烟草在线专稿　　[摘要]：为提高烟叶复烤工艺质量的稳定性，成品水分的均匀稳定，降低复烤操作人员的工作强度，云南宣威复烤厂结合现有设备的自身实际，对烤片机的回潮系统进行技术改造，应用前馈加反馈双循环PID控制原理，在手动操作的基础上增加了一套烟叶水分自动控制系统，通过对烤片机入口物料水分、流量的收集反馈，阀位的开度、动作，进行汽、水的适度供给，烟片的吸收，来达到的水分设定值，同时又对烤片机出口水分、温度实际值进行收集反馈，来对设定水分值的偏差进行修订，再进行汽、水量的适度补偿，形成实际值与设定值的统一，实现了对烟叶水分的精准控制。

　　[关键词]：烤片；前反馈；水分；精准

　　一、研究的目的和意义

　　打叶复烤产品质量要得到保障，涉及到多个工艺质量指标，成品水分为最重要的工艺质量指标，为充分保障卷烟工业企业和商业企业的利益，如何完成成品水分的均衡精准控制，设置合理的成品水分，是复烤企业提高经济利益的工作重点，通过以上项目的开展实施，将能全面降低生产操作人员的工作劳动强度，整体提高成品水分指标，保证产品质量，对企业产生巨大的经济效益。

　　烟叶复烤是烟叶从农产品转变到工业生产原料的一个重要加工过程，是烟草整体加工中非常重要的环节，　其主要目的在于调整烟叶水份达到防止霉变、排除尘士、净化香气、杀虫灭菌、利于储存发酵、保持烟叶色泽鲜艳和提高烟叶品质的目的。打叶复烤工艺中片烟复烤主要通过对打叶分离之后的烟叶片进行干燥、冷却、回潮三道工序处理，使叶片的水分，温度达到规定的工艺技术指标。所以片烟复烤是打叶复烤工艺过程中极其重要的环节。烤片机前后反馈水分控制技术在全国复烤行业中属于首创，通过项目的开展实施，将能全面降低生产操作人员的工作劳动强度，整体提高成品水分指标，使水分均衡稳定，保证产品质量，对企业产生巨大的经济效益。

　　二、国内外研究进展情况

　　（一）国内外研究情况：目前烤片机的控制方式是采用基本的PID分支小回环进行分段控制，干燥段有四个PID温度控制环，冷却段有一个PID温度控制环，回潮段则有两个PID温度控制环和一个高压水泵PID水分控制环。这也是目前国内复烤线的主要控制模式。

　　就理论上而言，PID调节是比较稳定可靠的控制方式，经过一定的反应时间，都能够达到所需的设定值。按理整个烤片机干燥、冷却和回潮三个复烤工艺段都应该是非常稳定的，但实际上，由于各区段的参数设定值都是操作工凭经验给定的，而不同操作工的经验、操作熟练程度及责任心不同，而且回潮段的加水加汽辅助喷射又全靠人工手动调节，这些人为因素就给控制带来了不稳定性，都直接反映在复烤机出口处烟叶水分值不稳定。自动高压泵的PID水分控制环虽能对出口水分起到一定的稳定作用，但控制较为滞后，而且高压雾化喷嘴产生的雾化水颗粒较大、温度低，易在烟叶表面形成水滴，从而影响到烟叶的品质。

　　另一方面，由于我国的烟叶是千家万户小规模种植的农产品，同时多等级、产地、大配方的加工模式实施，导致打叶复烤的烟叶原料极其复杂，同一加工批次的烟叶水分、品种、身份等影响到烟叶复烤加工的因素都是复杂的非线性变化，这些都是人工操作所难以掌握的，从而也都导致了烤机出口水分的不稳定性。

　　而复烤后烟叶的存储和再发酵对水分、温度是有特殊要求的，片烟质量的不稳定性会影响到卷烟工业对烟叶的使用性能，特别是水分含量，若过高则烟叶易发生霉变，过低则烟叶易碎，而且等级下降，经济效益降低，这些都会造成烟叶原材料的损耗和浪费，给国家带来巨大的经济损失。在生产实际中，通过对内部烤片操作人员的管理，以及对其他复烤企业的走访观察，发现大多数责任心稍差的操作人员为了规避职业风险，都让烤机出口水分在低限波动，因而这就迫切需要创新性地开发出一套烤机水分智能控制系统，减小复烤工艺过程的人为因素，提高复烤片烟产品质量的稳定性。

　　国内的大多复烤企业对烤片机的水分控制，大都采用采用人工进行调整和控制，主要是依据现场的监视测量装置和质检所取得的数据值，与要求值进行对比，通过人工对阀门开度的调节，来调整汽、水流量的大小，通过调控烟叶吸收的水分值的多少，来实现对烟叶水分值的修订（增加减少），满足工艺质量的要求。

　　采用人工操作控制系统，在实际生产过程中操作人员要根据物料情况及出口水分情况实时调节手动调节阀门的开度，因而操作频繁，操作强度大，同时又要人工感知烤片机出口的片烟水分值，确定水分值的多少，来进行汽、水量的调控，因而从事设备的操作人员，需要具有相应的素质和一定技能、资质，责任心强的能力综合操作人员，才能满足和适应此项操作工作。为了降低设备操作中的工作强度，提升产品质量，实现对烟叶水分的精准控制，国内一些厂家进行了相应的技术改造，其主要就是根据物料情况及出口水分，依据设定值来对回潮区的阀门开度进行调整，通过气动调节，实现汽、水的流量调整，完成对出口水分的控制，因受进口物料流量和水分波动量的影响，为了及时达到设定水分值，必然会造成阀门开闭频繁，汽水比需要频繁调整，无法对烟叶的水分实现精准控制，烟叶水分会出现忽高忽低的情况，必将会对产品质量造成严重的影响。为了改变人为因素对产品质量的影响，

　　保证产品质量的均匀稳定，针对复烤企业专业技能人员、复合性人员少的情况，实现烤片机水分的智能化精准控制，降低生产劳动强度和企业的生产运行成本，在保障复烤企业的利益前提下，兼顾两烟利益，合理设置烟叶的水分，稳定产品质量，是复烤企业实现长期持续发展，创建国内一流复烤企业的奋斗目标，也是实现卷烟上水平的重要发展途径之一。

　　实现烤片成品水分的智能控制，稳定产品质量，降低生产劳动强度，减少企业生产过程中的成本费用，实际对产品的过程的精准控制，从而达到产品的结果控制，是国内外复烤企业智能控制的今后发展的重要方向之一。

　　因水分前馈加后反馈双循环PID控制系统中，要引入来料流量、水分及凉房水分，因来料的流量不均匀、不衡定，来料的水分也不稳定，来料的流量和水分波动性大，为达到设定的片烟水分值，控制系统必然要依据来料的流量和水分、凉房水分，出口水分，调整阀门的开度，来进行加水量的增减，进行相应补偿，控制加水量的阀门必然要开启、关闭频繁，造成加水量突大、突小，使实际的片烟水分与设定值偏差较大，同时也造成喷嘴的雾化效果差，烟叶上潮带水严重，影响了产品的质量和安全。　

　　由于整个烤片机烟叶复烤过程的复杂性，建立严格的机理模型难度非常大，而一般对于先进控制来说，不知道被控对象的模型是无法实施先进控制策略的。烟叶复烤出口水分控制系统最终的改造目的是实现整条生产线的全自动控制，正常工况下，操作人员根据加工烟叶的品种和等级选择一组参数后，由控制系统实施复烤机出口水分自全动控制，考虑到整个项目的复杂性，首先我们针对目前复烤机出口水分控制的难点，先对烤片机回潮段烟叶出口水分的控制，在成功实施回潮段烟叶出口水分控制的基础上，逐步实施烤片机干燥区、喂料机、进料口流量等，整个复烤机出口水分的全自动控制。　

　　（二）宣威复烤厂烤片机的现状：目前我厂烤片机的控制方式是采用基本的PID分支小回环进行分段控制，就宣威复烤厂复烤生产线而言，烤机是昆船生产的仿普洛克特烟片复烤机，控制系统是目前国内自动化水平较高的生产线之一，入口配有电子流量秤和红外水分仪，冷房和出口各配有1台红外水分仪，采用SIEMENS　S7-400PLC　控制模块和PROFIBUS　DP总线网络子站结构对烤机的生产进行控制，现场配置了操作站，同时建立了中央监控系统，对所有电机实现顺序启、停控制，干燥段有四个PID温度控制环，冷却段有一个PID温度控制环，回潮段则有两个PID温度控制环和一个高压水泵PID水分控制环，具备设备运行故障报警和机尾水分高低限报警功能。这也是目前国内复烤线的主要控制模式。

　　就理论上而言，PID调节是比较稳定可靠的控制方式，经过一定的反应时间，都能够达到所需的设定值。按理整个烤片机干燥、冷却和回潮三个复烤工艺段都应该是非常稳定的，但实际上，由于各区段的参数设定值都是操作工凭经验给定的，而不同操作工的经验、操作熟练程度及责任心不同，而且回潮段的加水加汽辅助喷射又全靠人工手动调节，这些人为因素就给控制带来了不稳定性，都直接反映在复烤机出口处烟叶水分值不稳定。自动高压泵的PID水分控制环虽能对出口水分起到一定的稳定作用，但控制较为滞后，而且高压雾化喷嘴产生的雾化水颗粒较大、温度低，易在烟叶表面形成水滴，从而影响到烟叶的品质。

　　另一方面，由于我国的烟叶是千家万户小规模种植的农产品，大配方、多等级、多产地配打导致打叶复烤的烟叶原料极其复杂，同一加工批次的烟叶水分、品种、身份等影响到烟叶复烤加工的因素都是复杂的非线性变化，这些都是人工操作所难以掌握的，从而也都导致了烤机出口水分的不稳定性。

　　而复烤后烟叶的存储和再发酵对水分、温度是有特殊要求的，片烟质量的不稳定性会影响到卷烟工业对烟叶的使用性能，特别是水分含量，若过高则烟叶易发生霉变，过低则烟叶易碎，而且等级下降，经济效益降低，这些都会造成烟叶原材料的损耗和浪费，给国家带来巨大的经济损失。在生产实际中，通过我对内部烤片操作人员的管理，以及对其他复烤企业的走访观察，发现大多数责任心稍差的操作人员为了规避职业风险，都让烤机出口水分在低限波动，因而这就迫切需要创新性地开发出一套烤机水分智能控制系统，减小复烤工艺过程的人为因素，提高复烤片烟产品质