摘要：为了保证片烟叶复烤机烟叶出口水份的稳定性，对复烤机回潮区水份自控系统进行改进。在现有设备的基础上，建立模型预测控制技术，以实现复烤机在多种干扰情况下回潮区烟叶出口水份的闭环智能控制，提高水份控制精度，确保复烤片烟水份的合格。
关键词：模型预测；复烤机；片烟水份；智能控制
烟叶复烤是打叶复烤加工过程中重要的环节。一批成品片烟的水份稳定性，是评价一条打叶复烤线加工能力的最重要指标之一，也是影响片烟后续醇化的重要条件[1]。烟叶复烤分为干燥、冷却、回潮三道工序处理,其中复烤机的回潮区是复烤工艺过程中极其重要的环节，对烤片机出口水份影响最大。
1.存在问题
目前的复烤生产线在控制环节上仍存在一定的问题：烤片机出口水份控制大多处于人工调节状态，控制精准与否严重依赖操作人员的水平高低及熟练程度，从而导致现场操作人员的劳动强度偏大[2]。不同的操作人员对水份的把握操作存在一定的差异，当出现叶片流量不稳定时，水份波动大差异性更加突出、甚至出现不合格产品，造成原料不必要的返箱和浪费。随着行业快速推进均质化生产发展战略，行业要求成品片烟水份CV值＜2.5%，现有的控制技术已不能很好的适应行业发展需要。
2.回潮区水份控制设计
2.1控制策略
烟叶复烤回潮区水份控制设计，采用使用多策略复合控制的协调，来满足不同时间尺度上的控制需求。包括以下步骤：
在给定出口水份的控制中值和目标控制范围[A1,A2]，如果出口水份的实测值落在低于A1或者高于A2的波动很大的范围内，也就是落在自适应PID中的变积分的上下区间上。即工况出现较大波动(例如由于流量波动大或者来料水份波动大等时，或者，某个被控变量的实时测量或采集的数据与其预先设定的目标值波动范围的目标值Xn之间的偏差是较大值(即△Xn(2))。使用自适应的PID的控制器的I积分将由另一个函数运算输出[3]，将会减小积分时间，快速提升响应速度(即，使得操作变量的变化对被控变量的影响变得足够快速和显著)，粗调操作变量，从而将被控变量的(例如发生偏差的)实时数据(控制到尽可能接近预先设定的目标值Xn。
如果出口水份的实测值落在[A1,A2],范围内，就将自适应PID控制中的积分参数I将是一个固定值，只不过调节速度慢一点，把被控变量的(例如发生偏差的)实时数据(即实时测量或采集数据)控制到尽可能接近预先设定的目标值（控制中值）Xn。
如果烤片机工控进入特殊情况处理时，如启动、断料和故障停机等情况时，采用单独处理模块对突发情况模拟人工进行控制处理[4]。
2.2控制中的前馈和反馈数学模型设计
无论来料状况如何，烟叶在某一点的理论干物质量都是一定的，且不同产地不同等级的烟叶在环境参数一定的条件下，吸湿特性是不同的。只要知道烟叶的吸水效率值，那么前馈和反馈的加水量输出值控制会更精准稳定[5]。
因而可利用烟叶的干物质量和吸水特性来建立数学模型，应用堆栈指针把入口烟叶干物质量传递至冷切段，再通过冷切段的水份计算出要达到设定出口水份所需的理论加水量，完成前馈工作。通过采集烤机出口烟叶的水份进行一个PID回环的补偿运算，完成反馈，就可以达到控制目的。
具体总加水量的数学模型数据结构如下：
烟叶入口干量（MA）＝流量（Q）×（1-入口水份）
MA经堆栈到回潮入口（相当于延时一个时段），取为回潮区烟叶的入口干量（MB）。
回潮入口流量（MV）＝
烤机出口理论流量（MP）＝
总加水量＝MP-MV＝MB（
）
结合烟叶本身的吸湿特性：烟叶实际吸收水量＝总加水量×烟叶吸水效率（水不可能全部被烟叶吸收，存在一定的利用率）
但是烟叶的吸水效率随着环境的变化而变化，如在回潮区内会受到烟叶周围温度、风力等因素等影响，不太可能测出一个准确值。
所以引入加水系数：加水系数= 
通过冷房水份、出口水份预定值和实际出口水份的值采集，再利用烤机出口水份反馈的PID进行调节，把加水系数作为外环调节的输出值，这样就能使加水系数逼近真实的值，实时跟踪实际烟叶吸水效率值。
E＝出口水份设定值-出口水份实际值（出口水份仪）
加水系数＝P（E）＋
（注：TA 为采样周期，TI为积分时间，TD为微分时间，入口水份和入口流量都是指同时间的瞬时值。）
图1 烟叶复烤机回潮区潮房水份控制原理图
3.应用效果
烟叶复烤机回潮区通过干物质量恒定和不同类型的烟叶在回潮区的吸湿效率是不同的，建立的预测模型控制，提升了回潮区预测模型的准确性，控制系统投用后取得较好的效果。智能控制系统投用后，成品装箱出口含水率的变异系数从2.81降低到2.16，满足行业要求，产品质量有了较大提高。
参考文献
[1]陈颀 张云生 张钟录 张果 烟叶复烤机智能控制系统 昆明理工大学学报 2001, 26(3):106-109
[2]孔留艳. 复烤机模糊控制系统的研究[D]. 重庆大学:2003.
[3]广东中烟工业有限责任公司. 一种基于预测PI 算法控制系统的烟叶复烤机水份控制方法:中国, CN201210582611.2 [P]. 2013-04-24.
[4]谢晓斌,李敏,李庆连,罗海燕,任正云. 双重控制算法在复烤回潮生产线的应用烟草科技，2013,(10):17-20
[5]胡发运,陈磊. 叶片复烤机回潮控制的改进.自动化应用. 2013.(4):63-65
论文作者:李瑞东,黄文勇,朱毓航,李金伟
论文发表刊物:《电力设备》2018年第1期
论文发表时间:2018/6/6
标签：烟叶论文; 水份论文; 水量论文; 目标值论文; 系数论文; 变量论文; 加水论文; 《电力设备》2018年第1期论文;