捲菸車間工藝空調工況轉換控制方法與流程
2024-04-15 19:44:05
1.本發明涉及捲菸製造領域，尤其涉及一種捲菸車間工藝空調工況轉換控制方法。
背景技術：
2.隨著科學技術和工藝要求的發展，菸草加工技術對生產車間內的溫溼度控制水平提出了更精細化的要求。目前，捲菸廠煙支生產、儲存過程中恆溫恆溼環境的保持基本依靠大型工藝空調進行自動化集中控制，通常採取全空氣系統供給，從而為煙支加工倉儲提供合適的溫溼度環境。
3.以某捲菸廠一臺工藝空調的溫度自動控制策略為例，為保證煙支質量穩定，生產、儲存等受控區域溫度應根據工藝要求，保持在一個相對穩定的區間範圍內。目前，大部分捲菸廠工藝空調的溫度控制策略都是採用中心值控制，通過多個傳感器採集溫度值表徵受控區域的平均溫溼度，根據控制要求判斷空調系統當前應進入哪種工況，進而根據設定的溫度目標值進行自動調節，控制相應的執行元件動作，通過加熱閥和表冷閥作用使溫度升高或降低至設定溫度，同時通過一系列控制理論方法，將溫溼度波動穩定在工藝要求允許範圍之內。而這種策略下的溫度控制以中心值為目標進行精準控制，容易產生系統超調、冷熱抵消等問題，造成大量能源浪費。
4.展開來說，目前捲菸廠溫度控制方法大多為中心值控制，以受控溫度要求為24
±
2℃的生產區域為例，溫度調節過程中，系統會以24℃這一中心值為目標，控制各執行元件動作，將溫度控制在設定值附近。由於空調系統屬於大滯後溫度系統，在控制過程中i值容易累積較大，導致溫度在達到設定值後繼續加熱或者製冷。假設在溫度調節過程中，當前溫度低於設定溫度，加熱閥打開，溫度升高，由於系統存在滯後和超調，溫度在調節過程中會超過設定值，pid控制值反向調整計算，極易出現將工況由加熱轉換為製冷，表冷閥打開進行降溫的情況。這種現象一方面造成冷熱抵消，導致冷量熱量的雙重浪費；另一方面，對不同工況間頻繁切換，也造成了各閥門頻繁啟停，進而導致設備使用壽命減少。
5.針對溫溼度控制系統高能耗的問題，目前捲菸厂部分區域內的工藝空調採用變溫溼度控制，在生產工藝要求的上下限範圍內設定變溫溼度區間，在區間內溫溼度，當溫度偏出這一區間時，pid控制下相應閥門動作，將溫度控回區間內。但在真實的控制過程中，區間範圍設置過大有溫度超標的風險，範圍過小則與中心值控制相似，沒有節能作用；同時，捲菸廠生產區域環境複雜，溫溼度受生產機組運行狀態、機臺發熱及外界環境等多種因素影響，工藝空調的溫度控制精度也會不可避免的受到影響，導致這一解決方法的適用性並不高。
技術實現要素：
6.鑑於上述，本發明旨在提供一種捲菸車間工藝空調工況轉換控制方法，以解決前述提及的技術問題。
7.本發明採用的技術方案如下：
8.本發明提供了一種捲菸車間工藝空調工況轉換控制方法，其中包括：
9.根據生產區域的溫溼度工藝要求，設定工藝空調的製冷工況轉換線以及加熱工況轉換線；
10.判斷工藝空調當前採用的溫度調控策略，所述溫度調控策略包括：中心值控制或變溫溼度控制；
11.在中心值控制下，當實測溫度在調控過程中偏出溫度設定值且未到達預設的工況轉換線時，禁能工藝空調切換工況，直至實測溫度到達或偏出所述工況轉換線時，觸發工藝空調執行工況切換並進行溫度調節；
12.在變溫溼度控制下，當實測溫度位於預設的加熱工況轉換線及製冷工況轉換線以內時，限制pid控制器的輸出值，直至當實測溫度向上或向下偏出對應的工況轉換線時，觸發工藝空調執行工況切換並進行溫度調節。
13.在其中至少一種可能的實現方式中，在判斷工藝空調機組當前應用於中心值控制策略時，所述控制方法具體包括：
14.根據當前實測溫度以及預設的溫溼度工藝要求，匹配工藝空調的當前工況並設置溫度設定值；
15.若當前工況匹配為加熱工況，則開啟加熱閥以使實測溫度逐漸升高，在到達製冷工況轉換線前，禁能觸發轉換為製冷工況；
16.直至實測溫度到達預設的製冷工況轉換線，觸發轉換至製冷工況並進行溫度調節。
17.在其中至少一種可能的實現方式中，在判斷工藝空調機組當前應用於中心值控制策略時，所述控制方法還包括：
18.若當前工況匹配為製冷工況，則開啟表冷閥以使實測溫度逐漸降低，在到達加熱工況轉換線前，禁能觸發轉換為加熱工況；
19.直至實測溫度到達預設的加熱工況轉換線，觸發轉換至加熱工況並進行溫度調節。
20.在其中至少一種可能的實現方式中，在判斷工藝空調機組當前應用於中心值控制策略時，所述控制方法包括：
21.在實測溫度到達並偏離溫度設定值後，根據pid控制器的計算值逐漸減小相應於當前工況的閥門的開度，且在閥門停止動作後進行溫度變化趨勢判斷；
22.若判定為實測溫度的變化趨勢為向所述溫度設定值趨近，則保持閥門的關閉狀態；
23.若判定為實測溫度的變化趨勢為與溫度設定值的偏離度增加，則強制觸發工況切換。
24.在其中至少一種可能的實現方式中，所述溫度變化趨勢判斷包括：
25.設置預設長度的時間窗口，所述時間窗口內為若干個溫度數值的集合
26.計算所述時間窗口在按預設距離滑動前及滑動後所包含的溫度數值的平均值：
27.根據溫度平均值的變化差異，確定溫度變化趨勢。
28.在其中至少一種可能的實現方式中，在判斷工藝空調機組當前應用於變溫溼度控制策略時，所述控制方法具體包括：
29.根據歷史數據設定製冷工況轉換線以及加熱工況轉換線；
30.在當前實測溫度位於製冷工況轉換線與加熱工況轉換線之間時，限制pid控制器的輸出值，使溫度調控目標隨實測溫度動態變化；
31.當實測溫度升高至製冷工況轉換線以上，或者降低至加熱工況轉換線以下時，觸發轉換至對應的製冷工況或者加熱工況，通過pid控制器計算調整溫度。
32.在其中至少一種可能的實現方式中，在判斷工藝空調機組當前應用於變溫溼度控制策略時，所述控制方法還包括：
33.在實測溫度升高或降低過程中，周期性計算預設時間段內的實測溫度偏離對應工況轉換線的幅度；
34.基於所述幅度，對相應的工況轉換線進行調整。
35.在其中至少一種可能的實現方式中，所述對相應的工況轉換線進行調整包括：
36.將預設的安全係數與所述幅度結合，在以超調量為調整依據基礎上動態重設對應的工況轉換線。
37.本發明的主要設計構思在於，針對目前捲菸車間工藝空調原有的溫溼度控制策略存在系統超調後冷熱抵消、閥門動作頻繁、能耗較高等問題，通過在溫度控制過程中設定工況轉換線，根據不同工藝空調的特定溫度調控策略，利用實測溫度與工況轉換線的關係，對於空調工況切換及pid控制模式的決策機制進行優化。本發明一方面可以解決現有中心值控制過程中超調帶來的諸多問題，另一方面可在滿足工藝要求的基礎上，實現節能效果最大化，提高變溫溼度控制的適用性。
附圖說明
38.為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步描述，其中：
39.圖1為本發明實施例提供的捲菸車間工藝空調工況轉換控制方法的流程圖。
具體實施方式
40.下面詳細描述本發明的實施例，實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用於解釋本發明，而不能解釋為對本發明的限制。
41.本發明提出了一種捲菸車間工藝空調工況轉換控制方法的實施例，以溫度控制迴路為例，具體來說，如圖1所示，其中包括：
42.步驟s1、根據生產區域的溫溼度工藝要求，設定工藝空調的製冷工況轉換線以及加熱工況轉換線；
43.步驟s2、判斷工藝空調當前採用的溫度調控策略，所述溫度調控策略包括：中心值控制或變溫溼度控制；
44.步驟s30、在中心值控制下，當實測溫度在調控過程中偏出溫度設定值且未到達預設的工況轉換線時，禁能工藝空調切換工況，直至實測溫度到達或偏出所述工況轉換線時，觸發工藝空調執行工況切換並進行溫度調節；
45.步驟s40、在變溫溼度控制下，當實測溫度位於預設的加熱工況轉換線及製冷工況
轉換線以內時，限制pid控制器的輸出值，直至當實測溫度向上或向下偏出對應的工況轉換線時，觸發工藝空調執行工況切換並進行溫度調節。
46.針對上述兩種不同的空調溫控策略，下文提供具體的實施示例供參考。
47.一、在判斷工藝空調機組當前應用於中心值控制策略時，設置溫度設定值ts、製冷工況轉換線t
c1
、加熱工況轉換線t
h1
，並可以參考下述具體實施步驟執行：
48.(1)根據當前實測溫度以及預設的溫溼度工藝要求，匹配工藝空調的當前工況；
49.(21)若當前工況匹配為加熱工況，則開啟加熱閥，使當前實測溫度逐漸升高至設定溫度ts以上，此階段禁能觸發轉換為製冷工況；
50.(22)直至當前實測溫度到達製冷工況轉換線t
c1
，觸發轉換至製冷工況並進行溫度調節。
51.(31)若當前工況匹配為製冷工況，則開啟表冷閥，使當前實測溫度逐漸降低至設定溫度ts以下，此階段禁能觸發轉換為加熱工況；
52.(32)直至當前實測溫度到達加熱工況轉換線t
h1
，觸發轉換至加熱工況並進行溫度調節。
53.進一步地，在此溫度調控策略下，還包括：
54.在當前實測溫度到達並偏離溫度設定值後，相應於當前工況的閥門(取決於工況類型)根據pid控制器的計算值逐漸減小開度，且在閥門停止動作後進行溫度變化趨勢判斷；
55.若判定為當前實測溫度的變化趨勢為向所述溫度設定值趨近，則保持閥門的關閉狀態；
56.若判定為當前實測溫度的變化趨勢為與所述溫度設定值偏離度增加，則強制觸發工況切換。
57.具體地，所述溫度變化趨勢判斷包括：
58.選擇固定長度為i的時間窗口，窗口內為若干個溫度數值的集合：
59.t＝{t1，t2，t3，...，ti}
60.其中，t1，...，ti為相應時刻的溫度。
61.計算當前時間窗口內的第一溫度平均值：
[0062][0063]
其中，k∈{1，2，...，i}。
[0064]
按預設的滑動距離a，滑動所述時間窗口，並計算滑動後的時間窗口內的第二溫度平均值：
[0065][0066]
以此類推，將n個第一溫度平均值與第二溫度平均值進行比較，確定溫度變化趨勢。由此結合了時間因素，當確定實測溫度正逐漸趨近於溫度設定值時，則說明此時依靠外界環境的影響可以減小與溫度設定值的溫度偏差，因而不需要切換工況且相應閥門可依然保持關閉狀態；反之，當確定實測溫度與溫度設定值的偏差持續增大，則表明外部環境的影
響較大，這時為了及時克服外部環境的影響，可以強制切換空調工況並觸發切換後工況對應的閥門工作，進行溫度回調。
[0067]
此外，還可以說明的是，若前置工況與轉換工況相同時，則不觸發，舉例來說，當前實測溫度較高(高於製冷工況轉換線)，則當前工藝空調必然處於製冷工況，且當溫度被調控下降進入製冷工況轉換線以內時，空調機組並不受影響，繼續保持當前的製冷工況，且直至當前實測溫度到達溫度設定值，則可以觸發表冷閥關閉，停止當前的製冷工況。溼度控制迴路與之類似。
[0068]
二、在判斷工藝空調機組當前應用於變溫溼度控制策略時，根據歷史數據設定製冷工況轉換線t
c2
、加熱工況轉換線t
h2
，並可以參考下述具體實施步驟執行：
[0069]
(1)在當前實測溫度位於兩條工況轉換線之間時，溫度調控目標隨實測溫度進行動態變化，限制pid控制器的輸出值(也即是相應工況下的閥門此時不動作)；
[0070]
(2)當實測溫度升高至製冷工況轉換線t
c2
以上，或者降低至加熱工況轉換線t
h2
以下時，觸發轉換至對應的製冷工況或者加熱工況，且通過pid控制器計算調整溫度，對相應閥門進行控制以調節溫度。
[0071]
進一步地，在此溫度調控策略下，還包括：
[0072]
周期性計算預設時間段內，實測溫度偏離工況轉換線的幅度；
[0073]
基於所述幅度，對工況轉換線進行調整。
[0074]
具體而言，在工藝空調處於變溫溼度控制策略下，計算一段時間內，實測溫度向上偏出工況製冷工況轉換線的幅度：
[0075]es
(t)＝tj(t)-t
c2
[0076]
或者，實測溫度向下偏出加熱工況轉換線的幅度：
[0077]es
(t)＝t
h2-tj(t)
[0078]
由上述幅度的計算結果，在原始設定的工況轉換線的基礎上，擴大或縮小變溫度範圍。在實際操作中，可以將預設的安全係數k與所述幅度結合(以k
·es
(t)作為轉換線調整精度標準)，在以超調量為調整依據基礎上，動態重設工況轉換線，以此保證在動態變更工況轉換線後，溫度不會超過生產工藝的要求範圍。溼度控制迴路與之類似。
[0079]
綜上所述，本發明的主要設計構思在於，針對目前捲菸車間工藝空調原有的溫溼度控制策略存在系統超調後冷熱抵消、閥門動作頻繁、能耗較高等問題，通過在溫度控制過程中設定工況轉換線，根據不同工藝空調的特定溫度調控策略，利用實測溫度與工況轉換線的關係，對於空調工況切換及pid控制模式的決策機制進行優化。本發明一方面可以解決現有中心值控制過程中超調帶來的諸多問題，另一方面可在滿足工藝要求的基礎上，實現節能效果最大化，提高變溫溼度控制的適用性。
[0080]
本發明實施例中，「至少一個」是指一個或者多個，「多個」是指兩個或兩個以上。「和/或」，描述關聯對象的關聯關係，表示可以存在三種關係，例如，a和/或b，可以表示單獨存在a、同時存在a和b、單獨存在b的情況。其中a，b可以是單數或者複數。字符「/」一般表示前後關聯對象是一種「或」的關係。「以下至少一項」及其類似表達，是指的這些項中的任意組合，包括單項或複數項的任意組合。例如，a，b和c中的至少一項可以表示：a，b，c，a和b，a和c，b和c或a和b和c，其中a，b，c可以是單個，也可以是多個。
[0081]
以上依據圖式所示的實施例詳細說明了本發明的構造、特徵及作用效果，但以上
僅為本發明的較佳實施例，需要言明的是，上述實施例及其優選方式所涉及的技術特徵，本領域技術人員可以在不脫離、不改變本發明的設計思路以及技術效果的前提下，合理地組合搭配成多種等效方案；因此，本發明不以圖面所示限定實施範圍，凡是依照本發明的構想所作的改變，或修改為等同變化的等效實施例，仍未超出說明書與圖示所涵蓋的精神時，均應在本發明的保護範圍內。