基于专家系统的烟草松散回潮出口水分控制系统设计

来源:用户上传      作者:李培培

　　摘要：松散回潮属于典型的大时滞系统，运用带前馈-串级控制系统来对出口烟叶的水分进行控制，整体效果并不佳 ;在实际生产环节还需要按照工人师傅的经验来对加水系数进行动态修改，这样的控制系统显然达不到全自动标准。文 章提出的控制技术将PID 控制、模糊推理、专家系统进行融合，从而对出口水分进行科学调控。其中专家系统可以对加 水系统进行自动化调整;模糊推理系统则能对前室加水控制模块、后室 PID 参数进行自适应整定，与此时的该出口水分得到全自动化控制，使得松散回潮出口水分具有良好的精准性和稳定性。
　　关键词：松散回潮 ;烟草;控制技术;PID
　　0 引言
　　松散回潮工艺的核心工作，就是将切片处理之后的烟块进行松散化处理，借助于蒸汽、水分使得烟叶更 具有柔软性，由此增强片烟的易加工和韧性，为后续的批量化生产提供重要支持。随着烟草行业与科技不断 进步，新时代对于工艺要求已远远不止利用人工来改 变串级操控，进而需要研究出一种新型操控系统来提 升回潮出口水分的精准性与稳定性。
　　1 松散回潮出口水分控制系统的组成原理
　　松散回潮出口水分控制系统主要构成涉及两个模 块，即是前室加水、后室水分控制系统。前者主要构成包括专家系统、模糊推理系统、前馈技术、加水控制器、电磁流量计、喷嘴等，此软硬件控制系统可用于对烟叶 水分加以粗略调控。专家系统主要是依据行业专家经 验，按照水分受到干扰因素的改变，进而为加水系统提 供科学决策[1]。前馈系统根据烟叶水分、流量等因素，来对理论加水流量进行明确，进而加水系数可对该流 量加以修正。前馈输出则能视作加水控制装置的给定 值，后室水分控制系统构成则涉及水分仪、控制器、模 糊推理系统、气动薄膜阀等，可以对前室烟叶水分进行 精细调控。前后室可以进行独立化工作，并且可以对模糊推理系统进行分时复用。前室加水控制系统实现 机制：第一步，通过前馈系统对理论加水量进行明确，与此同时，借助专家系统可确定加水系数;第二步，对前馈输出进行计算，并将其定值用作加水控制器的给 定值，该控制器能够基于给定与实际值偏差，对相应的气动薄膜阀开发进行 PID 调控，从而对加水流量进行相应的控制。另外，按照偏差及其变化率，并对模糊推 理系统进行运用，能够对加水控制器的3个参量进行在线整定，譬如 K1P 等，可以对加水流量进行更为灵敏的调整。后室水分控制器实现机制：基于出口水分设定与实际大小，对相应气动薄膜阀开度进行 PID 控制，从而调控补水量，进而对出口烟叶的水分进行精细化调整[2]。另外，基于偏差及其变化率以及模糊推理系统对控制器的参量进行在线整定，有助于增加出口水 分控制的稳定和精准性，其中参数涉及K2D、K2P 等。
　　2前馈环节与专家系统设计
　　2.1 前馈环节的设计
　　各类牌号卷烟分为不同等级，其配方原料由不同 厂家所提供，各卷烟水分也有较大差异。各种牌号卷 烟其制作材料中烟草薄片成分多少也有较大差距，需 控制被控参数，利用前馈环节补偿干扰来进行。
　　入口烟叶量及其水分是可以被检测的干扰因素，具体可以对理论加水流量进行计算[3]。对于干料流量 而言，就是将入口烟叶的水分百分比进行相减，然后再和入口烟叶流量进行相乘。对于理论加水流量来说，就是干料流量和入口烟叶水分设定大小百分数进行相乘。另外，将入口烟叶流量和相应水分百分比相乘，将 两个乘积结果进行减法运算。被控参量涉及许多可以被测量的干扰因素，如蒸汽喷射流量、烟草薄片流量 等。此外，被控参量还涉及难以被检测的干扰因素，如 滚筒内部环境、烟叶自身特点等。大量经验总结可知，在滚筒内部环境、烟叶流量、蒸汽喷射流量等参数整体 上处于稳定状态时，此时难以测量的干扰因素就是烟 叶自身特定。倘若此时加入理论流量，就容易产生过、欠补偿等问题。为了对前馈调节的粗略性进行解决，还需要引入加水系数（K）来对该理论加水流量进行优化。通常，前馈输出等于K和理论加水流量的乘积。在具体生产环节，可以按照干扰动态改变，对K 值进行 调整。倘若该值过高，就容易产生过补偿，这样后室水 分控制器就无法相应调整余量。倘若 K 值过低，就容 易产生欠补偿，借助于后室控制装置，不易对不足的水 分进行补偿[4]。前室控制系统要给烟叶提供增湿水，而后室可以提供的调节幅度，仅为1.5成。为此，要紧 密结合干扰的动态改变，对K系数进行调控，从而满足 前后室控制要求。
　　2.2专家系统设计
　　模拟利用干扰变化加水的决策工程过程的计算机 软件系统即是专家系统，主要补充工艺工程师和专家在各种干扰因素干扰时判断加水系数的经验，可以像 工艺工程师和专家一般在生产时通过干扰变化判断出加水系数变化。解释机、推理机、知识获取、人机接口等部分构成了专家系统，如图1所示。
　　2.2.1 推理机
　　推理机是专家机制的执行机制，同样也是用于各 类推理以及研究功能的程序。给水系统推理一般采取 正向推理。它的工作流程大概为以下几点：第一，从S7-400PLC 中获取到和其有关的加水系数决策推理资料 保存到数据库中，便于后期查看。第二，推理机在数据 库中寻找与加水系统相关资料，从知识库中提取相关 信息和记录条件进行对应，如果其中有一条规则是成立的，就必须使全部事实都匹配成功。如果有一个事实无法成立，就将这个规则直接跳^，选择另一个规则 进行匹配。如果其中某一个规则与所有事实都匹配成功，就代表这个规则成立，之后将此规则保存到数据库内。如果推理完成后仍未获取加水量系数决策结果，则现状不需对于水量系数进行改变，就代表加水系数规则是完整的。如果目前加水系数无法满足条件，则表示知识库中没有此规则，就需要在加水系数的知识 库中加入新条件。第三，应该从数据库内获取加水系数决策推理的结果，并将它保存到S7-400 PLC的相应数据库内。
　　2.2.2解释机

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