叶片加料工序出口含水率控制研究

姚 睿 冯焕芬 唐文尧 向有万 冯 刚

（贵州中烟工业有限责任公司遵义卷烟厂，遵义 563000）

制丝生产线可分为制叶片段、制叶丝段、制梗丝段及掺配加香段，其中制梗丝及制叶片段都具有加料工序。加料工序出口含水率标准偏差会直接影响后续烘丝工序的来料含水率稳定性[1-4]，间接影响最终成品烟丝的稳定性及合格率。遵义卷烟厂制丝A 线为 5 000 kg·h-1生产线，叶片加料工序使用SJ1201 型叶片加料机，可以通过控制加水执行器调整加水量以平衡出口含水率。当前控制模式下，反馈速度慢，在进入稳态时间前出口含水率会有较大的波动。本文从分析控制思路着手，探求控制对出口含水率的影响，提出优化措施，进而改善出口含水率的稳定性。

1 存在的问题

1.1 现状调查

加料工序目前对出口含水率标准偏差合格率及优秀率要求分别为低于0.17 和0.11。对2021 年9 月的数据进行统计，结果如表1 所示。

表1 改善前A 线加料机出口含水率标准偏差统计表

从统计结果可以看出：出口含水率的合格率及优秀率都很低，改进空间较大。如图1 所示，分析出口含水率趋势图，发现批次内进入稳态时间所需的时间过长，料头波动整幅过大，是导致出口含水率标准偏差过低的主要原因。

1.2 控制模型分析

为解决料头波动问题，对现控制模型（图2）进行分析，发现加料机出口含水率的控制主要受加水量的控制影响。

加水量的计算主要分为两个部分，分别为初始加水量（计算加水量）与调节补偿加水（PID 控制加水）[5]。初始加水量计算由目标含水率、来料流量和来料含水率计算所得。加料工序前设有定量喂料系统，可保障来料流量的稳定性。在进入加料工序前有混丝工序，可保障来料含水率的稳定性。但是，由于天气、物料组分及预混处理时间（叶片在贮柜中存放的时长，会直接影响到物料的含水率）的差异，加水量的计算准确性浮动依然较大[6-8]。PID 调节补偿水的计算，含水率检测点距离筒体出口约3 m，实际情况下物料加水后至检测点通过时间大约需要90 s，因此导致反馈时间过长、料头含水率较低时，反馈结果与筒体内部物料含水率的情况差异较大，容易导致料头加水量过大和含水率过冲。

2 模型优化

2.1 加水量转化系数

在原有的加水量计算公式中，有一个加水量转化水分常数。但是，由于天气、物料组分和预混处理时间，加水量转化效率并不能保证其稳定性。空气湿度、温度及生产安排都会对含水率有直接影响[9-11]，而这些影响因素很难量化融入计算公式。于是，将此常数设置为外置可修改的系数，在不同品牌及环境下，操作人员可以预估转化效率（操作工可以参照最近数据得出较为合理的评估），最大可能降低环境干扰等对初始加水量准确性的影响。

2.2 延后PID 运算接管时间

检测点与加水区域距离过远，导致反馈滞后。在进入稳态时间前，出口没有物料时，含水率检测为0，但此时PID 已经开始接管计算，导致修正幅度极高，过量加水后出现含水率过冲现象。由于筒体属于高温高湿环境，远远超出了含水检测设备的安装环境温湿度，无法通过调整含水率检测点改善问题。

尝试调试PID 参数，增大积分参数后，过冲情况有所改善，这是因为参数的增大会降低系统的响应速度，所以增大参数后对原本稳态时间的系统性能产生了影响。稳态生产过程中，标准偏差下滑[12]。

从另一个方向考虑，延后PID 运算接管的时间。设置一个PID 进入计算的条件，当到达条件后，PID运算结果才能输出到执行器。下面尝试将节点关联于时间或含水率上。关联时间时，由于不同品牌的物料密度不同导致物料体积不同，难以控制实际出料时间，效果不理想，而含水率可以有效反映物料通过的实际情况[13]。最终，将节点设置为：当检测含水率与目标值的差值大于2.4%时，输出PID 运算结果；起始值为目标含水率与2.4%的差值。修改后的模型，如图3 所示。优化模型后，统计当月数据，结果如表2 所示。

表2 改善后A 线加料机出口含水率标准偏差统计表

从表2 数据可以看出，优化过后合格率和优秀率均有较大提升，但提升空间依然较大，可能需要对加料工序前工序进行分析，改善来料的流量、含水率和糖料液加料的稳定性。

3 结语

通过调查分析结果可以看出，采用调整初始加水稳定性及PID 输出时间的方式优化模型，能够较好地解决加料工序出口含水率料头过冲等问题。目前，该工作稳定良好，已通过了实际工业生产的考验。本此优化调试成本低，以对软件程序的调试优化取代对设备硬件的修改，并合理运用了现有的硬件条件，满足了工艺需求，有利于保障在制品的过程质量。