烟草松散回潮水分控制模式的改进

【摘 要】对松散回潮水分控制模式进行改进，提出新的控制算法，并找出最佳参数组合，对提高出口水分稳定性和提升产品质量具有重大意义。

【关键词】制丝；松散回潮；水分控制模式；控制算法

当前烟草行业竞争激烈，高质量的产品势必会提高企业竞争力。卷烟制丝工艺是卷烟生产的主要工艺，松散回潮作为制丝过程主要加工工序，其出口水分是影响后续工序产品质量的关键质量指标。当前行业内松散回潮出口水分控制主要采用闭环控制和开环控制，闭环控制会根据实时出口水分自动调节加水量，从而控制出口水分，但自动调节存在滞后性且控制算法不能完美消除诸多因素影响；开环控制模式主要根据经验进行水分调节，即便很好的保证加水总量却不能保证烟叶水分均匀性，所以建立一种创新性的水分控制模式非常重要，在保证其它质量指标不受影响的前提下，既保证加水总量，又能保证烟叶水分均匀性，从而提高烟叶感官质量，满足后续工序工艺要求。

1.松散回潮工序简介

在烟草制丝工艺过程中，制叶丝线一般主要加工工序依次为切片、松散回潮、润叶加料、切叶丝、烘叶丝、配比加香，然后将成品烟丝输送至卷包车间。在这个过程中，松散回潮作为制叶丝线始端影响过程产品感官质量的第一道加工工序，其加工质量会影响到后续润叶加料、切叶丝、烘叶丝等主要工序工艺质量指标稳定性。

松散回潮工艺任务主要是将切片工序后的烟块进行进一步松散，并对烟片进行连续均匀地增温和增湿，使其成为具备一定温度和水分的松软烟叶，以提高烟片的韧性和耐加工性，为后续工序提供满足工艺质量要求的烟叶。在切片工序后，烟叶是以干燥烟块的形态输送至松散回潮工序，回潮机主要通过程序控制加水系统、热风循环系统、排潮系统、传动系统等输出满足工艺规定水分、温度的松散烟片，确保烟叶无结团现象，且感官质量有所提升。

2.松散回潮传统水分控制模式

以传统开环控制模式为例，即出口水分变化不参与控制，也就是说PLC程序不能根据来料水分的波动和出口水分的变化进行水分控制。松散回潮对出口水分的控制完全是依靠操作工根据入口水分和出口水分实时变化以及操作经验来调整加水系数，通过PLC控制调节加水量，最后影响出口物料的水分，PLC并不能根据出口水分实时变化进行出口水分追踪控制。在这样的模式下，由于操作工的经验不同，判断不准确或者调节不及时，并且调节系数存在一定的滞后性，都会造成出口物料水分的大幅波动，不能保证出口水分稳定性。

另外，关于如何确定出口水分是否影响的问题，可导出历史数据查看数据曲线，并对照工艺要求计算标偏值。特别注意要分析当前测试环境是否存在一些极为明显的直接因素或者不稳定环境变量，应首先排除其它外部干扰，在相同的调节下进行试验测试，对需要人工调节的水分控制系统在测试程序是否合理时应避免人工干预，此时测试数据可通过六西格玛工具单样本t检验确定出口水分合格率情况，采用折线图或者相关分析查看波动情况，以确定在当前水分控制模式下是否达到工艺要求，或者明显存在可提升产品质量的空间。

对于传统闭环控制模式，虽然PLC能根据出口水分实时变化自动调节加水量从而参与出口水分控制，但其控制算法会受到来料情况、环境温湿度、烟叶品种、调节滞后等诸多因素影响导致自动控制效果不理想。

若能将以上两种水分控制模式融合，进行预测控制调节加水量，并采用新的控制算法，将较大程度提高松散回潮工序产品质量指标稳定性，从而更好地满足后续工序加工要求。

3.松散回潮出口水分控制模式的改进和参数设置

3.1水分控制模式改进

考虑到开环控制模式的人工定量加水和闭环控制模式的自动追踪加水的差异性，保证预测控制调节不滞后，可将两种模式进行融合，改进方向为淡化实时出口水分的影响，在入口水分超过工艺规范限时进行微调，在入口水分和PLC程序间形成小范围闭环控制，即使工艺要求等其它外部条件发生变化也能满足要求。

也就是说，出口水分实时变化不直接参与到水分控制中，PLC控制程序会根据实时入口水分进行预测加水量微调，操作人员根据头料出口水分实时变化情况选择性的进行人工干预控制，在入口水分变化较大且预测控制调节不理想时进行人工干预，从而形成对水分的预测控制。

3.2控制算法改进

传统模式不能根据不同牌别烟叶进行差异化控制，根据程序控制原理适配控制算法，并设定不同牌别间的调节参数：修正系数，将牌别变化、工艺变化和其它外部条件变化的影响降至最低。

以当前某制丝车间松散回潮工序为例，入口水分变化与加水系数的关系：

当入口水分低于12%且持续8s时，Vtv=Vpv+100（ML-Mpv）*R

当入口水分高于14%且持续8s时，Vtv=Vpv-100（Mpv-MU）*R

其中，Vtv―加水系数理论值

Vpv―加水系数当前值

ML―入口水分下限值（工艺规定为12%）

MU―入口水分上限值（工艺规定为14%）

Mpv―入口水分当前值

R―修正系数（根据实际生产情况可在人机界面修改）

将以上算法写入PLC，利用PLC的逻辑控制能力进行自动反馈跟踪调节，形成入口水分值、加水系数理论值和PLC程序三者之间的预测控制系统，并设定人工调节优先（持续60s后转换为PLC控制），从而在最大程度上减少人工操作导致的波动和误差，最终达到出口物料水分的稳定和准确。关于修正系数，主要作用是在程序测试期间进行修正，正式运行后缩小不同烟叶牌别、批次、产地、工艺要求等外部条件的差异性，将该值修改端口添加到人机操作界面上，可反复进行修改，直至摸索出最佳设定值即可。

3.3松散回潮机的最佳参数获取

对程序改进和控制算法完善后，可采用六西格玛工具找出松散回潮机显著影响参数，通过DOE试验设计、响应优化器等工具找出最佳参数组合，以满足当前工艺要求。

3.4改进后对相关质量指标的影响

在改进实施后的测试阶段，务必要检验当前改进方式是否影响到其它工艺质量指标，如切叶丝合格率、烘叶丝出口水分均值和标偏等。可采用六西格玛工具双样本t检验对改进前后其它质量指标两组数据进行分析，查看是否导致该质量指标稳定性降低。若该质量指标稳定性低于改进前，应找出其潜在原因，并进行反复测试，直至改进前后其它质量指标无明显差异即可。

4.结束语

在传统水分控制模式基础上，进行改进预测控制，降低人工调节的负面影响，对水分控制提前预测，消除控制滞后性，并且能适应诸多影响因素的变化，从而提高松散回潮出口水分稳定性，满足后续工序加工工艺要求，进而从源头提高卷烟产品质量，在企业质量控制和竞争力方面有重大意义。

【参考文献】

[1]廖常初.S7-300/400PLC应用技术.机械工艺出版社，2012.

[2]于建军，等.卷烟工艺学.中国农业出版社，2009.