MSC-C烘丝机先进控制与优化系统

1．制丝线工艺流程描述 卷烟厂制丝线和掺贮线的烟叶经过预处理工段后进入烘丝工段，烘丝工段的主要目的之一就是对烟丝水分进行控制，烘丝筒采用饱和蒸汽对烟丝进行处理，将烟丝中的水分蒸发，同时通过热风将烟丝蒸发的水分带走，从而达到控制烟丝水分的目的。 目前的烘丝水分控制采用数学模型结合前馈PID控制，由于进烘丝筒的烟叶水分和流量有一定的波动，而且该控制过程存在较强的非线性和滞后，主要问题在烟丝头尾段会出现水分控制波动相对较大。为了使烘丝的出口水分达到更高的控制精度，我们基于全新的控制理念设计开发的产品MSC-C 来取代原有的数学模型结合PID的控制方式,由此我们为你建立一个全新烘丝机干头干尾衡量标准即：头部干丝量基本没有，尾部干丝量在原有基础上减少75%以上。 MSC-C 实基于我们对在烘丝水分控制的理解：在烘丝过程中影响烟丝出口水分控制的主要因素有：进料烟丝水分、进料烟丝流量、蒸汽压力、烘丝机热风温度、风速等。其中热风温度和风速缺乏必要的检测，可以测量进料烟丝水分、进料烟丝流量、蒸汽压力对烟丝出口水分进行控制。 2．对原有水分控制系统改造的迫切性 烘丝筒出口叶丝水分是制丝过程中一个重要的质量控制指标，目前厂家一般烘丝筒出口水分控制采用HAUNI公司提供的控制方式――数学模型结合前馈PID控制。由于进烘丝筒的烟叶水分波动较大，而且该控制过程存在较强的非线性和滞后，仅依赖一些数学计算和PID控制难于满足实际生产上的需要，有时烟丝头尾水分控制波动较大，而且随着时间的推移和工况条件的变化，现有参数的数学模型很难适应控制要求，经常需要进行人工干预，依赖人工的操作经验和操作水平，这样的水分控制系统很难保证较高的控制精度和控制平稳性。 对工厂而言，优质原料是优质产品的重要保证，优质原料是经过多年的醇化而来，沉淀了卷烟制造企业大量的资金，因此每批原料都希望以极高的效率转化为优质产品，先进的控制技术成为必不可少的手段，帮助企业提升核心竞争力，为此我们经过多年的研究和开发推出经过测试符合中式卷烟生产工艺的全新烘丝机先进控制与优化产品: MSC-C软件包及复烤机先进控制与优化产品：MSC-T软件包。 MSC-C目的是使烟丝水分控制平稳，减少人工干预，提高过程控制精度。MSC-C具有更高的自适应性和自学习功能。随着时间的推移和工况条件的变化，系统具有一定的自学习自适应能力，不需要过多的人工干预，而且具有较强的抗干扰性，最终提高整个制丝系统的控制水平，提高产品质量和产品质量的稳定性。 3．传统烘丝水分控制策略描述 原烘丝水分控制包括以下几个阶段（或部分）： 烘丝准备——烘丝筒预热——烘丝启动（升温）——烘丝筒烘丝——烘丝收尾——烘丝再启动——烘丝冷却 在烘丝升温阶段，主要依靠根据能量守恒定律推导得出的数学模型进行烘丝筒壁温度设定值计算，在烘丝筒烘丝阶段，依靠数学模型和PID反馈控制方式确定烘丝筒壁设定值。整个烘丝水分控制系统最主要的设计思想就是依据能量守恒定律，根据烘丝过程需要去除的水分量计算需要提供的热量，当然该计算还与设备的结构等因素有关，同时通过反馈控制系统进行补偿，在MSC-C 上有关数学模型主要依据以下原理（公式）和计算推导： 干烟丝流量 FT=F1*(100%-M1)/100% 总烟丝流量 Fx=Ft*100%/(100%-Mx) 水分含量 Fxw=fx-ft 需去除水分量 △Fw=F2*(M2-M4)/(100%-M4) 去湿参数 Ck=△T/△(△Fw) 当然在进行数学计算时，为克服白噪声干扰，有关计算数据还采用一定的方法进行修正。 除烘丝过程的准备、预热、收尾阶段，原烘丝水分控制系统的控制框图如下图所示： 传统控制方案在实际运用过程中，存在以下一些问题： 在烘丝升温阶段进行数学计算时，未考虑实际应用中存在的各种扰动、对象特性变化和非线性特性，在头尾阶段烘丝出口水分控制波动相对较大，缺乏必要的补偿措施，故往往需要有经验的操作人员进行人工干预。在烘丝筒充满烟丝进行烘丝时，采用数学计算结合PID反馈控制，PID控制参数有时设置不尽合理，而且抗扰动力相对较差。由于对象特性变化、非线性和滞后等因素，烘丝水口水分有时控制精度不高。 4．MSC-C烘丝水分控制软件包的技术特点 针对目前存在的头部水分控制相对波动较大的情况，MSC-C采用一些列新技术进行改进和克服。 在生产的过程中，往往由于外界条件和工况的变化，例如设备的老化，引起设备特征参数（设备因子）的改变、外界温湿度的变化，加上烘丝的操作过程也有各种不同条件等等因素的影响。这些不定因素往往是不以人的意志为转移的，在自动控制中，一概称为白噪声的影响，MSC-C具备自学习功能，经几次自学习，就能使软件包达到最佳的控制状态。 MSC-C的功能模块通过计算和人工现场测试，首先得到一个切实可用的升温数学模型，在应用过程中，再依据实际过程的输入与输出测量信息，采用一定的目标函数改进烘丝筒升温数学模型的有关参数，在进过1－2个批次的自学习后，使烘丝头部水分控制达到较高的控制精度，并将有关模型参数保存下来，当然其实施过程需要在应用中完善，最终达到满意的控制目标。 在检测到烘丝出口水分的起始阶段，根据烟丝出口水分的变化趋势同时对烘丝筒升温模型进行校正。 5．全新烘丝水分控制产品MSC-C控制策略描述 为克服烘丝水分控制过程中存在的非线性和滞后，同时使控制系统具有抗干扰能力强、能适应各种工况的变化，设计采用自学习数学模型来取代原有的数学模型结合PID的控制方式。新控制系统的控制软件包与老控制系统数学模型不同，只有在烘丝筒升温阶段（测到叶丝流量和进口水分开始一直到头部烟丝出口），采用烘丝筒升温数学模型，在检测到烘丝出口水分后，由MSC-C烘丝控制软件包进行烘丝水分控制，可大大减少对数学模型的依赖，系统因此也具有更高的适应能力和可扩展性。中间段的烘丝水分控制经现场试验可以达到比老控制系统更好的控制平稳性和控制精度，而且无需人工干预。 为确保烘丝头部烟丝水分控制精度，由于MSC-C具备自学习功能，它依据实际过程的输入与输出测量信息，采用一定的目标函数改进烘丝筒升温数学模型，在经过1－2个批次的自学习后，使烘丝头部水分控制达到较高的控制精度，并将有关参数保存下来。 MSC-C烘丝水分控制软件包在顺序程控方面与原系统相同，包括烘丝准备、烘丝筒预热、烘丝启动(升温)、烘丝筒烘丝、烘丝收尾、烘丝再启动、烘丝冷却几个阶段。整个烘丝控制包包括以下功能模块： • 烘丝筒KLK顺序程控； • 输入参数和过程变量的计算； • 烘丝筒KLK前馈控制； • 烘丝筒KLK温度设定值计算； • 烘丝筒最终出口水分控制； • 烘丝筒温度设定值控制； • 烘丝筒转速控制。 另外在条件具备时，我们还可提供以下软件包作为MSC-C整个控制软件包策略的延续： 1）热风温度控制功能包* 2）热风风速控制功能包* 3）水流量控制功能包* 控制系统设计将有关自学习部分和我们开发的算法模型控制软件放在操作站或工业控制器上实现，其他功能模块和升温数学模型仍放到PLC中实现。 新烘丝水分控制系统的控制框图如下图所示： 6．MSC-C软件包烘丝筒升温阶段控制描述 从检测到进口烟丝流量和水分开始，到烟丝出口，这个过程大约需要6分钟左右的时间。在此阶段，系统实际处于开环控制阶段，推导出烘丝筒升温数学模型，根据该数学模型进行烘丝筒壁温度设定值计算，实现烘丝筒升温阶段的控制。但是在烘丝过程中，存在以下过程特性： • 控制对象的动态特性是不断变化的，不能完全确切地描述其变化规律 • 整个系统存在各种扰动因素，而且有些扰动的变化规律无法预知； • 系统的工况条件会发生一定的变化。 由于存在以上特性，在实际应用过程中，MSC-C对有关升温参数进行自学习和自校正，以满足实际应用的需要。 7．MSC-C烘丝筒烘丝阶段控制 在烘丝出口水分可以检测到并在设定值一定范围内，MSC-C对整个烘丝水分控制采用我们自己开发的新技术及数学算法，使系统具备较强的抗干扰性、能够适应对象来料变化，抗非线性和滞后等方面大大加强，而且简化了控制方式，系统的适应性和控制精度均可得到提高。 该段控制已得到现场试验的证实。 8．MSC-C 烘丝筒收尾控制 对烘丝筒收尾阶段的控制方式，第一阶段按照原系统方式进行控制，在此基础上，可进一步开展烘丝筒收尾阶段的降温控制模型，达到更好的控制效果。 9．项目实施 • 售前技术交流及客户现场了解 • 方案设计 • 商务合同 • 现场实施 • 投运 • 验收 • 提供售后服务及技术