專利名稱：煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時智能控制方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及煙草加工過程中，中央數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)時實評估并決策PLC控制系統(tǒng)運行狀態(tài)的多個裝置集成系統(tǒng)。特別涉及能夠根據(jù)加工過程參數(shù)實時預測成品結(jié)果，并能實時智能調(diào)整控制系統(tǒng)的新型煙草加工控制裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)行傳統(tǒng)巻煙產(chǎn)品加工過程控制，是設備控制層以本加工工序結(jié)束后的煙草水份、溫度為控制目標，通過對加工后檢測的結(jié)果加工后出料的水份、溫度參數(shù)反饋PLC控制系統(tǒng)輸入信號，利用PLC可編程序控制器中的PID閉環(huán)控制單元，調(diào)整加工設備配置的執(zhí)行器件如排潮封門、蒸汽閥門，實現(xiàn)工工序結(jié)束后的煙草水份、溫度在控制目標值上下限范圍內(nèi)動態(tài)穩(wěn)定。整個自動控制過程是通過對加工成品加工后出料的間接檢測結(jié)果的動態(tài)穩(wěn)定控制來實現(xiàn)的；對加工成品加工后出料的內(nèi)在品質(zhì)要素是否合格，既無法實時檢測更沒有實施動態(tài)控制。因此，導致在巻煙產(chǎn)品加工過程中，對內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定控制一直存在著無法克服的弊端，具體如下
1、 由于實施的是結(jié)果控制，即通過對每道工序加工過程結(jié)束后產(chǎn)品的間接檢測結(jié)果，反饋給控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)根據(jù)結(jié)果偏差程度調(diào)整控制參數(shù)，因設備運行狀態(tài)要經(jīng)過一段時滯過渡過程，故后續(xù)加工出來的產(chǎn)品結(jié)果指標經(jīng)過一段波動振蕩阻尼延時，逐步達到穩(wěn)定控制目標。而加工過程穩(wěn)定要經(jīng)過一段調(diào)整滯后的延時過程，使得產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì)波動大。
2、 產(chǎn)品加工過程的傳統(tǒng)控制目標是水份、溫度等，但這對于產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量穩(wěn)定指標要求，是遠遠不夠的。這些驗收"標準"參數(shù)僅是設備檢測產(chǎn)品質(zhì)量的中間監(jiān)控變量，不是產(chǎn)品真正質(zhì)量指標，更不能保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定。因為 一是滿足這一控制目標的設備運行由多種控制參數(shù)綜合作用形成；二是盡管達到這一控制目標的產(chǎn)品內(nèi)在感官質(zhì)量不一定就合格、更不一定穩(wěn)定，甚至若中間控制參數(shù)不妥，可能加工出的已經(jīng)是廢品而傳統(tǒng)方法的檢測結(jié)果仍能能滿足這些指標。
3、 由于檢測手段的局限性，使得產(chǎn)品的內(nèi)在品質(zhì)參數(shù)如色澤、吸味、余味、雜氣、協(xié)調(diào)性、香氣量、香氣質(zhì)、豐滿度〕無法實時在線采樣檢測和控制。而正是這些內(nèi)在指標決定了巻煙產(chǎn)品的獨特香氣風如格和口味特征。這些指標在加工過程中不能嚴格、準確，穩(wěn)定地實施控制，很難實現(xiàn)中式巻煙的目標。
4、其利用手段， 一方面把加工過程的大多運行參數(shù)設定為常量、或者通過調(diào)整執(zhí)行器件控制在一定范圍；另一方面以加工后產(chǎn)品(水份或溫度)
合格(根據(jù)產(chǎn)品工藝標準)為目標值，加工后產(chǎn)品出料檢測值水份或溫度檢
測儀檢測到的偏差反饋到PLC控制器并進行PID計算、調(diào)整輸出信號，改編特定的執(zhí)行器件(如排潮風門或熱風風門)，最終使加工后產(chǎn)品水份溫度動態(tài)趨于目標值。
因而在實際加工過程中，外界提供的工藝條件、環(huán)境的溫度、環(huán)境濕度、前道工序加工參數(shù)都是變量，按設定常數(shù)控制的動態(tài)參數(shù)也實時的在變化。這些被作為"常量"簡化控制的變量，對在加工過程中原料內(nèi)在質(zhì)量的變化影響很大。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述技術(shù)的狀況，本發(fā)明提供了一種煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時智能控制系統(tǒng)，其具有在煙草加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)"在線質(zhì)量評估，實時分析與智能化動態(tài)控制，使其原料在加工全過程中的每一個過程參數(shù)都能夠控制在優(yōu)化的參數(shù)范圍內(nèi)，調(diào)整至最佳參數(shù)組合狀態(tài)中。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時智能控制方法，包括
1、 在數(shù)據(jù)管理層智能評估控制系統(tǒng)中，預先設置原料加工過程中的設
備運行參數(shù)與加工后產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量之間的參數(shù)值；
2、 通過數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對設備運行參數(shù)和加工后產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量參數(shù)實時進行在線采集；
3、 通過數(shù)據(jù)管理層智能控制系統(tǒng)，將實時在線采集的設備運行參數(shù)以及加工過程中的內(nèi)在質(zhì)量參數(shù)與預先設置的參數(shù)值進行比較，判斷是否達到加工后產(chǎn)品結(jié)果的內(nèi)在質(zhì)量；
4、 通過調(diào)整PLC控制系統(tǒng)運行參數(shù)的設定值及PID開閉環(huán)自動化控制參數(shù)設定值，在線干預PLC控制系統(tǒng)下達調(diào)整、設定指令，控制設備上的閥門、風機、風門執(zhí)行元件，以及烘絲回潮、潤葉機筒體轉(zhuǎn)速的參數(shù)調(diào)節(jié)、參數(shù)修正和參數(shù)限定值。
因此，在煙草加工過程中能夠?qū)崿F(xiàn)"在線質(zhì)量評估，通過采集加工過程參數(shù)與數(shù)據(jù)監(jiān)控管理系統(tǒng)中的優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)庫參考進行實時分析與智能化動態(tài)控制，利用數(shù)據(jù)監(jiān)控管理系統(tǒng)中的針對諸多評估結(jié)果編輯的智能調(diào)整控制指令軟件的多個裝置集成的控制系統(tǒng)，使其原料在加工全過程中的每一個過程參數(shù)都能夠控制在經(jīng)過優(yōu)化的參數(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)過程參數(shù)實際值預測成品結(jié)果，并實時調(diào)整控制系統(tǒng)，保證結(jié)果內(nèi)在質(zhì)量的優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定。
在本發(fā)明中，中央數(shù)據(jù)管理層智能評估控制系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)管理服務器，安裝在服務器中的智能過程評估控制軟件、在線質(zhì)量評估軟件，以及安裝在服務器中優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)庫。
在本發(fā)明中，所述中央數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采集控制狀態(tài)信號包括前段加工參數(shù)，環(huán)境溫度、濕度信息，設備PLC控制系統(tǒng)上載的控制層全部輸入、輸出狀態(tài)參數(shù)，以及相關控制參數(shù)。
在本發(fā)明中，所述中央數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)管理智能控制系統(tǒng)，包括套軟、硬件，優(yōu)先下達到設備層PLC控制系統(tǒng)的調(diào)整、執(zhí)行，優(yōu)先修改、設定控制參數(shù)，評估結(jié)果實時強制修正相應設備的控制參數(shù)。
在本發(fā)明中，所述設備控制層PLC可編程序控制器為智能控制系統(tǒng)的底層執(zhí)行設備。
上述中，中央數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過局域網(wǎng)與數(shù)據(jù)采集服務器聯(lián)網(wǎng)并采集控制狀態(tài)信號；數(shù)據(jù)采集服務器再通過工業(yè)以太網(wǎng)與前一工藝段、環(huán)境溫度、濕度控制系統(tǒng)以及設備PLC控制系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)煙草加工設備數(shù)據(jù)信息的上載及中央數(shù)據(jù)管理層智能評估控制系統(tǒng)控制指令的下達。
上述中，設備控制層PLC可編程序控制器用于控制系統(tǒng)的底層執(zhí)行控制設備。它一方面通過數(shù)據(jù)和模擬量輸入端接收傳感器(如溫度、流量、壓力傳感器)監(jiān)測到的設備控制層輸入信號包括加工前來料檢測信號、加工設備各傳感器檢測的狀態(tài)信號、加工后成品檢測信號。另一方面要進行PID計算調(diào)整控制系統(tǒng)輸出值，再通過PLC輸出端改變輸出信號進而調(diào)整執(zhí)行
5元件如閥門開啟度，烘絲、回潮、潤葉機筒體轉(zhuǎn)速，風速，風門等。
上述中，所指評估控制軟件、在線質(zhì)量評估軟件是指預先設置原料加工 過程中的設備運行參數(shù)與加工后產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量之間的參數(shù)值。
總之，本發(fā)明的在線智能控制方法，實現(xiàn)了設備運行過程參數(shù)通過數(shù)據(jù) 管理系統(tǒng)在線控制的結(jié)果與PLC控制系統(tǒng)的控制程序、控制參數(shù)的優(yōu)化結(jié) 合，實現(xiàn)工藝設備對各個控制參數(shù)的取值范圍及其參數(shù)的最佳搭配，構(gòu)成多 組優(yōu)化控制參數(shù)組，對煙葉(絲)加工過程參數(shù)的實時分析，及時預先干 預、修正PLC控制系統(tǒng)的智能化動態(tài)控制，確保最終產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定 優(yōu)良，為生產(chǎn)的每一個品牌巻煙都保持具有獨特香氣風格和口味特征提供保 障，同時，使煙草加工行業(yè)的數(shù)據(jù)庫資源得到了深層次開發(fā)和高效率利用。
具體實施例方式
下面將結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
本發(fā)明的煙草加工過程參數(shù)的實時分析與智能化動態(tài)控制方法，其核心 原理是同樣原料、輔料、設備加工出來的產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量相同。即參預原料加 工過程的準確實時控制的參數(shù)相同。
其步驟包括
1、設立預定參數(shù)值。在數(shù)據(jù)管理層智能評估控制系統(tǒng)中，建立原料加 工過程中的設備運行參數(shù)與加工后產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量之間的參數(shù)值，各設備運行 參數(shù)的優(yōu)化區(qū)域。
在制絲生產(chǎn)線，先后投入多批原料試生產(chǎn)，在滿足煙草加工工藝規(guī)范的 前提下，對各種過程參數(shù)(如控制參數(shù)的實際值、各個控制點的檢測值以及 工藝條件等)進行可能取值范圍內(nèi)的調(diào)試。每一批次又分別在不同時間段有 計劃的幾次調(diào)整工序參數(shù)和工藝條件，對試驗目標物料在各工序工藝點間的 品質(zhì)變化過程進行跟綜紀錄、取樣、試驗，直至攝取到最終產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量相 關的數(shù)據(jù)(如工藝分析指標數(shù)據(jù)、理化指標數(shù)據(jù)、評吸指標等感官質(zhì)量評定 數(shù)據(jù))，按編碼組合、填表，并將其所有數(shù)據(jù)進行分類，統(tǒng)計分析表，編輯 出智能質(zhì)量評估軟件。
建立運行參數(shù)與產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量數(shù)學關系模型。按品牌、控制段、工序、 批次、時間等元素，進行一一對應分類、編輯分析。分析研究各控制要素、工序條件與感官質(zhì)量(評吸)、試驗結(jié)果(如理化指標)等數(shù)據(jù)之間的函數(shù) 關系，繪制在線評估控制模塊參數(shù)關系曲線圖、趨勢圖，找出其影響趨勢。 在線評估控制要素與結(jié)果關系試驗研究的基礎上，每一道加工工序的設備運 行參數(shù)，對每一品牌、每一個工藝質(zhì)量標準指標。特別是找出相關信息的變 化關系的數(shù)學趨勢，實現(xiàn)相關數(shù)據(jù)的量化。
完成參數(shù)優(yōu)化，在線評估控制要素與產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量結(jié)果關系的基礎上， 每一道加工工序的設備運行參數(shù)，根據(jù)對每一品牌、每一個工藝質(zhì)量標準指 標，通過調(diào)試及工藝分析，得到控制參數(shù)最佳范圍值、合格范圍值、超差極 限值。
最終將與產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量相關的參數(shù)、數(shù)學關系錄入優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)庫。
2、 運行參數(shù)數(shù)據(jù)采集。
中央數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對執(zhí)行元件、傳感檢測元件狀態(tài)參 數(shù)，對影響產(chǎn)品內(nèi)部質(zhì)量的前段加工參數(shù)信息、對加工過程中的環(huán)境溫度和 濕度信息，以及對本機設備PLC控制系統(tǒng)上載的控制層全部輸入、輸出狀 態(tài)信號等影響質(zhì)量的全部設備運行參數(shù)，對全部工藝點檢測參數(shù)、信息實時 進行在線采樣，并上傳至信息管理層數(shù)據(jù)庫。
特別是一上述采集系統(tǒng)采集的所有信息的集成結(jié)果就確定了加工成品的 內(nèi)在質(zhì)量參數(shù)。
3、 實時在線質(zhì)量評估。
數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)通過對煙草加工過程中實時單參數(shù)在線評估、單工序運行 參數(shù)綜合在線評估、整個工藝段運行參數(shù)綜合在線評估。通過對監(jiān)測的各種 設備、工藝參數(shù)，比較優(yōu)化參數(shù)后，預測出加工后產(chǎn)品結(jié)果內(nèi)在質(zhì)量即包括 感官質(zhì)量、評吸指標、理化指標，實時在線質(zhì)量評估。此步驟包括下列內(nèi) 容
(1) 在數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)中應用在線評估專用軟件包；
(2) 將數(shù)據(jù)庫中預置的"評估與控制標準數(shù)據(jù)"與在線實時采集到的設備運 參數(shù)、含水率、溫度等數(shù)據(jù)進行實時分析；
(3) 將采集的數(shù)據(jù)進行智能過濾，剔除擾動變化影響；
(4) 對有效的數(shù)據(jù)進行分析，判斷出每一個(組)運行參數(shù)與最佳、合格參
7數(shù)區(qū)域的關系，計算出每一個在線運行參數(shù)的偏差深度；
(5) 自動生成實時評估結(jié)果一 一預測出當前運行的過程參數(shù)可能引起產(chǎn)品 出現(xiàn)的內(nèi)在質(zhì)量的變化；
(6) 將干預結(jié)果信息即產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量偏差要素內(nèi)容及偏差深度，提示操作 員注意。下發(fā)到監(jiān)控層，并在中央監(jiān)控畫面上顯示，提醒監(jiān)控值班人員。
4、在線智能化動態(tài)控制。
數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)根據(jù)在線評估得出的結(jié)論，結(jié)合加工設備運行丄況(參數(shù) 偏差深度)的分析，智能選擇調(diào)用PLC控制系統(tǒng)優(yōu)化參數(shù)，調(diào)整PLC控制 系統(tǒng)運行參數(shù)的設定值及PID開閉環(huán)自動化控制參數(shù)設定值，干預PLC控 制系統(tǒng)的參數(shù)調(diào)節(jié)，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)對PLC控制系統(tǒng)強制下達控制參數(shù)的修 正和參數(shù)限定值。
特別是PLC控制系統(tǒng)的軟件、硬件功能都要與中央數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)無縫 連接，在進行設備層程序控制時，優(yōu)先執(zhí)行評估控制軟件下達的調(diào)整、設定 指令，控制設備上的閥門、風機、風門執(zhí)行元件，以及烘絲、回潮、潤葉機 筒體轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)在線智能化動態(tài)控制的主從配合。
正常運行時，設備的運行參數(shù)在線控制結(jié)果為最佳區(qū)域值。PLC控制系 統(tǒng)按照操作人員和專業(yè)技術(shù)員的相關權(quán)限設定的標準參考值，進行PID開閉 環(huán)自動控制。
當在線控制系統(tǒng)預測到某些設備運行參數(shù)變化趨勢將導致產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量 超差時，PLC控制系統(tǒng)自動優(yōu)先接受并執(zhí)行數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)實時下達的控制系 統(tǒng)參數(shù)修改調(diào)整指令，這時的調(diào)整參數(shù)是經(jīng)過優(yōu)化的確定的，選擇參數(shù)和方 法是智能的唯一的，最終成品質(zhì)量結(jié)果是能夠?qū)崿F(xiàn)在線智能化動態(tài)控制。
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權(quán)利要求
1、一種煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時智能控制方法，其特征在于包括以下步驟(1)通過數(shù)據(jù)管理層智能評估控制系統(tǒng)，預先設置原料加工過程中的設備運行參數(shù)與加工后產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量之間的參數(shù)值；(2)通過數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，對設備運行參數(shù)和加工后產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量參數(shù)實時進行在線采集；(3)通過數(shù)據(jù)管理層智能控制系統(tǒng)，將實時在線采集的設備運行參數(shù)以及加工過程中的內(nèi)在質(zhì)量參數(shù)與預先設置的參數(shù)值進行比較，預測評估加工后產(chǎn)品結(jié)果內(nèi)在的感官質(zhì)量、評吸指標、理化指標；(4)通過調(diào)整PLC控制系統(tǒng)運行參數(shù)的設定值及PID開閉環(huán)自動化控制參數(shù)設定值，在線干預PLC控制系統(tǒng)下達調(diào)整、設定指令，控制設備上的閥門、風機、風門執(zhí)行元件，以及烘絲回潮、潤葉機筒體轉(zhuǎn)速的參數(shù)調(diào)節(jié)、參數(shù)修正和參數(shù)限定值。
2、 按權(quán)利要求1所述的一種煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時 智能控制方法，其特征在于，所述中央數(shù)據(jù)管理層智能評估控制系統(tǒng)包 括數(shù)據(jù)管理服務器，和安裝在服務器中的智能過程評估控制軟件、在線質(zhì) 量評估軟件，以及安裝在服務器中優(yōu)化參數(shù)數(shù)據(jù)庫。
3、 按權(quán)利要求1所述的一種煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時 智能控制方法，其特征在于，所述中央數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其采集控 制狀態(tài)信號包括前段加工參數(shù)，環(huán)境溫度、濕度信息，設備PLC控制系 統(tǒng)上載的控制層全部輸入、輸出狀態(tài)參數(shù)，以及相關控制參數(shù)。
4、 權(quán)利要求1所述的一種煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時智 能控制方法，其特征在于，所述中央數(shù)據(jù)管理層數(shù)據(jù)管理智能控制系統(tǒng)，包 括套軟、硬件，優(yōu)先下達到設備層PLC控制系統(tǒng)的調(diào)整、執(zhí)行，優(yōu)先修 改、設定控制參數(shù)，評估結(jié)果實時強制修正相應設備的控制參數(shù)。
5、 權(quán)利要求1所述的一種煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時智 能控制方法，其特征在于，所述設備控制層PLC可編程序控制器為智能控 制系統(tǒng)的底層執(zhí)行設備。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種煙草加工過程參數(shù)的在線質(zhì)量評估與實時智能控制方法，包括通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，預先設置原料加工設備運行參數(shù)與加工后產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量之間的參數(shù)值；通過數(shù)據(jù)管理采集系統(tǒng)，實時進行在線采集；通過數(shù)據(jù)管理層智能控制系統(tǒng)，將實時在線采集的參數(shù)與預先設置的參數(shù)值進行比較；通過調(diào)整PLC控制系統(tǒng)運行參數(shù)及PID開閉環(huán)自動化控制參數(shù)設定值，控制設備上的閥門、風機、風門執(zhí)行元件，以及烘絲回潮、潤葉機筒體轉(zhuǎn)速的參數(shù)調(diào)節(jié)。實現(xiàn)煙草在線加工過程中的原料質(zhì)量變化趨勢的精確、動態(tài)的控制，保證產(chǎn)品內(nèi)在質(zhì)量能夠?qū)崟r控制在優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)定范圍內(nèi)。適用煙草加工制絲線、打葉復烤線、CO₂膨脹煙絲線、卷接包加工過程的內(nèi)在指標的控制。
文檔編號G05B19/418GK101488024SQ200910073739
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月23日
發(fā)明者華 劉, 沈德武, 馬玲玲 申請人:秦皇島煙草機械有限責任公司