松散润叶机出口温度控制研究和改进

杨志强，张序海，王丁，罗春晓，曾敏东

摘要：为解决松散润叶机出口温度的控制缺陷，通过对温度控制原理调查，发现温度的阶段控制分为蒸汽阀门预设值阶段和蒸汽阀门PID控制阶段，通过对这两个阶段的控制分析后，采取三种方法进行改善。其一，采用新增出口铂电阻反馈控制；其二，新增预设蒸汽阀门开度值；其三，把出口温度值与设定温度值之差作为转换条件来改进控制方式。最终实现松散润叶出口温度合格率改进。

关键词：松散润叶；出口温度；蒸汽阀门；PID控制；铂电阻

1 立项原因

松散润叶机是制丝生产线主要的生产设备，其主要功能是对烟片进行加温、加湿、对烟叶进行松散，主要的生产工艺指标包括出料水分、筒体热风温度、烟叶松散度、烟叶出口物料温度等。其中烟叶出口物料温度在控制上存在缺陷，同时作为考核指标，其出口物料温度合格率低，因此急需要在该指标上得到改善。

2 现状调查

对松散润叶机的温度控制原理调查，发现温度控制分为：蒸汽阀门预设值控制阶段和蒸汽阀门PID控制阶段。蒸汽阀门预设值控制阶段：生产初期，根据蒸汽预设值阀门开度，向桶内喷射蒸汽的控制过程，由上位机参数设定，直接写入饱和蒸汽阀门CV 值，控制阀门初始开度。蒸汽阀门PID控制阶段：按照温度设定值，和热风温度传感器测得的实际温度值进行比较，根据差值对蒸汽阀门开度进行调整，达到温度控制要求。在实际生产中，先采用蒸汽阀门预设值控制，再使用蒸汽阀门PID控制，通过程序设定的延时时间进行切换。

鉴于当前的现状，通过人机料法环测的分析方式，从众多可能影响该指标的因素中逐一甄别，最终得到了以下三个方面的重要指标。

（1）每日第一批次生产时，因筒体体积大，筒温上升缓慢，没有进行足够的筒体预热，导致筒体温度传感器显示值达到工艺要求时，筒体内部温度实际值并没有和温度传感器测量值完全一致，此时筒体温度低于热风温度，需要随生产时间增长，缓慢的趋于一致。

（2）不同牌号的烟叶结构不同，原材料也不一样，生产时所需要的温度设定值也相应不同，而当前蒸汽阀门预设值却始终保持不变，造成筒体出口温度过低或者过高，影响产品质量 [1]。

（3）生产开始时，蒸汽阀门预设开度的控制方式来调节筒体温度，其后，整个批次烟叶的生产都是热风温度PID反馈控制，而出口铂电阻只是检测出口温度值，并不参与筒温的控制，导致在生产的尾料阶段时，出口铂电阻温度值偏高却不能对蒸汽阀门自动调节，进而造成工艺质量不达标，影响整体的产品质量。

3 对策制定

针对前文的三个影响出口温度的因素，攻关小组综合因素的组成和改进方向的可行性方案，最终确定了三个对应的策略。

（1）新增出口铂电阻反馈控制

在松散润叶筒的控制程序内找到铂电阻反馈信号和热风温度反馈信号，把原控制程序内使用热风温度反馈值参与筒体温度控制标签更换为铂电阻反馈信号标签，就可以实现出口铂电阻反馈控制取代热风温度反馈控制的作用[2]。同时，出口铂电阻温度围绕温度设定值进行PID控制，可以提高过程控制的精度。

（2）出口温度与设定温度的差值作为转换条件的控制改进

蒸汽阀门预设值控制阶段和蒸汽阀门PID 控制阶段的转换，由生产开始后的延时时间控制，更改为筒体出口温度和该牌号烟叶生产所需要的设定值之差来控制[3]。因出口铂电阻的温度值可以直接在控制程序内采集，且根据出口温度实际情况，快速、准确转换成出口温度PID控制，可以消除环境变化带来的温度波动，减少工艺考核。

（3)按牌号和批次对“蒸汽阀门预设值”进行参数设置

前文分析了因为不同烟叶品牌其原材料组成结构不同，松散润叶的温度设定值也不同，所以在生产刚开始时所需要的蒸汽量也不同，因此阀门的预设值参数应该根据所需要的蒸汽量的多少来跟随性的调整。同时，我们按当日生产第一批和第一批次以后两种情况进行分类，不同的分类采取不一样的温度设置[4]。这样可以在阀门预设值开度控制阶段，降低生产非稳态时间。

4 对策实施和效果

（1）新增出口铂电阻反馈控制

首先，程序内用铂电阻输入信号取代热风温度输入信号，实现出口铂电阻反馈PID控制。其次，根据新的铂电阻反馈PID控制，结合经验，通过现场实验测试确定新控制方式的P值、I值和D值。最后，通过趋势图来对比改善前后两种控制方式的结果。结果显示，新的控制方式下出口温度实际值和温度设定值之间匹配性更好，波动更小。

（2）出口温度与设定温度的差值作为转换条件的控制改进

通过现场温度差值测试，把出口温度差值分别设定为小于等于0℃，小于等于-2.8℃，小于等于-3.5℃，小于等于-4.5℃进行测试，得出结果：出口温度与设定温度之差≤-4.5℃，作为预设值控制阶段转换PID控制阶段的条件。把参数确定后，对生产的效果进行对比：改善前，出口温度727s后达到生产工艺要求；改善后，出口温度平均380s左右达到工艺要求，大幅度降低了出口温度的非稳态时间。

（3）按牌号和批次对“蒸汽阀门预设值”，进行参数设置

根据不同牌号烟叶，测试分为两种，其一，生产需要65℃的烟叶参数调试；其二，生产需要55℃的烟叶参数调试。通过多次试验后，得出以下结果。

	批次	蒸汽阀门预设值	非稳态时间	结论
65℃的烟叶参数	当日生产第一批	45.00%	203s	原非稳态时间727s，生产第一批次降低524s，生产第一批次以后降低498s，平均相对下降70.3%。
	生产第一批后	39.00%	229s
55℃的烟叶参数	当日生产第一批	35.00%	293s	原非稳态时间727s，生产第一批次降低434s，生产第一批次以后降低574s，平均相对下降69.3%。
	生产第一批后	29.50%	153s

参考文献

[1]魏玉玲;阴耕云;李绍臣;徐永康;李雪梅.几个重要制丝工序对烤烟烟丝填充值和碎丝率的影响[J].云南大学学报(自然科学版),2010,(S1):183-186.

[2]陈娇娇;李自娟;刘博.薄板烘丝机入口水分影响因素的相关性分析[J].中国新技术新产品,2020,(08):4-5.

[3]常明彬;李晓.基于环境温湿度条件的松散回潮加水量预测模型研究[J].海峡科学,2016,(02):17-20.

[4]赵曰利.松散回潮、润叶加料工序参数优化[J].质量探索,2014,11(04):61-62+52.