CN103217010A - 物料烘缸设备的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种物料烘缸设备的控制系统。所述控制系统利用采样单元采样所述物料出口的水分测量值、烘缸侧表面的温度测量值、热风机的出风温度测量值及出风速度测量值；再由出口水分控制单元根据所采样的物料出口的水分测量值、物料入口的水分测量值的变化来修订所述热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值；由蒸汽阀门控制单元根据所述烘缸表面温度设定值与所采样的温度测量值之差控制所述蒸汽阀门的开合大小；以及由热风机控制单元根据所述出风温度设定值与所采样的出风温度测量值之差来控制所述热风机改变出风温度，并根据出风速度设定值与所采样的出风速度测量值之差来控制所述热风机改变出风速度。

Description

物料烘缸设备的控制系统

技术领域

本发明涉及一种物料烘缸设备的控制系统。

背景技术

物料烘缸设备主要用于烟草、干货等物料的烘干。其设备犹如一个横卧圆柱体，内部为空心腔体，热蒸汽从腔体的一端流入使设备加热并形成蒸汽冷凝水再从另一端流出。也有蒸汽同时在一端流入在腔体内循环后再从同一端流出的设计。随着设备旋转，紧贴于被热蒸汽加热的设备表面的湿纸水分被蒸发，然后进入下一道工序。因此这种旋转式烘干加热设备通常也被称作烘缸。

为了使烘干后的水分控制在工艺要求的范围内，需要对该烘缸工序应用水分自动控制系统。为了实现一个控制系统，需要准确测量被控对象的关键工艺参数，如经烘缸加热干燥后的烟草薄片水分，烘缸缸体的表面温度等；采集到这些数据后通过控制模型程序计算输出所需调节的控制量；而执行机构就是完成控制量输出作用的最终设备，从而形成一个闭环反馈自动控制系统。

在烘缸的控制系统中，最直接的是物料的出口水分控制回路，但该回路没有直接可作为控制输出的执行机构，需要借助于烘缸的温度、出风速度等控制实现出口水分的控制。然而，在实际生产线上，这种控制系统只能单一的控制烘缸的温度或出风速度，对于烟草类的物料，由于输入物料的湿度范围很大，而对烘干后的物料湿度要求又很高，仅控制烘缸设备中的一种影响因素不能满足烘干后的物料的湿度要求，使得烘干后的烟草物料质量参差不齐，增加了差品率。

此外，由于烘缸在生产过程中始终处于旋转状态，而缸体表面又被烟草薄片纸张所覆盖，因此旋转式设备表面温度的准确测量一直是一个被广为讨论的课题。目前，比较常见的温度测量方式是红外温度测量法。这种方法是在距离被测量物体表面一定范围内安装红外温度传感器，利用物体的辐射热效应，使探测元件接收辐射后，经变送器转换后得到测量温度。然而烟草薄片工艺在使用烘缸将烟浆抄造烘干成型过程中，会产生大量蒸腾的水蒸汽，水蒸汽极容易掩盖烘缸表面的真实温度，导致测量的温度可靠性很低。同时，烟草薄片加工现场大量飞扬的粉尘也很容易污染传感器的红外探头。

因此，需要对现有的烘缸控制系统进行改进。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种物料烘缸设备的控制系统，用于解决现有技术中烘缸设备的控制系统无法满足烟草烘干的水分含量要求，以及现有的控制系统中烘缸表面的温度测量不准确等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种物料烘缸设备的控制系统，其中，烘缸设备包括：物料出口、物料入口、与物料出入口连接的滚筒式烘缸、用于烘干所述烘缸上的烟草的热风机、及用于排出烘缸内水分的蒸汽阀门，所述控制系统至少包括：采样单元，用于采样所述物料出口的水分测量值、物料入口的水分测量值、所述烘缸侧表面的温度测量值、所述热风机的出风温度测量值及出风速度测量值；与所述采样单元连接的出口水分控制单元，用于根据所采样的物料出口的水分测量值、物料入口的水分测量值的变化来修订所述热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值；与所述采样单元及出口水分控制单元连接的蒸汽阀门控制单元，用于根据所述烘缸表面温度设定值与所采样的温度测量值之差控制所述蒸汽阀门的开合大小，以调整烘缸内的蒸汽压力；与所述采样单元及出口水分控制单元连接的热风机控制单元，用于根据所述出风温度设定值与所采样的出风温度测量值之差来控制所述热风机改变出风温度，并根据出风速度设定值与所采样的出风速度测量值之差来控制所述热风机改变出风速度。

优选地，所述采样单元包括：

用于采样所述烘缸侧表面温度测量值的至少一个第一温度采样模块，包括：

贴设于所述烘缸底面与烘缸侧表面的物料烘干区之间的侧表面的温度传感器；

安装在所述温度传感器后端、且将所述温度传感器压在所述烘缸侧表面的弹簧装置；

用于采样所述热风机的转速测量值的转速采样模块；

用于采样所述热风机的出风温度测量值的第二温度采样模块；

用于采样所述物料出口及物料入口的水分测量值的水分仪。

优选地，所述温度传感器为有线的接触式温度传感器。

优选地，所述出口水分控制单元包括：与所述采样单元连接的前馈补偿模块，用于利用PI控制算法来实时的对所采样的物料入口的水分测量值进行物料在烘干过程中的控制滞后的补偿预算，并输出预算结果；与所述采样单元及前馈补偿模块连接的出口水分控制模块，用于利用预设的比例积分微分控制算法来确定物料出口水分设定值与所采样的物料出口的水分测量值之差所对应的出口水分的控制分量，并根据所述控制分量与预算结果来修订热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值。

优选地，所述出口水分控制模块还用于根据所述控制分量与预算结果各自所占的权重得到考虑了补偿预算的控制量，并将所述控制量分别与预设的热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值的放大系数进行放大运算，得到修正后的热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值。

优选地，所述蒸汽阀门控制单元包括：与每一个所述温度传感器连接的第一温度变送器，用于根据各所述温度传感器所采样的温度测量值来确定所述烘缸侧表面的物料烘干区的温度测量值；与所述第一温度变送器连接的蒸汽阀门控制模块，用于根据多次采样所得到的多个温度测量值来进行PID控制运算，以得到所述蒸汽阀门的控制量，并根据所述蒸汽阀门的控制量来控制所述蒸汽阀门的开合度。

优选地，所述热风机控制单元包括：与所述转速采样模块连接的风速变送器，根据预设的热风机的转速与出风速度的对应关系将所采样的热风机的转速测量值转换成所述热风机的出风速度测量值；与所述风速变送器连接的第一热风机控制模块，用于根据多次采样所得到的多个所述出风速度测量值来进行PID控制运算，以得到所述热风机中的送风电机的控制量，并根据所述送风电机的控制量来控制所述送风电机的输出功率。

优选地，所述热风机控制单元包括：与所述第二温度采样模块连接的第二温度变送器，用于将所采样的热风机的出风温度测量值进行数字化及放大；与所述第二温度变送器连接的第二热风机控制模块，用于根据多次采样所得到的多个出风温度测量值来进行PID控制运算，以得到所述热风机中的加热器的控制量，并根据所述加热器的控制量来控制所述加热器的输出功率。

如上所述，本发明的物料烘缸设备的控制系统，具有以下有益效果：实时采样烘缸设备中与出口水分相关的各测量值，并由出口水分控制单元根据测量值及预设的控制模型及控制电路对热风机控制单元、蒸汽阀门控制单元提供相应的设定值，并由热风机控制单元、蒸汽阀门控制单元各自根据所采样的测量值及设定值之差来控制相应的热风机和蒸汽阀门，如此同时对与物料烘干水分相关的烘缸设备中的多个装置进行控制，保证物料出口水分的最大偏差控制在1.5%以内。

附图说明

图1显示为现有技术的物料烘缸设备结构示意图。

图2显示为本发明的物料烘缸设备的控制系统的结构示意图。

图3显示为本发明的物料烘缸设备的控制系统中第一温度采样模块的结构示意图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

本发明提供一种物料烘缸设备的控制系统。所述控制系统用于控制烘缸设备中所烘干的烟草物料的水分，使烘干后的烟草物料的水分保持在指定范围内，以提高烟草物料的质量。其中，如图1所示，所述烘缸设备包括：物料出口23、物料入口21、与物料出/入口连接的滚筒式烘缸22、用于烘干所述烘缸上的烟草的热风机25、及用于排出烘缸表面水分的蒸汽阀门24。其中，所述热风机包括加热器和送风电机。如图2所示，所述控制系统包括：采样单元11、出口水分控制单元12、热风机控制单元14、蒸汽阀门控制单元13。

所述采样单元11用于采样所述物料出口23的水分测量值、物料入口21的水分测量值、所述烘缸22侧表面的温度测量值、所述热风机25的出风温度测量值及出风速度测量值。

具体地，所述采样单元11包括：第一温度采样模块、转速采样模块、第二温度采样模块及水分仪。

所述第一温度采样模块用于采样所述烘缸侧表面温度测量值。其数量可以是一个也可以是多个。如图3所示。所述第一温度采样模块包括：温度传感器111和弹簧装置112。

具体地，所述温度传感器111贴设于所述烘缸底面与烘缸侧表面的物料烘干区之间的侧表面。所述温度传感器111主要为接触式温度传感器。所述接触式温度传感器优选为有线的接触式温度传感器。

所述弹簧装置112安装在所述温度传感器111后端、且将所述温度传感器111压在所述烘缸侧表面。其中，所述弹簧装置112可以包括弹簧或弹簧片。

具体地，所述弹簧装置112固定在所述烘缸的支架上，所述弹簧装置112中的弹簧被所述温度传感器111挤压变形，所述温度传感器111受弹簧的作用力紧贴在烘缸22的侧表面。当所述烘缸22转动时，所述温度传感器111与所述烘缸22的侧表面向摩擦，因此所述温度传感器111会被磨损，但由于弹簧的作用力，温度传感器111和所述烘缸22的侧表面之间不会产生缝隙，故能够准确地测出所述侧表面的温度测量值。

所述转速采样模块用于采样所述热风机的转速测量值。

具体地，所述转速采样模块与所述热风机的送风电机连接，通过获取送风电机的输出功率等参数来计算所述送风电机当前的转速。所述转速采样模块的硬件包括：与送风电机连接且用于获取送风电机输出电信号的采样电阻、与采样电阻连接且用于根据预设公式计算送风电机当前的转速的DSP。

所述第二温度采样模块用于采样热风机的出风温度测量值。具体地，所述第二温度采样模块位于所述热风机的出风口，以获得热风机的出风口的出风温度测量值。所述第二温度采样模块可以为非接触式温度传感器。

所述水分仪分别位于物料出口及物料入口，用于采样所述物料出口及物料入口的水分测量值。

所述出口水分控制单元12与所述采样单元11连接，用于根据所采样的物料出口的水分测量值、物料入口的水分测量值的变化来修订所述热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值。

具体地，所述出口水分控制单元12将预设的物料入口、物料出口水分设定值分别与所述水分仪采样的物料入口的水分测量值、物料出口的水分测量值做差值计算，再根据预设的相应的差值区间分别与出风温度设定值、出风速度设定值及烘缸表面温度设定值的分段对应关系，来确定所得到的差值所对应的各设定值。

优选地，所述出口水分控制单元12包括：前馈补偿模块、出口水分控制模块。

所述前馈补偿模块与所述物料入口的水分仪连接，用于利用PI控制算法来实时的对所采样的物料入口的水分测量值进行物料在烘干过程中的控制滞后的补偿预算，并输出预算结果。其中，所述前馈补偿模块为能够按照预设的程序进行大量数值、逻辑运算的模块，其包括但不限于：处理器、FPGA、DSP等。

具体地，所述前馈补偿模块利用公式（1）：

来进行补偿预算，其中，T_in为物料入口的水分测量值，优选地，T_in为包含物料入口的水分测量值、烘缸转速、气罩热风温度、气罩热风风速的矩阵，表示所述前馈补偿模块的惯性环节，e^-τs表示所述前馈补偿模块的滞后（延迟）环节，Kp表示比例环节（即比例系数），Y₁(s)为预算的结果，所述前馈补偿模块将Y₁(s)予以输出。

所述出口水分控制模块与所述前馈补偿模块及所述物料出口的水分仪连接，用于利用预设的比例积分微分控制算法来确定物料出口水分设定值与所采样的物料出口的水分测量值之差所对应的物料出口水分的控制分量，并根据所述控制分量与预算结果来修订热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值。其中，所述出口水分控制模块包括减法器及与所述减法器输出端连接的处理器，所述处理器主要为一种能够按照预设的程序进行大量数值、逻辑运算的模块，其包括但不限于：FPGA、单片机等。

具体地，所述出口水分控制模块利用公式（2）：

来计算物料出口水分的控制分量，其中，为比例积分微分控制系数，△T_out为物料出口水分设定值与所采样的物料出口的水分测量值之差，Y₂(s)为控制分量；

接着，所述出口水分控制模块根据预设的控制分量与预算结果各自所占的权重得到考虑了补偿预算的控制量，并将所述控制量分别与预设的热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值的放大系数进行放大运算，得到修正后的热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值。

例如，所述控制分量的权重为0.7，预算结果的权重为0.3，则所述出口水分控制模块得到控制量Y(s)为0.7*Y2(s)+0.3*Y1(s)，再根据预设的热风机的出风温度设定值的放大系数为5.3，得到热风机的出风温度设定值为Y(s)*5.3，类似的，预设的热风机的出风速度设定值的放大系数为0.5，得到热风机的出风速度设定值为Y(s)*0.5，预设的烘缸表面温度设定值的放大系数为20，得到烘缸表面温度设定值为Y(s)*20。

所述蒸汽阀门控制单元13与所述采样单元11及出口水分控制单元12连接，用于根据所述烘缸表面温度设定值与所采样的温度测量值之差控制所述蒸汽阀门的开合大小，以调整烘缸内的蒸汽压力。

具体地，所述蒸汽阀门控制单元13预设所述烘缸表面温度差值区间与所述蒸汽阀门开合度的对应关系，并确定所得到的所述烘缸表面温度设定值与所采样的温度测量值之差在哪个温度差值区间范围内，再确定相应温度差值区间所对应的蒸汽阀门开合度，并向所述蒸汽阀门发出相应的控制指令，例如，当所述蒸汽阀门在控制指令下开合度变大时，所述烘缸内的蒸汽压力由大变小，如此能够释放烘缸内更多的水分。

优选地，所述蒸汽阀门控制单元13包括：第一温度变送器、蒸汽阀门控制模块。

所述第一温度变送器与每一个所述第一温度传感器连接，用于根据各所述第一温度传感器所采样的温度测量值来确定所述烘缸侧表面的物料烘干区的温度测量值。

具体地，所述第一温度变送器获取所述烘缸侧表面不同位置的第一温度传感器所采样的温度测量值，并根据预设的烘缸侧表面的温度模型将所采样的所有温度测量值进行建模，以模拟覆盖了物料的烘干区域的温度测量值。

所述蒸汽阀门控制模块与所述第一温度变送器连接，用于根据多次采样所得到的多个温度测量值来进行PID控制运算，以得到所述蒸汽阀门的控制量，并根据所述蒸汽阀门的控制量来控制所述蒸汽阀门的开合度。

具体地，所述蒸汽阀门控制模块将连续三次采样所得到的温度测量值代入公式（3）： $Y{\left(t\right)}_{k1}=Y{\left(t\right)}_{k1-1}+K_{p1}{\mathrm{\ΔE}}_1+\frac{1}{K_{I1}}{E}_{k1}{\mathrm{\Δt}}_1+K_{D1}\frac{E_{k1}-2E_{k1-1}+E_{k1-2}}{{\mathrm{\Δt}}_1},$ 得到所述蒸汽阀门的控制量，并根据预设的控制量与蒸汽阀门的开合度的对应关系，将所述控制量转换成对所述蒸汽阀门的相应控制指令，以控制所述蒸汽阀门的开闭程度，以使烘缸中的水蒸气含量保持稳定。其中，Y(t)_k1为当前所述蒸汽阀门控制模块输出的控制量，Y(t)_k1-1为前一周期所述蒸汽阀门控制模块输出的控制量，E₁为以所采样的温度变化范围百分比表示的误差，具体地，E₁=（第k1个温度测量值-温度设定值）/温度设定值-（第(k1-1)个温度测量值-温度设定值）/温度设定值，ΔE₁为(E_k1-E_k1-1)，Δt₁为回路控制更新时间，K_p1为比例增益系数，K_I1为积分增益系数，K_D1为微分增益系数。其中，K_p1=0.8，K_I1=90，K_D1=5。

所述热风机控制单元14与所述采样单元11及出口水分控制单元12连接，用于根据所述出风温度设定值与所采样的出风温度测量值之差来控制所述热风机改变出风温度，并根据出风速度设定值与所采样的出风速度测量值之差来控制所述热风机改变出风速度。

具体地，所述热风机控制单元14预存有出风温度的变化范围与热风机的加热功率的对应关系，以及出风速度的变化范围与热风机的送风电机的输出功率的对应关系，则根据预存的出风温度的变化范围确定所述出风温度设定值与所采样的出风温度测量值之差所对应的加热功率，并向所述热风机发出温度控制指令，以使所述热风机改变加热功率；同时，所述热风机控制单元14根据预存的出风速度的变化范围确定所述出风速度设定值与所采样的出风速度测量值之差所对应的送风电机的输出功率，并向所述热风机发出功率控制指令，以使所述热风机改变送风电机的输出功率。

所述热风机控制单元14优选地包括：风速变送器、第一热风机控制模块、第二温度变送器、第二热风机控制模块。

所述风速变送器与所述转速采样模块连接，用于根据预设的热风机的转速与出口风速的对应关系将所采样的热风机的转速测量值转换成所述热风机的出口风速测量值；

例如，所述风速变送器中预存四组转速区间分别与所述热风机的出口风速的对应关系，并确定所得到的转速测量值在哪个转速区间内，再确定相应的转速区间所对应的出口风速测量值。

又如，所述风速变送器预设转速与出口风速测量值的线性关系式，并根据所述关系式将所采样的热风机的转速测量值转换成所述热风机的出口风速测量值。

所述第一热风机控制模块与所述风速变送器连接，用于根据多次采样所得到的多个所述出风速度测量值来进行PID控制运算，以得到所述热风机中的送风电机的控制量，并根据所述送风电机的控制量来控制所述送风电机的输出功率。

具体地，所述第一热风机控制模块将连续三次采样所得到的出风速度测量值代入公式（4）： $Y{\left(t\right)}_{k2}=Y{\left(t\right)}_{k2-1}+K_{p2}{\mathrm{\ΔE}}_2+\frac{1}{K_{I2}}{E}_{k2}{\mathrm{\Δt}}_2+K_{D2}\frac{E_{k2}-2E_{k2-1}+E_{k2-2}}{{\mathrm{\Δt}}_2},$ 得到所述热风机的出风速度的控制量，并根据预设的控制量与热风机中送风电机的输出功率的对应关系，将所述控制量转换成对所述送风电机的相应控制指令，以控制所述送风电机的输出功率。其中，Y(t)_k2为当前所述第一热风机控制模块输出的控制量，Y(t)_k2-1为前一周期所述第一热风机控制模块输出的控制量，E₂为以所采样的出风速度变化范围百分比表示的误差，具体地，E₂=（第k2个出风速度测量值-出风速度设定值）/出风速度设定值-（第(k2-1)个出风速度测量值-出风速度设定值）/出风速度设定值，ΔE₂为(E_k2-E_k2-1)，Δt₂为回路控制更新时间，K_p2为比例增益系数，K_I2为积分增益系数，K_D2为微分增益系数。其中，K_p2=0.4，K_I2=10，K_D2=2。

所述第二温度变送器与所述第二温度采样模块连接，用于将所采样的热风机的出风温度测量值进行数字化及放大。

具体地，所述第二温度采样模块所采样的出风温度测量值为模拟信号，则所述第二温度变送器将所述模拟信号转换成数字信号，并进行放大，以得到满足第二热风机控制模块的输入要求的数字信号。

所述第二热风机控制模块用于根据多次采样所得到的多个出风温度测量值来进行PID控制运算，以得到所述热风机中的加热器的控制量，并根据所述加热器的控制量来控制所述加热器的输出功率。

具体地，所述第二热风机控制模块将连续三次采样所得到的出风温度测量值代入公式（5）： $Y{\left(t\right)}_{k3}=Y{\left(t\right)}_{k3-1}+K_{p3}{\mathrm{\ΔE}}_3+\frac{1}{K_{I3}}{E}_{k3}{\mathrm{\Δt}}_3+K_{D3}\frac{E_{k3}-2E_{k3-1}+E_{k3-2}}{{\mathrm{\Δt}}_3},$ 得到所述热风机的出风温度的控制量，并根据预设的控制量与热风机中加热器的输出功率的对应关系，将所述控制量转换成对所述加热器的相应控制指令，以控制所述加热器的输出功率。其中，Y(t)_k3为当前所述第二热风机控制模块输出的控制量，Y(t)_k3-1为前一周期所述第二热风机控制模块输出的控制量，E₃为以所采样的出风温度变化范围百分比表示的误差，具体地，E₃=（第k3个出风温度测量值-出风温度设定值）/出风温度设定值-（第(k3-1)个出风温度测量值-出风温度设定值）/出风温度设定值，ΔE₃为(E_k3-E_k3-1)，Δt₃为回路控制更新时间，K_p3为比例增益系数，K_I3为积分增益系数，K_D3为微分增益系数。其中，K_p3=0.5，K_I3=25，K_D3=3。

所述控制系统的工作过程如下：

所述采样单元采样所述物料出口的水分测量值、物料入口的水分测量值、所述烘缸侧表面的温度测量值、所述热风机的出风温度测量值及出风速度测量值，并将所采样的各测量值封装在一起，输给出口水分控制单元、蒸汽阀门控制单元及热风机控制单元；

所述出口水分控制单元中的前馈补偿模块将所采样的物料入口的水分测量值代入公式（1）以得到用于控制滞后的补偿预算的结果，并将所述预算结果提供给出口水分控制模块，所述出口水分控制模块先将所采样的物料出口的水分测量值代入公式（2），得到控制分量，并按照控制分量与预算结果的权重关系，得到考虑了预算结果的控制量，同时，按照烘干机中蒸汽阀门、热风机中的加热器、热风机中的送风电机各自在烘干物料中起得作用大小，将所述控制量按预设的比例进行放大，以分别得到热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值，并将热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值输至热风机控制单元，将烘缸表面温度设定值输至蒸汽阀门控制单元；

所述蒸汽阀门控制单元中的贴在烘缸侧表面的温度传感器将所测得的温度测量值通过有线传输给第一温度变送器，由第一温度变送器根据预建立的温度模型来计算烘缸侧表面中烘干物料区域的温度测量值，并将所得到的温度测量值提供给蒸汽阀门控制模块，由所述蒸汽阀门控制模块根据多次得到的温度测量值及公式（3）来得到控制蒸汽阀门开合度的控制量，并实时控制蒸汽阀门的开合度；

所述热风机控制单元中的风速变送器将所采样的热风机中送风电机的转速测量值转换成出风速度测量值，并由第一热风控制模块根据多次得到的出风速度测量值及公式（4）来得到控制送风电机的输出功率的控制量，并实时控制送风电机的输出功率；

同时，所述热风机控制单元中的第二温度变送器将所采样的热风机的出风温度测量值进行数字化及放大，以得到满足第二热风机控制模块中减法器输入要求的出风温度测量值，并由第二热风机控制模块根据多次得到的出风温度测量值及公式（5）来得到控制加热器的输出功率的控制量，并实时控制加热器的输出功率。

综上所述，本发明的物料烘缸设备的控制系统，实时采样烘缸设备中与出口水分相关的各测量值，并由出口水分控制单元根据测量值及预设的控制模型及控制电路对热风机控制单元、蒸汽阀门控制单元提供相应的设定值，并由热风机控制单元、蒸汽阀门控制单元各自根据所采样的测量值及设定值之差来控制相应的热风机和蒸汽阀门，如此同时对与物料烘干水分相关的烘缸设备中的多个装置进行控制，保证物料出口水分的最大偏差控制在1.5%以内；另外，在出口水分控制单元中加入前馈补偿机制，能够预测烘干过程中控制系统的滞后因素，由此来及时更新各设定值，以便及时更改热风机控制单元、蒸汽阀门控制单元输出的控制指令，如此进一步增加物料出口水分的稳定度；此外，将第一温度采样模块中的温度传感器放置于所述烘缸底面与烘缸侧表面的物料烘干区之间的侧表面，能够准确的测量侧表面的温度，同时温度传感器采用有线温度传感器，可避免因烘干环境恶劣，无线温度传感器的信号无法准确获得的缺点。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (8)

1.一种物料烘缸设备的控制系统，其中，烘缸设备包括：物料出口、物料入口、与物料出入口连接的滚筒式烘缸、用于烘干所述烘缸上的烟草的热风机、及用于排出烘缸内水分的蒸汽阀门，其特征在于，所述控制系统至少包括：

采样单元，用于采样所述物料出口的水分测量值、物料入口的水分测量值、所述烘缸侧表面的温度测量值、所述热风机的出风温度测量值及出风速度测量值；

与所述采样单元连接的出口水分控制单元，用于根据所采样的物料出口的水分测量值、物料入口的水分测量值的变化来修订所述热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值；

与所述采样单元及出口水分控制单元连接的蒸汽阀门控制单元，用于根据所述烘缸表面温度设定值与所采样的温度测量值之差控制所述蒸汽阀门的开合大小，以调整烘缸内的蒸汽压力；

与所述采样单元及出口水分控制单元连接的热风机控制单元，用于根据所述出风温度设定值与所采样的出风温度测量值之差来控制所述热风机改变出风温度，并根据出风速度设定值与所采样的出风速度测量值之差来控制所述热风机改变出风速度。

2.根据权利要求1所述的物料烘缸设备的控制系统，其特征在于，所述采样单元包括：

用于采样所述烘缸侧表面温度测量值的至少一个第一温度采样模块，包括：

贴设于所述烘缸底面与烘缸侧表面的物料烘干区之间的侧表面的温度传感器；

安装在所述温度传感器后端、且将所述温度传感器压在所述烘缸侧表面的弹簧装置；

用于采样所述热风机的转速测量值的转速采样模块；

用于采样所述热风机的出风温度测量值的第二温度采样模块；

用于采样所述物料出口及物料入口的水分测量值的水分仪。

3.根据权利要求2所述的物料烘缸设备的控制系统，其特征在于，所述温度传感器为有线的接触式温度传感器。

4.根据权利要求1所述的物料烘缸设备的控制系统，其特征在于，所述出口水分控制单元包括：

与所述采样单元连接的前馈补偿模块，用于利用PI控制算法来实时的对所采样的物料入口的水分测量值进行物料在烘干过程中的控制滞后的补偿预算，并输出预算结果；

与所述采样单元及前馈补偿模块连接的出口水分控制模块，用于利用预设的比例积分微分控制算法来确定物料出口水分设定值与所采样的物料出口的水分测量值之差所对应的出口水分的控制分量，并根据所述控制分量与预算结果来修订热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值。

5.根据权利要求4所述的物料烘缸设备的控制系统，其特征在于，所述出口水分控制模块还用于根据所述控制分量与预算结果各自所占的权重得到考虑了补偿预算的控制量，并将所述控制量分别与预设的热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值的放大系数进行放大运算，得到修正后的热风机的出风温度设定值、热风机的出风速度设定值、及烘缸表面温度设定值。

6.根据权利要求2所述的物料烘缸设备的控制系统，其特征在于，所述蒸汽阀门控制单元包括：

与每一个所述温度传感器连接的第一温度变送器，用于根据各所述温度传感器所采样的温度测量值来确定所述烘缸侧表面的物料烘干区的温度测量值；

与所述第一温度变送器连接的蒸汽阀门控制模块，用于根据多次采样所得到的多个温度测量值来进行PID控制运算，以得到所述蒸汽阀门的控制量，并根据所述蒸汽阀门的控制量来控制所述蒸汽阀门的开合度。

7.根据权利要求2所述的物料烘缸设备的控制系统，其特征在于，所述热风机控制单元包括：

与所述转速采样模块连接的风速变送器，根据预设的热风机的转速与出风速度的对应关系将所采样的热风机的转速测量值转换成所述热风机的出风速度测量值；

与所述风速变送器连接的第一热风机控制模块，用于根据多次采样所得到的多个所述出风速度测量值来进行PID控制运算，以得到所述热风机中的送风电机的控制量，并根据所述送风电机的控制量来控制所述送风电机的输出功率。

8.根据权利要求2所述的物料烘缸设备的控制系统，其特征在于，所述热风机控制单元包括：

与所述第二温度采样模块连接的第二温度变送器，用于将所采样的热风机的出风温度测量值进行数字化及放大；

与所述第二温度变送器连接的第二热风机控制模块，用于根据多次采样所得到的多个出风温度测量值来进行PID控制运算，以得到所述热风机中的加热器的控制量，并根据所述加热器的控制量来控制所述加热器的输出功率。

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