PID控制在卷烟加工工艺中的应用探讨
来源:用户上传
作者:
摘 要：国家烟草专卖局针对我国卷烟加工工艺提出了特殊要求，要形成具有独特工艺特色的中式卷烟，以此来有效提升中国卷烟企业的核心竞争力，在这种形势下，就必须要扭转传统制丝工艺中过分注重结果而严重忽略过程的弊端。在本文的研究过程中，为了能够充分保障烟丝制造的均质化，在卷烟加工工艺中充分利用了PID控制模式，并通过参数优化实现了对烟丝制造工艺过程中品质的波动现象的有效控制。
关键词：PID控制;卷烟加工;制丝工艺
中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）01-0084-02
0 引言
我国的制烟企业在中国全面加入WTO之后面临着巨大的竞争压力，为了能够全面实现中国卷烟行业的科学发展，我国烟草专卖局全面提出了大力发展中式烤烟型卷烟的提议，而这一工作是一项系统性的工程，在整个过程中卷烟工艺是非常重要的一个环节，其工艺技术水平对卷烟产品的成本以及质量都会产生巨大影响。目前我国烟草行业中过分注重外观而忽略物理指标以及产品质量的现象比较普遍。充分利用PID控制方式，能够在充分保证产品质量的前提下，将水分、温度等不稳定因素对烟丝结构以及品质产生的影响控制在最低程度。
1 系统概述
比例、积分、微分等三个部分是PID控制的主要组成部分，而在实际应用过程中PID控制就可以进一步划分为PI以及PD控制[1]。PID控制器在实际的应用过程中主要是在结合系统误差的基础上，充分利用比例积分微分计算来最终得出控制量。
1.1 比例（P）控制
比例控制是非常简单的一种控制方式。这种控制器在实际应用过程中输入信号以及输出信号的误差呈现出比例关系。如果整个系统仅仅利用了单一的比例控制方式，那么整个系统实际输出的信号存在一个稳定的误差。
1.2 积分（I）控制
积分控制模式在实际应用过程中，控制器实际输出与输入信号之间的误差积分呈现出正比例关系。自动控制系统在实际运行过程中如果处在稳态后不可避免的会产生一定的稳态误差，那么就可以将这个自动控制系统称为是稳态误差或者是有差系统。为了能够将该自动控制系统存在的稳态误差有效消除，就必须要将“积分项”引入到这个控制器中。积分项可以针对稳态误差的时间进行积分，在时间不断推移的过程中，积分项也会相应的增加。在此情况下，即使稳态误差非常小，也会在时间不断增加的前提下使得积分项也随之增加，在这种作用下会使得控制器输出进一步增大，进而使得稳态误差逐渐缩小，最终稳态误差会达到零值。由此可见，将比例控制以及积分控制进行有效结合后形成的控制器，能够充分保证系统在进入稳态后不会出现稳态误差。
1.3 微分（D）控制
微分控制在实际应用过程中其控制器输入与输出信号误差的微分呈现出正比例关系。当自动控制系统在实际运行的过程中，通过调节来克服误差必然会导致出现振荡，甚至在一些情况下还会出现失稳的现象。这主要是因为在自动控制系统中会存在的惯性比较大的元件，或者是存在滞后性的元件，因此在系统通过调整来克服误差的过程中，其调整的变化过程与误差的变化过程相比较处于落后位置[2]。而要想有效克服这一问题，就必须要克服误差的调整作用实际产生的变化出现超前，也就是说，当实际产生的误差非常接近于零的时候，克服误差的作用也相应的应该为零。由此可见，控制器在實际应用过程中如果仅仅引入了“比例”项往往不能够达到预定的控制目标，比例项在运行过程中主要的作用仅仅是将误差的幅值不放大，而通过在控制器中额外的增加“微分项”，控制器就能够实现对系统误差变化趋势的有效预测，在这种情况下，在有效结合了比例与微分之后，克服误差的作用就能够提前达到零，甚至在一些情况下还能够出现负值，这样就能够有效避免被控制量在系统运行过程中出现严重冲过头的现象[3]。在实地针对惯性相对比较大或者是存在滞后性的对象进行控制的过程中，通过充分利用比例与微分控制器，能够让系统在具体调节过程中的动态特性得到有效改善。
2 PID控制在卷烟加工工艺中的应用探讨
单闭环控制模式是卷烟加工工艺中最早应用的PID控制方式，PID控制在实际的应用过程中从调节到稳定要经历一定的时间，在这种情况下就使得料头以及料尾的产品质量不能够得到有效保障，而且PID控制在实际应用过程中经常会受到外界各种干扰因素的严重影响，对于产品本身的质量稳定性形成巨大影响。在当前的卷烟加工工艺中，闭环控制是利用最为广泛的一种PID控制方式，通过闭环控制方式的应用使得传统控制模式下产品本身质量不稳定的现象得到了有效解决，与此同时，在系统整个运行过程中外界各种干扰因素对产品质量的影响程度也能够得到有效控制。
在卷烟加工实际生产过程中，PID工作原理如：由于PID控制在实际运行过程中会受到多种外界因素的干扰，为了能够充分保证，加工现场控制对象能够始终保持恒定，就必须要实现控制作用的持续性。如果加工现场控制对象值在外界的干扰因素下产生变化的时候，PID控制器就能够充分利用加工现场的检测原件将具体的变化数据进行及时记录，与此同时还能够将过程变量值进行进一步改变，通过变频器就能够将经过改变的过程变成是输送到PID控制器的输入端，通过将单数值与给定值进行对比后计算出其偏差，这样调节器就能够充分结合这一偏差值按照视频设定的肯定参数来发出相应的控制信号，在此基础上就能够让调节器的开度实现增加或者是减少，进一步使得加工现场控制对象值也发生相应变化，并最大程度保证与给定值的无限接近，从而实现了卷烟加工工艺的控制目的[4]。
为了能够进一步详细了解PID控制在卷烟加工工艺中的应用过程，针对制丝生产过程的滚筒管板式烘丝机应用PID控制出口水分进行了分析，由于烘丝机滚筒内热空气的流量低，所以不能把热空气温度作为主要的烘干烟丝的手段，但通过可调整阀在一定范围内可改变热空气的湿容量。在烘干过程中，烟叶中的水分变成了蒸汽被热空气吸收并带走，热空气的饱和点在烘丝机滚筒长度范围内是变化的，热空气湿容量大，其饱和点就紧靠烘丝机滚筒烟叶的出口处，如果热空气湿容量较小，其饱和点就接近中心。这样烘丝机滚筒内的干燥区就缩短，影响烟丝的烘干效果。这时改变热空气的流量则会起到一种快速控制变化，但由于其热量较低，热空气控制范围是有限的。另外，烘丝机滚筒内壁的热交换板是一个主要载能装置，在烘干过程中起主要作用。然而，由于受蒸汽压力的控制，其反应缓慢。所以，热空气流量控制与蒸汽压力系统综合起来，使烟丝湿度调整点的每一个偏差都会出现一个空气流量起作用的控制脉冲。这种双重作用将引起供能源的强烈改变。
烟丝从烘丝机滚筒排出以后，水分仪记录下了水分的最终变化并反馈到控制，由烘丝机滚筒蒸汽压力控制系统予以自动校正。整个PID控制过程简图如图1所示。
3 结语
当前整个烟草行业的技术水平在不断进步，在实际的烟草生产过程中对卷烟加工工艺提出了更高要求，针对传统的烟草制品结果检验产品感官质量控制方式，逐渐改变成制品过程工艺参数控制方式，不仅能够充分保障和基本配方的精确性，而且也能够让整个卷烟加工过程的各项工艺参数实现稳定。在当前的卷烟加工工艺生产线上通过大量应用PID控制。使得卷烟加工过程实现了安全、节能、环保、稳定生产，与此同时也让烟草行业的产量以及产品质量都得到了全面提升。
参考文献
[1] 刘穗君，杨林超，张萍，等.基于模糊神经网络的智能混丝掺配PID控制模型研究[J].郑州轻工业学院学报（自然科学版），2015，30（Z1）：39-43.
[2] 周栋，金军辉，徐鹤兵，等.改进型PID在烟草薄片水分控制中的应用[J].自动化仪表，2014，35（02）：73-76.
[3] 刘春桂，崔群，邵育兰，等.卷烟薄丝生产线中润叶机控制系统的改进[J].安徽工程大学学报，2013，28（03）：51-54.
[4] 张良斌，堵劲松，范明登，等.基于分层递阶的片烟干燥智能控制系统[J].烟草科技，2016，49（11）：87-93.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-15170490.htm
