烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智能控制方法

专利名称：烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智能控制方法
技术领域：
本发明涉及烟草加工过程中，中央数据管理系统时实评估并决策PLC控制系统运行状态的多个装置集成系统。特别涉及能够根据加工过程参数实时预测成品结果，并能实时智能调整控制系统的新型烟草加工控制装置。
背景技术：
现行传统巻烟产品加工过程控制，是设备控制层以本加工工序结束后的烟草水份、温度为控制目标，通过对加工后检测的结果加工后出料的水份、温度参数反馈PLC控制系统输入信号，利用PLC可编程序控制器中的PID闭环控制单元，调整加工设备配置的执行器件如排潮封门、蒸汽阀门，实现工工序结束后的烟草水份、温度在控制目标值上下限范围内动态稳定。整个自动控制过程是通过对加工成品加工后出料的间接检测结果的动态稳定控制来实现的；对加工成品加工后出料的内在品质要素是否合格，既无法实时检测更没有实施动态控制。因此，导致在巻烟产品加工过程中，对内在质量的稳定控制一直存在着无法克服的弊端，具体如下
1、 由于实施的是结果控制，即通过对每道工序加工过程结束后产品的间接检测结果，反馈给控制系统，控制系统根据结果偏差程度调整控制参数，因设备运行状态要经过一段时滞过渡过程，故后续加工出来的产品结果指标经过一段波动振荡阻尼延时，逐步达到稳定控制目标。而加工过程稳定要经过一段调整滞后的延时过程，使得产品的内在品质波动大。
2、 产品加工过程的传统控制目标是水份、温度等，但这对于产品内在质量稳定指标要求，是远远不够的。这些验收"标准"参数仅是设备检测产品质量的中间监控变量，不是产品真正质量指标，更不能保证产品内在质量的稳定。因为 一是满足这一控制目标的设备运行由多种控制参数综合作用形成；二是尽管达到这一控制目标的产品内在感官质量不一定就合格、更不一定稳定，甚至若中间控制参数不妥，可能加工出的已经是废品而传统方法的检测结果仍能能满足这些指标。
3、 由于检测手段的局限性，使得产品的内在品质参数如色泽、吸味、余味、杂气、协调性、香气量、香气质、丰满度〕无法实时在线采样检测和控制。而正是这些内在指标决定了巻烟产品的独特香气风如格和口味特征。这些指标在加工过程中不能严格、准确，稳定地实施控制，很难实现中式巻烟的目标。
4、其利用手段， 一方面把加工过程的大多运行参数设定为常量、或者通过调整执行器件控制在一定范围；另一方面以加工后产品(水份或温度)
合格(根据产品工艺标准)为目标值，加工后产品出料检测值水份或温度检
测仪检测到的偏差反馈到PLC控制器并进行PID计算、调整输出信号，改编特定的执行器件(如排潮风门或热风风门)，最终使加工后产品水份温度动态趋于目标值。
因而在实际加工过程中，外界提供的工艺条件、环境的温度、环境湿度、前道工序加工参数都是变量，按设定常数控制的动态参数也实时的在变化。这些被作为"常量"简化控制的变量，对在加工过程中原料内在质量的变化影响很大。

发明内容
鉴于上述技术的状况，本发明提供了一种烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智能控制系统，其具有在烟草加工过程中能够实现"在线质量评估，实时分析与智能化动态控制，使其原料在加工全过程中的每一个过程参数都能够控制在优化的参数范围内，调整至最佳参数组合状态中。
为实现上述目的，本发明提供的烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智能控制方法，包括
1、 在数据管理层智能评估控制系统中，预先设置原料加工过程中的设
备运行参数与加工后产品内在质量之间的参数值；
2、 通过数据管理层数据采集系统，对设备运行参数和加工后产品内在质量参数实时进行在线采集；
3、 通过数据管理层智能控制系统，将实时在线采集的设备运行参数以及加工过程中的内在质量参数与预先设置的参数值进行比较，判断是否达到加工后产品结果的内在质量；
4、 通过调整PLC控制系统运行参数的设定值及PID开闭环自动化控制参数设定值，在线干预PLC控制系统下达调整、设定指令，控制设备上的阀门、风机、风门执行元件，以及烘丝回潮、润叶机筒体转速的参数调节、参数修正和参数限定值。
因此，在烟草加工过程中能够实现"在线质量评估，通过采集加工过程参数与数据监控管理系统中的优化参数数据库参考进行实时分析与智能化动态控制，利用数据监控管理系统中的针对诸多评估结果编辑的智能调整控制指令软件的多个装置集成的控制系统，使其原料在加工全过程中的每一个过程参数都能够控制在经过优化的参数范围内，根据过程参数实际值预测成品结果，并实时调整控制系统，保证结果内在质量的优质、稳定。
在本发明中，中央数据管理层智能评估控制系统包括数据管理服务器，安装在服务器中的智能过程评估控制软件、在线质量评估软件，以及安装在服务器中优化参数数据库。
在本发明中，所述中央数据管理层数据采集系统，其采集控制状态信号包括前段加工参数，环境温度、湿度信息，设备PLC控制系统上载的控制层全部输入、输出状态参数，以及相关控制参数。
在本发明中，所述中央数据管理层数据管理智能控制系统，包括套软、硬件，优先下达到设备层PLC控制系统的调整、执行，优先修改、设定控制参数，评估结果实时强制修正相应设备的控制参数。
在本发明中，所述设备控制层PLC可编程序控制器为智能控制系统的底层执行设备。
上述中，中央数据管理层数据采集系统，通过局域网与数据采集服务器联网并采集控制状态信号；数据采集服务器再通过工业以太网与前一工艺段、环境温度、湿度控制系统以及设备PLC控制系统联网，实现烟草加工设备数据信息的上载及中央数据管理层智能评估控制系统控制指令的下达。
上述中，设备控制层PLC可编程序控制器用于控制系统的底层执行控制设备。它一方面通过数据和模拟量输入端接收传感器(如温度、流量、压力传感器)监测到的设备控制层输入信号包括加工前来料检测信号、加工设备各传感器检测的状态信号、加工后成品检测信号。另一方面要进行PID计算调整控制系统输出值，再通过PLC输出端改变输出信号进而调整执行
5元件如阀门开启度，烘丝、回潮、润叶机筒体转速，风速，风门等。
上述中，所指评估控制软件、在线质量评估软件是指预先设置原料加工 过程中的设备运行参数与加工后产品内在质量之间的参数值。
总之，本发明的在线智能控制方法，实现了设备运行过程参数通过数据 管理系统在线控制的结果与PLC控制系统的控制程序、控制参数的优化结 合，实现工艺设备对各个控制参数的取值范围及其参数的最佳搭配，构成多 组优化控制参数组，对烟叶(丝)加工过程参数的实时分析，及时预先干 预、修正PLC控制系统的智能化动态控制，确保最终产品内在质量的稳定 优良，为生产的每一个品牌巻烟都保持具有独特香气风格和口味特征提供保 障，同时，使烟草加工行业的数据库资源得到了深层次开发和高效率利用。
具体实施例方式
下面将结合实施例对本发明作进一步的详细说明。
本发明的烟草加工过程参数的实时分析与智能化动态控制方法，其核心 原理是同样原料、辅料、设备加工出来的产品内在质量相同。即参预原料加 工过程的准确实时控制的参数相同。
其步骤包括
1、设立预定参数值。在数据管理层智能评估控制系统中，建立原料加 工过程中的设备运行参数与加工后产品内在质量之间的参数值，各设备运行 参数的优化区域。
在制丝生产线，先后投入多批原料试生产，在满足烟草加工工艺规范的 前提下，对各种过程参数(如控制参数的实际值、各个控制点的检测值以及 工艺条件等)进行可能取值范围内的调试。每一批次又分别在不同时间段有 计划的几次调整工序参数和工艺条件，对试验目标物料在各工序工艺点间的 品质变化过程进行跟综纪录、取样、试验，直至摄取到最终产品内在质量相 关的数据(如工艺分析指标数据、理化指标数据、评吸指标等感官质量评定 数据)，按编码组合、填表，并将其所有数据进行分类，统计分析表，编辑 出智能质量评估软件。
建立运行参数与产品内在质量数学关系模型。按品牌、控制段、工序、 批次、时间等元素，进行一一对应分类、编辑分析。分析研究各控制要素、工序条件与感官质量(评吸)、试验结果(如理化指标)等数据之间的函数 关系，绘制在线评估控制模块参数关系曲线图、趋势图，找出其影响趋势。 在线评估控制要素与结果关系试验研究的基础上，每一道加工工序的设备运 行参数，对每一品牌、每一个工艺质量标准指标。特别是找出相关信息的变 化关系的数学趋势，实现相关数据的量化。
完成参数优化，在线评估控制要素与产品内在质量结果关系的基础上， 每一道加工工序的设备运行参数，根据对每一品牌、每一个工艺质量标准指 标，通过调试及工艺分析，得到控制参数最佳范围值、合格范围值、超差极 限值。
最终将与产品内在质量相关的参数、数学关系录入优化参数数据库。
2、 运行参数数据采集。
中央数据管理系统通过数据采集系统对执行元件、传感检测元件状态参 数，对影响产品内部质量的前段加工参数信息、对加工过程中的环境温度和 湿度信息，以及对本机设备PLC控制系统上载的控制层全部输入、输出状 态信号等影响质量的全部设备运行参数，对全部工艺点检测参数、信息实时 进行在线采样，并上传至信息管理层数据库。
特别是一上述采集系统采集的所有信息的集成结果就确定了加工成品的 内在质量参数。
3、 实时在线质量评估。
数据管理系统通过对烟草加工过程中实时单参数在线评估、单工序运行 参数综合在线评估、整个工艺段运行参数综合在线评估。通过对监测的各种 设备、工艺参数，比较优化参数后，预测出加工后产品结果内在质量即包括 感官质量、评吸指标、理化指标，实时在线质量评估。此步骤包括下列内 容
(1) 在数据管理系统中应用在线评估专用软件包；
(2) 将数据库中预置的"评估与控制标准数据"与在线实时采集到的设备运 参数、含水率、温度等数据进行实时分析；
(3) 将采集的数据进行智能过滤，剔除扰动变化影响；
(4) 对有效的数据进行分析，判断出每一个(组)运行参数与最佳、合格参
7数区域的关系，计算出每一个在线运行参数的偏差深度；
(5) 自动生成实时评估结果一 一预测出当前运行的过程参数可能引起产品 出现的内在质量的变化；
(6) 将干预结果信息即产品内在质量偏差要素内容及偏差深度，提示操作 员注意。下发到监控层，并在中央监控画面上显示，提醒监控值班人员。
4、在线智能化动态控制。
数据管理系统根据在线评估得出的结论，结合加工设备运行丄况(参数 偏差深度)的分析，智能选择调用PLC控制系统优化参数，调整PLC控制 系统运行参数的设定值及PID开闭环自动化控制参数设定值，干预PLC控 制系统的参数调节，数据管理系统对PLC控制系统强制下达控制参数的修 正和参数限定值。
特别是PLC控制系统的软件、硬件功能都要与中央数据管理系统无缝 连接，在进行设备层程序控制时，优先执行评估控制软件下达的调整、设定 指令，控制设备上的阀门、风机、风门执行元件，以及烘丝、回潮、润叶机 筒体转速，实现在线智能化动态控制的主从配合。
正常运行时，设备的运行参数在线控制结果为最佳区域值。PLC控制系 统按照操作人员和专业技术员的相关权限设定的标准参考值，进行PID开闭 环自动控制。
当在线控制系统预测到某些设备运行参数变化趋势将导致产品内在质量 超差时，PLC控制系统自动优先接受并执行数据管理系统实时下达的控制系 统参数修改调整指令，这时的调整参数是经过优化的确定的，选择参数和方 法是智能的唯一的，最终成品质量结果是能够实现在线智能化动态控制。
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权利要求
1、一种烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智能控制方法，其特征在于包括以下步骤(1)通过数据管理层智能评估控制系统，预先设置原料加工过程中的设备运行参数与加工后产品内在质量之间的参数值；(2)通过数据管理层数据采集系统，对设备运行参数和加工后产品内在质量参数实时进行在线采集；(3)通过数据管理层智能控制系统，将实时在线采集的设备运行参数以及加工过程中的内在质量参数与预先设置的参数值进行比较，预测评估加工后产品结果内在的感官质量、评吸指标、理化指标；(4)通过调整PLC控制系统运行参数的设定值及PID开闭环自动化控制参数设定值，在线干预PLC控制系统下达调整、设定指令，控制设备上的阀门、风机、风门执行元件，以及烘丝回潮、润叶机筒体转速的参数调节、参数修正和参数限定值。
2、 按权利要求1所述的一种烟草加工过程参数的在线质量评估与实时 智能控制方法，其特征在于，所述中央数据管理层智能评估控制系统包 括数据管理服务器，和安装在服务器中的智能过程评估控制软件、在线质 量评估软件，以及安装在服务器中优化参数数据库。
3、 按权利要求1所述的一种烟草加工过程参数的在线质量评估与实时 智能控制方法，其特征在于，所述中央数据管理层数据采集系统，其采集控 制状态信号包括前段加工参数，环境温度、湿度信息，设备PLC控制系 统上载的控制层全部输入、输出状态参数，以及相关控制参数。
4、 权利要求1所述的一种烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智 能控制方法，其特征在于，所述中央数据管理层数据管理智能控制系统，包 括套软、硬件，优先下达到设备层PLC控制系统的调整、执行，优先修 改、设定控制参数，评估结果实时强制修正相应设备的控制参数。
5、 权利要求1所述的一种烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智 能控制方法，其特征在于，所述设备控制层PLC可编程序控制器为智能控 制系统的底层执行设备。
全文摘要
本发明公开了一种烟草加工过程参数的在线质量评估与实时智能控制方法，包括通过数据管理系统，预先设置原料加工设备运行参数与加工后产品内在质量之间的参数值；通过数据管理采集系统，实时进行在线采集；通过数据管理层智能控制系统，将实时在线采集的参数与预先设置的参数值进行比较；通过调整PLC控制系统运行参数及PID开闭环自动化控制参数设定值，控制设备上的阀门、风机、风门执行元件，以及烘丝回潮、润叶机筒体转速的参数调节。实现烟草在线加工过程中的原料质量变化趋势的精确、动态的控制，保证产品内在质量能够实时控制在优质、稳定范围内。适用烟草加工制丝线、打叶复烤线、CO₂膨胀烟丝线、卷接包加工过程的内在指标的控制。
文档编号G05B19/418GK101488024SQ200910073739
公开日2009年7月22日 申请日期2009年1月23日 优先权日2009年1月23日
发明者华 刘, 沈德武, 马玲玲 申请人:秦皇岛烟草机械有限责任公司