本发明专利技术提供了一种对烟叶复烤机水分、温度的模型预测控制方法及系统，该方法包括：过程测试步骤，通过对烟叶复烤机的PLC进行阶跃测试，获得关于烟叶复烤过程中的操作变量、前馈变量和被控变量的测试数据；过程辨识步骤，对所获得的测试数据进行分析，以辨识过程的动态数学模型，所述动态数学模型包括一系列子模型，每一个子模型表示操作变量或前馈变量与被控变量之间的数学影响关系；控制器设计步骤，根据工艺原理和操作经验，调整得到的动态数学模型，从而建立模型预测控制器；控制器运行步骤，运行模型预测控制器，在模型预测控制器的运行中，根据被控指标的要求和所测量的被控变量反馈以及前馈变量的变化计算操作变量，并将其作用到PLC中的指定PID回路上。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及烟草加工领域，特别是涉及打叶复烤生产线对烟片复烤机水分、温度 的一种先进的控制方法。
技术介绍
烟叶复烤是烟叶从农产品转变到工业生产原料的一个整理和准备性的加工过程， 是烟草加工“第一车间”，它是在烤烟生产的基础上形成的，同时烟叶复烤作为一个产业并 逐步发展到规模化和工业化，为卷烟工业企业实现片烟投料奠定支撑基础。烟片复烤机是打叶复烤生产线中的主要设备，其用途是调整烟片中的水分，去除 烟片中的杂气，杀灭烟片中的害虫和病菌，使烟片更适合于存储与醇化。其工作过程是物料 通过网带输送进入复烤机，采用传导、对流等热交换方式，分别进行烘烤、冷却、回潮工艺处 理，使叶片的水分、温度达到规定的工艺技术指标。烘烤一般是四个单独的烘烤区(部分厂家有五个烤区)，利用上下交替热风烘烤 烟叶，通过排潮系统排走湿热气体，去除烟片中自由水，杀死部分烟叶病虫。控制目标干燥 区出口处烟片水分达到8-10 %。冷却烟片从干燥区出来后，进入冷却区。在冷却区，利用较低温度的循环风使烟 片温度降至35-45%之间，稳定烘烤水分，为烟片回潮提供工艺条件。回潮一般有两个单独的回潮区(部分厂家增加过渡间)，利用物料与湿热汽体的 压力差、温度差，混合水汽、雾化水上下交替回潮烟片，物料充分吸收热量与水汽，水分逐渐 增加直至达到工艺目标烟片水分11% -13%，温度< 55°C，送至出料端至下工序。目前复烤生产线主要采用PLC控制系统中的PID单回路(PID，比例积分微分控 制)对复烤机的生产进行控制，现场配置了操作站。部分生产线同时建立了中央监控系统。 尽管国内多数打叶复烤企业生产线的自动化水平较高，但在一些控制环节上仍存在一定的 问题一是烘烤温度与流量设置、网面风速与网带速度不能自动匹配，热风不能有效穿透叶 片层，烘烤后水分不均勻；二是因为PID单回路只考虑一个回路本身(流量、或者单一位置 的温度等)，复烤水分控制目前大部分依赖人工形成闭环调节，其控制依赖操作人员的水 平高低及熟练程度，出口烟叶水分受操作员工对设备熟悉程度、操作经验多少、来料流量波 动、设备工况(动能扰动)等因素干扰而容易处于波动失控，导致产品质量不稳定。与其他工业过程比较，烟叶复烤过程具有其明显的特点，是一个多干扰、强耦合、 大滞后、非线性、不确定的大热容过程。在生产过程中，始终存在着具有一定温度、湿度、压 力、流速的传热介质(热气体)与烟叶在相对运动过程中发生热交换作用，从而达到烟叶的 干燥、冷却、回潮工艺目的。不同流量、网带速度及不同过程的任一区段温度、湿度的变化， 都会影响到其后各区段参数的变化和出口烟叶水分含量的变化，这就使建立系统的机理模 型变得相当复杂。问题的症结在于每个PID回路单独运行，没有考虑相关被控指标(水分，温度等) 的变化，需要由操作员根据经验去实现人工闭环控制，如附图1，其缺点是依赖于人的操作习惯、经验等，劳动强度大。附图1中过程干扰变量主要是指进料变化等对复烤岗位有影响但是复烤岗位不 能调节的变量；被控变量主要是指最终烟叶的水含量，还包括各区域温度等；测量参数是 指过程各区域的温度、水分等的测量值。操作员参考进料等前馈信息不够及时，或者不能充分利用前馈信息；以及进行调 节的周期比较长，难以对过程中大的波动(进料变化，或者蒸汽温度压力的突变)进行及时 有效的调整。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种对烟叶复烤机水分、温度的模型预测控制方 法，包括过程测试步骤，通过对烟叶复烤机的PLC进行阶跃测试，获得关于烟叶复烤过程 中的操作变量、前馈变量和被控变量的测试数据；过程辨识步骤，对所获得的测试数据进行 分析，以辨识过程的动态数学模型，所述动态数学模型包括一系列子模型，每一个子模型表 示操作变量或前馈变量与被控变量之间的数学影响关系；控制器设计步骤，根据工艺原理 和操作经验，调整得到的动态数学模型，从而建立模型预测控制器；控制器运行步骤，运行 模型预测控制器，在模型预测控制器的运行中，根据被控指标的要求和所测量的被控变量 反馈以及前馈变量的变化计算操作变量，并将其作用到PLC中的指定PID回路上。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种对烟叶复烤机水分、温度的模型预测控制 系统，包括服务器，用于运行模型预测控制器，模型预测控制器在运行中，根据烟叶复烤过 程中的被控指标的要求和所测量的被控变量反馈以及前馈变量的变化计算操作变量，并将 其作用到PLC系统中的指定PID回路上；以及PLC系统，用于通过PID回路对复烤设备进行 控制。附图说明图1是没有实施模型预测控制时的人工闭环操作示意图；图2是采用本专利技术的模型预测控制后的系统控制流程图；图3是本专利技术所用阶跃测试序列波形；图4是本专利技术实施例子模型示例；图5是本专利技术实施例PLC底层安全逻辑结构；图6是本专利技术实现例的控制系统结构图。具体实施例方式本专利技术实施例要解决的问题是提供一种全方位的先进的烟叶复烤机的控制方法， 将优秀操作员的操作经验与工艺机理结合起来，具体的做法有过程有许多操作变量与被 控变量，其数学影响关系广泛存在，但是工艺操作上某些操作变量只用来控制某一个或者 几个被控变量，如干燥一区的温控阀对干燥区温度是操作变量，而对回潮区温度的影响也 存在，但是工艺操作上习惯于用回潮区蒸汽阀来控制回潮区温度，而把干燥一区的温控阀 开度变化对回潮区的影响作为前馈因素。这样做的优点在于充分考虑过程数学模型而又不 拘泥于数学模型，用工艺机理来调整数学模型，使之更适合于控制需求。依据过程的动态数学模型，用计算机实现闭环控制(如附图2)，以克服进料流量、 温度、水分等对复烤过程的干扰，以实现高精度、高频率的调节。附图2与附图1相比，是把 操作员换成了 DMC控制器，DMC控制器吸取了操作员的经验，同时具有计算机控制实时性的 优点，充分利用前馈信息与过程测量值，高频率的实现调节。为达到上述目的，本专利技术实施例的技术方案提供一种烟叶复烤机的模型预测控制 方法，所述方法包括以下步骤过程测试，过程辨识，控制器设计，控制器组态，PLC底层逻 辑设计，控制器运行，控制器监控与维护。过程测试，建立接口平台，收集过程数据。实施例需要对装置作必要的阶跃测试， 做到充分激励，以激发出过程的各种动态特性。过程辨识，采用最小二乘法辨识或者子空间法辨识等，对得到的测试数据进行分 析与计算，以得到过程的动态数学模型。模型用有限脉冲响应表示。控制器设计，主要是根据工艺原理以及经验参数(操作习惯)，调整得到的过程模 型，确定控制器的结构，明确各个自变量(操作变量、前馈变量)对各个因变量(被控变量) 的数学影响关系。控制器组态，主要是确定控制器在线运行所需要的一些列组态参数，并根据生产 要求确定各个被控指标的优先级、权重等。PLC底层逻辑设计，主要是为了做到预测控制器的投用切除能安全无扰动，不会出 现底层控制回路(PID)控制权不确定的情况，并监控预测控制器与PLC的通讯状态。控制器运行，采用一台独立于PLC的计算机(DMC服务器)，运行模型预测控制器， 运行中控制器根据被控指标的要求以及前馈变量的变化及时动作，以适应被控变量上下限 的变化以及补偿前馈变量对过程造成的干扰。控制器监控与维护，采用实时数据库收集过程数据与控制器各种状态，本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种对烟叶复烤机水分、温度的模型预测控制方法，包括：过程测试步骤，通过对烟叶复烤机的ＰＬＣ进行阶跃测试，获得关于烟叶复烤过程中的操作变量、前馈变量和被控变量的测试数据；过程辨识步骤，对所获得的测试数据进行分析，以辨识过程的动态数学模型，所述动态数学模型包括一系列子模型，每一个子模型表示操作变量或前馈变量与被控变量之间的数学影响关系；控制器设计步骤，根据工艺原理和操作经验，调整得到的动态数学模型，从而建立模型预测控制器；控制器运行步骤，运行模型预测控制器，在模型预测控制器的运行中，根据被控指标的要求和所测量的被控变量反馈以及前馈变量的变化计算操作变量，并将其作用到ＰＬＣ中的指定ＰＩＤ回路上。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：黄继红，黄振军，孙军，
申请(专利权)人：黄继红，
类型：发明
国别省市：11
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