阅读说明：本技术 一种造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制装置及方法 (Heating control device and method for paper-making reconstituted tobacco drying box ) 是由 张书云 郭文敏 孙宇 曹铭 苏刚 畅浩 刘彦龙 于 2019-10-09 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制装置及方法,包括热交换器、蒸汽阀门、压力仪表、热风干燥箱、温度仪表、蒸汽管路和热风管道。控制系统接收现场压力仪表和温度仪表的检测信号,同时读取生产系统工作车速,自动计算出蒸汽预设压力值,经压力仪表和蒸汽阀门组成的PID连锁控制回路后,输出蒸汽阀门的开度。在生产预热阶段,通过控制蒸汽阀门的开度上升斜率以防止产生水击,造成对热交换设备的机械损坏,在生产运行阶段,通过控制压力预设参数的上升、下降斜率,以防止出现压力大幅度波动,导致热交换器内相态变化,影响换热质量,以保证控制的平稳性,确保被加热纸页质量的稳定性。(The invention discloses a heating control device and method for a paper-making reconstituted tobacco drying box. The control system receives detection signals of the field pressure instrument and the temperature instrument, simultaneously reads the working speed of the production system, automatically calculates the preset pressure value of the steam, and outputs the opening degree of the steam valve after passing through a PID (proportion integration differentiation) interlocking control loop formed by the pressure instrument and the steam valve. In the production preheating stage, the rising slope of the opening degree of the steam valve is controlled to prevent water hammer from generating and causing mechanical damage to heat exchange equipment, and in the production running stage, the rising slope and the falling slope of preset pressure parameters are controlled to prevent phase change in the heat exchanger and influence heat exchange quality due to large-amplitude fluctuation of pressure, so that the control stability is ensured, and the quality stability of the heated paper is ensured.)

一种造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制装置及方法

技术领域

本发明属于再造烟叶造纸技术领域，特别是指一种造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制装置及方法。

背景技术

造纸法再造烟叶生产线干燥箱设备是将经过涂布后的湿纸页通过循环热风加热的方式进行缓慢烘烤，以得到松软、干燥的再造烟叶成品。干燥箱的热风是空气经过热交换器进行循环加热，热交换器的加热介质是蒸汽，通过安装在蒸汽管道上的蒸汽阀门来调节蒸汽的量进行热风的温度控制。

在造纸法再造烟叶的生产过程中，干燥箱的热风温度对产品质量的稳定性起着至关重要的作用，精确、平稳的热风温度可以有效保证产品的松软度和感官质量。热风温度太高，涂布后的湿纸页加速固化浸涂液，涂布液渗透效果差，容易造成产品“白芯”现象，热风温度太低，湿纸页得不到有效干燥，容易造成产品“粘片”现象。

由于加热设备的热交换器往往采用饱和蒸汽进行空气加热，蒸汽量的平稳有效控制不仅是热风温度控制的关键，也是后级设备安全运行的有效保障。设备刚启动时，蒸汽管道和后级热交换器都是冷的，如果瞬间通入大量蒸汽，管道内极易产生水垂，造成水击现象，给管道和热交换设备带来极大的冲击，严重时可能造成损坏。设备运行中，通入蒸汽流的大幅度波动，容易导致热交换器内相态变化，影响换热质量，造成热风温度波动。

为了避免热风温度的波动，现有技术如中国专利公开号为CN103383182A中，采用热风温度与蒸汽阀门的PID连锁控制方式，由于温度检测仪表安装在循环风管道上，这种方式下蒸汽阀门的调节对温度的影响较为滞后，系统控制易出现反复波动现象。并且安装在风道内的温度仪表容易受到热风气流冲击和产品纸末积尘的影响，导致检测数据出现偏差，控制出现恶性循环，严重影响产品质量。

公开号为CN103383182A中，采用传统的PID的控制算法进行控制，控制较为简单，没有考虑特殊条件下PID回路输出的波动情况，输出变化较大时，蒸汽阀门开度变化也大，易造成温度控制不稳定，或产生水击现象造成相关设备损坏，而且该专利采用的控制方法操作繁锁，需要根据不同的工艺需求(如生产车速发生变化)，分别设定不同的热风温度值。

发明内容

本发明的目的是提供一种造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制装置及方法，解决现有热风干燥箱温度控制模式存在的控制不平稳，导致产品质量控制不稳定，以及蒸汽管道附件和后级设备运行不安全的问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制装置，包括热交换器、蒸汽阀门、压力仪表、热风干燥箱及温度仪表；

蒸汽管路与热交换器的加热侧入口连接，热交换器的加热侧出口与蒸汽冷凝水回收管路连接；

热交换器的被加热侧通过循环通风管道分别与热风干燥箱的进风口及出风口连接；

在所述蒸汽管路上设置有蒸汽阀门和压力仪表；

在所述热交换器与所述热风干燥箱的进风口之间的循环通风管道上设置有温度仪表；

所述蒸汽阀门、所述压力仪表及所述温度仪表均与控制系统电信号连接。

所述温度仪表作为热风温度的实时显示，进行参考，不直接参与控制，所述的纸机车速作为控制系统的读取参数，参与连锁调节，系统根据当前运行条件自动计算、预设需要的对应蒸汽压力值，预设的蒸汽压力值再接入由压力仪表和蒸汽阀门组成的PID连锁控制回路，控制回路输出自动调节蒸汽阀门的开度的信号。

使用上述权利要求1或2的加热控制装置，包括以下步骤：

1)控制系统检测当前生产状态，若判断当前生产状态为预热阶段，此时输入的蒸汽压力为暖管压力，所述控制系统通过查表、计算，获得在暖管条件下的预设压力值，并将该预设压力值传递给PID连锁回路，对蒸汽阀门进行调节；

若判断当前为非预热阶段，则进入步骤2)；

2)控制系统判断是否处于正常生产状态，若为正常生产状态，则进入步骤3)，若为非正常生产状态，所述控制系统判断是否生产结束，若判断为生产结束，所述控制系统控制所述蒸汽阀门关闭；

若判断为非生产结束，所述控制系统返回步骤1)；

3)控制系统读取当前生产工作车速数据，通过查表方式获得相对应的热风温度值，并计算出在该条件下的预设压力值，然后判断预设压力值是否大于压力仪表总量程的20％，若是，则将预设压力值作为输入参数转入斜率控制子程序；

若否，则判断所述PID连锁回路是否进行自动/手动切换，如果回路切换至手动状态，所述蒸汽阀门开度自动跟踪切换前的开度信号；若没有进行切换，则进行PID连锁回路控制。

所述PID连锁回路为由压力仪表和蒸汽阀门组成的PID连锁回路。

步骤1)中，为了防止PID连锁回路输出波动，控制系统将所述PID连锁回路的输出值作为斜率控制子程序的输入参数，转入斜率控制子程序进行蒸汽阀门开度的上升斜率控制，斜率控制子程序的返回值再作用于蒸汽阀门。

步骤3)中，所述PID连锁回路为预设压力值与蒸汽阀门开度之间的间接PID连锁控制。

预设压力值首先经过上升/下降的斜率控制子程序，经过斜率控制后的压力返回参数再进入常规PID连锁回路来调节蒸汽阀门的开度。

所述斜率控制子程序的控制方法，包括以下步骤：

1)将预设压力值与上次压力输出值进行比较，并判断差值是否大于零，若差值不大于零，则进入步骤2)；

若差值大于零，则判断差值是否大于设定的上升梯度值，若是，则本次压力输出值＝上次压力输出值+上升梯度值，进入步骤3)，若否，则本次压力输出值＝上次压力输出值，进入步骤3)；

2)判断差值的绝对值是否大于设定的下降梯度值，若否，则本次压力输出值＝预设压力值，进入步骤3)；若是，则本次压力输出值＝上次压力输出值-下降梯度值，进入步骤3)；

3)程序返回。

本发明的有益效果是：

由于热风温度测量存在一定的误差或不稳定性，控制系统仅将热风温度值作为控制参考，用来反映热风的变化状态。系统根据设备当前工作车速自动匹配所需的实际温度控制值，根据温度值计算、预设不同状态下所对应的蒸汽压力值，预设的压力值接入PID控制回路，一方面可以节省大量的人力操作，减少操作误差，另一方面采用蒸汽压力参与PID连锁控制，可以有效避免因热风温度直接参与控制而造成响应时间较长，出现控制滞后现象，也可以有效避免因热风气流和产品纸末积尘对温度检测的影响而产生控制误差、稳定不平稳现象。

在生产预热阶段采用阀门开度的上升斜率控制，可以缓慢通入蒸汽，保证蒸气暖管时间，避免在蒸汽管道内部产生水击现象，严重时可能导致后级热交换器的开裂、泄露。

在生产运行阶段：为避免蒸汽阀门开度急剧变化，对蒸汽压力预设值波动较大时采用变化斜率控制，PID连锁投入出现误切换时采用自动跟踪控制，减少通风温度的急剧波动，保证了产品的质量稳定性。

附图说明

图1为本发明加热控制装置流程图；

图2为本发明控制方法逻辑图；

图3为本发明斜率控制子程序的控制方法逻辑图。

附图标记说明

1蒸汽阀门，2压力仪表，3温度仪表，4热交换器，5热风干燥箱，6蒸汽管路7通风管道。

具体实施方式

以下通过实施例来详细说明本发明的技术方案，以下的实施例仅是示例性的，仅能用来解释和说明本发明的技术方案，而不能解释为是对本发明技术方案的限制。

如图1所示，本申请提供的造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制装置包括热交换器4、蒸汽阀门1、压力仪表2、热风干燥箱5、温度仪表3、蒸汽管路6和热风管道7，热交换器的加热侧是蒸汽管道，蒸汽管道的一端接入新鲜的饱和蒸汽，另一端接入热交换器的加热侧入口，进入热交换器前的蒸汽管道上安装蒸汽阀门和压力仪表，热交换器的加热侧出口与蒸汽冷凝水回收管路连接。热交换器的被加热侧是循环通风管道，通风管道的一端接热风干燥箱的出风口，通风管道的另一端经热交换器4后接热风干燥箱进风口，热交换器和热风干燥箱之间的通风管上安装温度仪表。压力仪表、温度仪表和蒸汽阀门接入自动控制系统，其中，温度仪表作为热风干燥箱的热风温度显示，仅作为热风状态的参考，不直接参与控制，纸机车速作为控制系统的读入数据，直接参考连锁调节，系统根据当前运行条件自动计算、预设需要的对应蒸汽压力，该预设压力值再接入由压力仪表和蒸汽阀门组成的PID连锁控制回路，控制回路输出自动调节蒸汽阀门的开度。

本技术方案的造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制方法，温度仪表作为干燥箱的风温显示，纸机车速作为系统的读取数据，直接参与连锁调节，根据工艺需求，不同的工作车速对应不同的热风温度，自动控制系统根据当前运行参数查找所对应的温度值，进一步地自动计算、预设对应的蒸汽压力值。

压力仪表和蒸汽阀门进行PID连锁控制，控制系统根据自动预设的压力值和实时读取的压力值进行比较运算，将输出结果控制蒸汽阀门的开度，当蒸汽压力值远小于预设值时，增大蒸汽阀门开度，接近预设值时，关小蒸汽阀门。

控制系统自动检测生产运行状态，根据不同的生产运行状态，采用不同的控制措施，包括生产预热阶段，生产运行阶段。

生产预热阶段：预设的压力值接入PID回路后，回路的输出不直接作用于蒸汽阀门，而是将PID回路输出作为中间值，按照一定的上升斜率进行控制，斜率控制后的结果作用于蒸汽阀门，自动控制阀门开度。

生产运行阶段：当控制系统检测到预设的压力值与上一次预设值的波动量大于压力仪表量程的20％时，进行预设值的变化斜率控制，进行斜率控制后的值作为PID回路的输入参数进行控制。当控制系统检测到PID回路出现模式(自动投入/解除)切换时，系统进行自动跟踪，将模式切换前的PID回路输出值作为直接输出作用于蒸汽阀门，其它正常状态下，按照正常的PID回路进行控制输出。

具体控制方法为：

一种造纸法再造烟叶干燥箱的加热控制方法，使用上述任一项的加热控制装置，包括以下步骤：

在进行控制前，先将不同的生产工作车速需要对应的循环热风温度值，形成温度对应表，存储于控制系统内，以供控制系统调用，同时，控制系统还存储热风温度值与对应的蒸汽压力值的经验计算公式，便于实时计算不同条件下所需的蒸汽预设压力。这样，根据生产工作车速就可以通过查表、计算的方式获得预设的蒸汽压力值。

1)控制系统检测当前生产状态，若判断当前生产状态为预热阶段，此时生产应当处于待机状态，有效工作车速为0，此时输入的蒸汽压力为暖管压力，控制系统通过查表、计算，获得在暖管条件下的预设压力值，并将该预设压力值传递给PID连锁回路，对蒸汽阀门进行调整；当实际压力值远小于预设值时，加大阀门的开度，接近于预设值时，减小阀门开度，为防止PID连锁回路输出波动，导致蒸汽阀门瞬间打开过大，控制中将PID连锁回路输出值作为斜率控制子程序的输入参数，转入子程序进行阀门开度的上升斜率控制，子程序的返回值再作用于蒸汽阀门，这样蒸汽阀门呈线性缓慢变化。

若判断当前为非预热阶段，则进入步骤2)；

2)控制系统判断是否处于正常生产状态，若为正常生产状态，则进入步骤3)，若为非正常生产状态，控制系统判断是否生产结束，若判断为生产结束，控制系统控制蒸汽阀门关闭。

若判断为非生产结束，控制系统返回步骤1)；

3)控制系统读取当前生产工作车速数据，并通过查表方式获得相对应的热风温度值，并计算在该条件下的预设压力值，然后判断预设压力值是否大于压力仪表总量程的20％，若是，则将预设压力值作为输入参数转入斜率控制子程序；为防止车速变化过快带来的预设压力值反复波动，最终导致热交换器内蒸汽相态反复变化，影响换热质量，预设的蒸汽压力参数与蒸汽阀门开度进行间接PID连锁控制。预设的压力值首先经过上升/下降的斜率控制子程序，经过斜率控制后的压力返回参数再进入常规PID控制回路来调节蒸汽阀门。

若否，则判断PID连锁回路是否进行自动/手动切换，如果回路切换至手动状态，所述蒸汽阀门开度自动跟踪切换前的开度信号；若没有进行切换，则进行PID连锁回路控制。

PID连锁回路为由压力仪表和蒸汽阀门组成的PID连锁回路。

步骤1)中，为了防止PID连锁回路输出波动，控制系统将PID连锁回路的输出值作为斜率控制子程序的输入参数，转入斜率控制子程序进行蒸汽阀门开度的上升斜率控制，斜率控制子程序的返回值再作用于蒸汽阀门。

步骤3)中，PID连锁回路为预设压力值与蒸汽阀门开度之间的间接PID连锁控制。

预设压力值首先经过上升/下降的斜率控制子程序，经过斜率控制后的压力返回参数再进入常规PID连锁回路来调节蒸汽阀门的开度。

斜率控制子程序的控制方法，包括以下步骤：

子程序的输入参数为压力设定值，斜率控制参数＝20/100*(压力仪表工程最大值－压力仪表工程最小值)，即压力仪表总量程的20％。

1)将预设压力值与上次压力输出值进行比较，并判断差值是否大于零，若差值不大于零，则进入步骤2)；

若差值大于零，则判断差值是否大于设定的上升梯度值，若是，则本次压力输出值＝上次压力输出值+上升梯度值，进入步骤3)，若否，则本次压力输出值＝上次压力输出值，进入步骤3)；

2)判断差值的绝对值是否大于设定的下降梯度值，若否，则本次压力输出值＝预设压力值，进入步骤3)；若是，则本次压力输出值＝上次压力输出值-下降梯度值，进入步骤3)；

3)程序返回。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变形，本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。