模型也在此建立。6 ）該工業(yè)計(jì)算機(jī)同時(shí)可用于今后熱風(fēng)潤葉筒的水分全自動(dòng)控制，完全在項(xiàng)目的逐步實(shí)施過程中保證硬件投資高效益，同時(shí)以進(jìn)一步提高整個(gè)生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平和提升生產(chǎn) 產(chǎn)品質(zhì)量，為企業(yè)創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益和品牌效益。閉環(huán)控制方案設(shè)計(jì)針對(duì)以上對(duì)復(fù)烤過程的分析，以及我們?cè)趪鴥?nèi)某知名卷煙廠成功應(yīng)用的案例（烘絲 機(jī)水分控制，該案例徹底解決了烘絲機(jī)水分控制的難題）我們認(rèn)為采用模型預(yù)測(cè)控制的.a spx title=先進(jìn)

9、控制style=text-decoration:underline;color:blue”冼進(jìn)控制算 法，可以對(duì)復(fù)烤水分進(jìn)行閉環(huán)優(yōu)化控制，提高控制的精度，減輕操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度及對(duì)操 作人員的依賴，提高復(fù)烤廠的經(jīng)濟(jì)效益。模型預(yù)測(cè)控制誕生于20世紀(jì)70年代，經(jīng)過20多 年的發(fā)展與應(yīng)用，這種控制策略已經(jīng)在復(fù)雜的工業(yè)過程中獲得了廣泛的應(yīng)用。預(yù)測(cè)模型的功 能是根據(jù)對(duì)象的歷史信息和未來的輸入來預(yù)測(cè)其未來的輸出。這里強(qiáng)調(diào)模型的功能而不強(qiáng)調(diào) 其結(jié)構(gòu)形式。滾動(dòng)優(yōu)化與通常的離散最優(yōu)控制算法不同，是在線反復(fù)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算、滾動(dòng)實(shí) 施，從而使模型失配、時(shí)變、干擾等引起的不確定性能及時(shí)得到彌補(bǔ)，提高了系統(tǒng)的控制效 果。

10、5本項(xiàng)目實(shí)施后預(yù)期控制效果及工廠收益實(shí)現(xiàn)回潮出口水分模型預(yù)測(cè)優(yōu)化控制，可以減少現(xiàn)場(chǎng)操作人員的生產(chǎn)強(qiáng)度，降低生 產(chǎn)成本，提高復(fù)烤煙葉質(zhì)量及合格率。這種控制方案對(duì)優(yōu)化復(fù)烤生產(chǎn)過程的產(chǎn)品質(zhì)量，整體 提升工廠的科技水平和競(jìng)爭(zhēng)力有著十分重要的意義。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：降低煙葉水分控制的方差：使煙葉的水分、溫度穩(wěn)定地達(dá)到規(guī)定的工藝技術(shù)指 標(biāo)，提高水分的控制精度，提高煙葉的等級(jí)，減少煙葉原材料的損耗和浪費(fèi)。提高產(chǎn)品質(zhì)量及合格率，極大地減少生產(chǎn)過程出現(xiàn)的水跡煙和返箱。克服人為因素的影響：如果不實(shí)施先進(jìn)控制方案，由于回潮水流量的參數(shù)設(shè)定值都 是操作工憑經(jīng)驗(yàn)給定，而不同的操作工的經(jīng)驗(yàn)、操作熟練程度及責(zé)任心都不

11、同，因此控制效 果因人而異，產(chǎn)品批次質(zhì)量也因人而異，反映在復(fù)烤機(jī)出口處就使煙葉水分值不穩(wěn)定。降低操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度：現(xiàn)在操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度較大，頻繁的更改回潮水流量 的參數(shù)設(shè)定值，如果實(shí)施先進(jìn)控制，則由控制系統(tǒng)自動(dòng)該設(shè)定值由機(jī)器進(jìn)行更改操作人員只 要對(duì)水分進(jìn)行設(shè)定，減輕了操作強(qiáng)度。減少設(shè)備的故障和事故，如果采用人工干預(yù)設(shè)置設(shè)定值參數(shù)，來適應(yīng)外部因素變化， 操作工是很困難的，造成操作幅度大，閥位波動(dòng)大，易出現(xiàn)設(shè)備故障和事故，增加維護(hù)維修 成本。本方案保證工廠可以在較短的時(shí)間內(nèi)回收項(xiàng)目投資，經(jīng)濟(jì)效益顯著。6項(xiàng)目實(shí)施為確保煙葉復(fù)烤出口水分控制系統(tǒng)改造項(xiàng)目的順利實(shí)施，同時(shí)不影響正常的生產(chǎn)和 操作，本項(xiàng)目的實(shí)施將分以下幾個(gè)階段進(jìn)行：第一階段主要是對(duì)復(fù)烤線控制系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，增加工業(yè)控制器，實(shí)施煙葉復(fù)烤過 程數(shù)據(jù)的采集和分