烟叶复烤厂叶片复烤机先进控制与优化系统

1、烟叶复烤厂叶片复烤机先进控制与优化系统作者： 发布时间：2008-02-01 04:06:42 來源：Packsoft 繁体版1. 系统简介烟叶复烤是烟叶从农产品转变到工业生产原料的一个整理和准备性的加工过 程，是烟草整体加工中非常重要的环卩，它是在烤烟生产的基础上形成的，同时烟叶复烤作 为一个产业并逐步发展到规模化和工业化，与较大规模的烟叶商品化和卷烟的工业化是密不 可分的。烟叶复烤主要用途是对打叶分离之后的烟叶片进行处理，使叶片的水分、温度达到规左的工艺技术指标。（国内某一复烤企业为例）烟叶复烤机按工艺特点主 要分干燥段、冷却段和回潮段，烟叶复烤机干燥段分五个区，冷却段为一个区，回潮段有4

2、 个区。2. 目前复烤机普遍存在的问题目前复烤生产线主要采用PLC模块和单回路仪表等对复烤机的生产进行控制，现 场配巻了操作站，同时建立了中央监控系统，国内多数复烤企业生产线的自动化水平较高， 但在一些环节上仍存在一泄的问题：如回潮段烟叶出口水分控制目前处于人工调节，产品质 量存在一立的波动，其控制依赖操作人员的水平髙低及熟练程度，出口烟叶水分受操作员工 对设备的熟悉程度、操作经验的多少、来料情况、设备工况等因素干扰。因此对其进行研 究改进，对提高产品质量，保持产品质量的稳左性及连续性，提高烟叶加工质量水平，具有 较大的经济效益和品牌效益。与流程行业其他过程比较，烟叶复烤过程具有其明显的特点，

3、 是一个多干扰、强耦合、大滞后、非线性、不确左的大热容过程。在生产过程中，始终存在 着具有一立温度、湿度、压力、流速的传热介质（热气体）与烟叶在相对运动过程中发生 热交换作用，从而达到烟叶的干燥、冷却、回潮等目的。不同过程的任一区段温度、湿度的 变化，都会影响到英后各区段参数的变化和出口烟叶水分含捲的变化，这就使建立系统的机 理模型变得相当复杂。因此复烤过程出口水分运用简单的PID控制算法难以达到闭环自动 控制的目的，更无法保证控制的精度。具体表现在以下几个方而：1）干扰因素多：入口烟叶的水分、温度、产地、品种、等级对出口水分都有 非常重要的影响；加热蒸汽和回潮蒸汽的压力、温度以及饱和程度直接

4、影响出口烟叶的水分 和温度；环境空气的温度、湿度对冷却阶段的烟叶水分和温度也有较大的间接影响。2 ）测量仪表存在一泄的问题，特别是红外水分仪精度受外界的影响较大，基 准值易发生漂移，冷房水分仪表测量值受电噪声的污染，测量值波动频繁，严重的影响了闭 环控制的性能。3 ）生产过程特性多变：受前部打叶过程的影响，烟叶进料流量、烟叶喂料 机的速度有时需要进行调整来满足生产的连续，这样就导致了过程的特性参数发生改变；同 时，烟叶复烤在高温、高湿和粉尘等环境下工作，设备也会发生异常，在这种情况下，操作 人员需要随时改变工艺操作，使过程特性具有多样性，难以实现稳立的PID闭环控制。4 ）水分的控制是一个大滞

5、后过程：往往在出口水分发生变化后，再对貝进 行控制是不及时的，造成的直接后果是水分在设立值上下波动，不能稳左。以上原因的存在提升了复烤岀口水分控制的难度，运用简单的PID控制算法进行 的闭环控制甚至不能保证系统的稳左，更谈不上控制的精度。必须借助先进的控制理论和算 法，同时结合实际情况对其进行控制才能保证控制的品质和精度。PID算法本身的局限性 有很多，不能适用于复烤机控制系统，原因如下：具有反向特性的非最小相位系统具有严重频繁干扰的过程系统多变量强耦合系统带有约束的控制系统大滞后系统这也是目前无法实施烟叶出口水分闭环控制的原因。3. 难点及实施先进控制的基础由于烟叶复烤过程的复杂性，建立严格

6、的机理模型难度非常大，而一般对于先进 控制来说，不知道被控对象的模型是无法实施先进控制策略的。因此，模型的建立是实施先 进控制算法的关键所在。模型的精确与否直接影响控制的品质。过程特性多变性要求所设计 的控制算法具有较强的自适应功能，在过程特性发生变化时及时的更改控制策略或控制参 数。水分测疑的不准确给控制带来了极大的困难，在控制方案上必须采用手段对测量数据进 行处理。4. 系统方案烟叶复烤出口水分控制系统最终的改造目的是实现整条生产线的全自动控制，正常工况 下，操作人员根据加工烟叶的品种和等级选择一组参数后，由控制系统实施复烤机出口水分 的自动控制，考虑到整个项目的复杂性，首先我们针对目前复

7、烤机出口水分控制的难点- 回潮段烟叶出口水分的闭环控制，在成功实施回潮段烟叶岀口水分控制的基础上，再逐步实 施整个复烤机出口水分的全自动控制。4. 1总体方案目前烟叶复烤机控制系统主要采用PLC模块、单回路调节仪表、现场操作站等, 主要的控制回路通过传统数据传输系统、Profibus DP网络、单回路调肖仪表和变频器完成, 中央控制室实施数据采集和监控，新的出口水分闭环控制系统将不改动和影响原系统，具体 方案如下：1）增加一台高可靠性工业计算机，安装在生产装置现场，同时进行相应的配 宜，以便和原有控制系统进行数据交换。2 ）修改原控制系统配置和相关通讯程序等，加入新增的计算机肖点。3 ）将工业

8、汁算机接入控制网络，采集有关复烤机的过程数据。4 ）适当修改原PLC程序，确保新老控制系统可互相切换，同时不影响原控制 系统。5）增加的工业计算机不仅可采集和分析有关复烤机过程数据，还完成复烤机烟 叶出口水分的闭环控制，有关控制用数学模型也在此建立。6 ）该工业计算机同时可用于今后热风润叶筒的水分全自动控制，完全在项目 的逐步实施过程中保证硬件投资高效益，同时以进一步提髙整个生产线的自动化水平和提升 生产产品质量，为企业创造更大的经济效益和品牌效益。闭环控制方案设计针对以上对复烤过程的分析，以及我们在国内某知名卷烟厂成功应用的案例（烘 幺幺机水分控制，该案例彻底解决了烘丝机水分控制的难题）我们

9、认为采用模型预测控制的 aspx title 二先进控制style二text - decorat ion： under line; color ： blue先进控制算 法，可以对复烤水分进行闭环优化控制，提髙控制的精度，减轻操作人员的劳动强度及对操 作人员的依赖，提髙复烤厂的经济效益。模型预测控制诞生于20世纪70年代，经过20多 年的发展与应用，这种控制策略已经在复杂的工业过程中获得了广泛的应用。预测模型的功 能是根据对象的历史信息和未来的输入来预测苴未来的输出。这里强调模型的功能而不强调 其结构形式。滚动优化与通常的离散最优控制算法不同，是在线反复进行优化计算、滚动实 施，从而使模型失配、

10、时变、干扰等引起的不确过性能及时得到弥补，提髙了系统的控制效 果。5本项目实施后预期控制效果及工厂收益实现回潮出口水分模型预测优化控制，可以减少现场操作人员的生产强度，降 低生产成本，提髙复烤烟叶质量及合格率。这种控制方案对优化复烤生产过程的产品质量, 整体提升工厂的科技水平和竞争力有着十分重要的意义。具体表现在以下几个方而：降低烟叶水分控制的方差：使烟叶的水分、温度稳定地达到规泄的工艺技术指 标，提髙水分的控制精度，提髙烟叶的等级，减少烟叶原材料的损耗和浪费。提高产品质屋及合格率，极大地减少生产过程岀现的水迹烟和返箱。克服人为因素的影响：如果不实施先进控制方案，由于回潮水流虽的参数设左 值都是操作工凭经验给左，而不同的操作