提高物料产品水份合格率

董刚

【摘要】本文主要讲述利用可编程控制器（PLC），设计成本低、效率高的自动加水装置。以 PLC 为主控制器，结合传感技术、气动装置等技术，使用 PID 控制技术实现物料的自动加水。系统具有自动化程度高，运行平稳，精度高等特点。

【关键词】水份合格率；PID控制

一、现状调查

烟草生产中引用真空回潮机工序对原料片烟进行初步增温增湿回潮，但由于原料片烟都是压制成块，插分后结块依然存在，叶片干燥，水份不均匀，真空回潮机设备功能有限，真空回潮后叶片水份波动较大，这就造成松散回潮来料水份干湿不均，波动较大，叶片经松散回潮调节水分后仍不能满足出口水分要求的合格率，致使松散回潮后叶片水份合格率低，水份不稳定，直接导致后续薄板烘丝线工序水份无法达标，严重影响产品感官质量。

对三班连续四个月抽取了两种烟叶水份合格率做了一个统计，结果样品一水份合格率分别为85.5%，85.0%，81.8%，86.6%，而样品一标准水份合格率达标值为90%；样品二水份合格率分别为92.0%，93.3%，91.2%，96.5%，而样品二标准水份合格率达标值为95%，从统计中可以看出松散回潮出口水分基本达不到标准合格率，造成了产品质量不稳定，给后续烘丝工序加工带来了很大的弊端。

二、原因分析

松散回潮工序补偿蒸汽阀门开度不能有效的控制出口水份。开度过大，叶片水份表层水较多，真正进入叶片内部的水份很少，会影响叶片含水率的真实性；开度过小会影响叶片温度和叶片吸水性。对于具体适合的数值，如改进使用PLC实时监控和计算调整，则加水量根据偏差自动调节，就会达到比较满意的合格率要求。

三、解决方案

首先，根据来料入口水分、设定出口水分和来料流量进行加水量的算法。然后由实际出口水分和设定出口水分的偏差，对加水量进行修正，算出最终加水量。其次，在管路中增加气动薄膜阀和流量计，接入控制系统中。通过程序控制气动薄膜阀的开度，使实际加水量和计算的加水量一致。

控制方法选用工控领域中成熟的PID调节，很好地保证了整套系统的控制精度。整套系统使用串级PID控制，分为内环PID控制和外环PID控制，内环控制水流量的稳定性，外环根据水分偏差算出加水量的修正值。本文针对硬件系统的组态以及程序算法进行叙述。

四、实施过程

1.在加水管路中增加相应的检测和控制原件

在加水管路中增加流量计和气动薄膜阀，流量计实现对水流量的采集，通过气动薄膜法实现对水流量的自动控制。

2.在I/O分控箱中添加控制模块并进行硬件组态

由于流量计和气动薄膜阀分别使用模拟量输入模块和模拟量输出模块进行控制，我们在I/O分控箱中增加了相应的模块，对其进行硬件组态并分配地址，实现总线系统通讯状态正常。

3.控制程序的调整

1）加水量的理论值

在程序中编程实现加水量理论值的算法，根据实际入口水分、电子秤流量以及设定出口水分计算出加水量的理论值。再根据生产的实际情况对公式进行调整，使理论加水值尽可能适应满足出口水分稳定性的要求。

2）加水量的修正值

由于理论加水量是按照公式计算出的数值，在实际加水过程中，实际出口水分会出现一定偏差，在程序中需要增加一个针对这一偏差的加水量修正值，修正值由程序中PID块计算得出，这也是串级控制中的外环。

3）加水流量的控制

上面计算出的最终加水流量的设定值，需要通过气动薄膜阀开启度的自动调整来控制其流量的稳定性。气动薄膜阀开启度控制通过PID块来实现，这也是串级控制中的内环。

4）针对物料头尾阶段的处理

在电子秤物料刚进入滚筒时，由于滚筒出口无物料。此時外环PID块不工作，通过公式计算出的理论加水量直接参与水流量控制，当滚筒出口水分大于一定数值后，出口水分修正值参与计算。

当电子秤上无物料时，经过一定时间延时，加水系统自动停止运行。

5）针对PID块中参数的调整

PID块中关于修正值计算以及气动薄膜阀开度的控制过程中，如果PID块调节速度不合适，会引起控制过程的波动。针对整个自动加水控制过程来说，当实际出口水分同设定水分出现较小偏差时：如果系统调节过快会使加水量修正值变化过快，会导致出口水分出现震荡，整个控制过程波动较大；如果系统调节过慢，会使加水量修正值变化缓慢，会导致实际出口水分很长时间内达不到设定值，过程控制的稳定性也达不到要求。所以，我们需要在物料运行过程中，针对PID块中的P参数、I参数和D参数进行仔细的摸索验证和调整，满足过程控制稳定性的要求。最理想的参数是在3个振荡周期内实际出口水分可以达到设定值。

五、系统改进前后的效果验证

通过对松散回潮滚筒相关硬件的安装调试及控制程序的重新优

化设计，并根据实际生产情况对PID控制块中的P参数、I参数和D参数进行了适当的调整，叶片出口水分稳定性明显增加，出口水分的标准偏差以及标偏符合率大幅提高。再次对三班连续四个月抽取了两种烟叶水份合格率做了一个统计，如下：

样品一水份合格率情况：

样品二水份合格率情况：

从结果可以看出，两种烟叶水份稳定性提升，水份合格率达到了目标值。

六、结论

本文自动加水控制系统中涉及到两个 PID 控制器，其中一个控制器的输出，作为另一个控制器的给定，这种串级 PID 控制使过程控制稳定性明显增加。

参考文献

[1]SLC500 and micrologix1000指令集参考手册[S].ockwell international corp.

[2]廖常初.大中型PLC应用教程[M].北京：机械工业出版社，2005，2.

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