CN105167163A - 一种微波烟梗膨胀设备的控制系统 - Google Patents
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Abstract
一种微波烟梗膨胀设备的控制系统及控制方法，控制系统包括有可编程控制器PLC、连接可编程控制器PLC的可视控制界面、设置于微波烟梗膨胀器内的一组与可编程控制器PLC连接的磁控管；可编程控制器PLC包含有一组PID控制器，并采用一对一的功率闭环控制系统对微波烟梗膨胀器功率进行连续调节控制；每一功率闭环控制系统由顺序连接的磁控管、功率变送器、PID控制器、功率控制器组成。本发明微波功率密度大、加热速度快、能耗低、可自动控制、磁控管不易烧毁、易于维护、可实现专业化、大型化和连续化生产要求，制备得到的膨胀烟梗产品质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及烟梗微波膨胀设备控制系统技术领域。
技术背景
随着现代烟草工业的发展，烟草制品的安全性与经济性越来越受到人们的关注。经过单独处理后的膨胀梗丝，因其具有突出的优点使其应用价值日渐突显，主要表现为：膨胀梗丝能够有效地降低卷烟制品的焦油含量，提高卷烟制品的安全性；膨胀处理后烟梗的苦味、辣味、刺激性和杂气等显著地减少，提高卷烟制品的品质；膨胀梗丝具有较高的填充值，将其加入到卷烟配方中可以极大降低成本，增加企业利润。因此，在卷烟制丝生产过程中，约有20％～30％的烟梗需要制成梗丝并掺入到烟丝中，膨胀梗丝已经大规模地应用到现代卷烟的生产中。利用微波膨胀法处理烟梗是一种新型的工艺技术，制备出梗丝的质量更优，成本低，在行业中得到一致认同，具有很强的竞争力。目前，严重制约微波膨化处理烟梗技术发挥巨大应用价值和经济效益的关键问题是烟梗微波膨化设备的研发，尤其是能够满足实际生产要求的专业化、大型化和连续化的烟梗微波膨化设备。中国专利CN102326858A公开了一种滚筒式烟梗连续微波膨胀设备，采用多波源多馈口非相干功率合成方法得到大功率，基本上能够进行连续化生产，但并未涉及控制系统相关的内容，由于对微波器件及其系统离散特性理解不够，采用分组法调压控制其功率，各磁控管出力严重不均，造成高出力磁控管频繁烧毁，维护成本极高，总体效能得不到发挥，只能维持在低功率工况下运行，远远达不到大型化稳定生产的目标。中国专利CN103945586A公开了一种微波模式激励搅拌加热方法及其加热装置，其实质上仍是由计算机将磁控管按组合轮流工作的一种离散型部分磁控管全功率投入/切除的功率控制系统，只有部分磁控管同时参与工作，这不但会降低应用器的总体功率密度，总体效率下降，更重要的是会因参与工作的磁控管(馈能馈口)的数量及位置的变化使经优化的应用器内电场的均匀性遭到破坏，对产品质量产生影响。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种微波功率密度大、加热速度快、能耗低、可自动控制、磁控管不易烧毁、易于维护、可实现专业化、大型化和连续化生产要求、制备得到的膨胀烟梗产品质量稳定的全新的微波烟梗膨胀设备控制系统。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
一种微波烟梗膨胀设备的控制系统，包括有可编程控制器PLC、连接可编程控制器PLC的可视控制界面、设置于微波烟梗膨胀器内的一组与可编程控制器PLC连接的磁控管；所述可编程控制器PLC包含有一组PID控制器，并采用一对一的功率闭环控制系统对微波烟梗膨胀器功率进行连续调节控制；每一功率闭环控制系统由顺序连接的磁控管、功率变送器、PID控制器、功率控制器组成；从可视化界面设定对应磁控管的功率，由功率变送器将对应磁控管的输出功率信号反馈给对应的PID控制器，PID控制器将该反馈信号与设定功率信号比较，并经PID运算后通过功率控制器连续作用于磁控管。
本发明所述磁控管分别设置于微波烟梗膨胀器的前段、中段和后段。设置于微波烟梗膨胀器的前段横截面、中段横截面和后段横截面上的磁控管的分布密度不同。
本发明采用一对一的功率闭环控制系统及控制方式，优先采用功率变送负反馈作为对磁控管功率控制的对象并进行PID连续调节，电流限制作为磁控管保护的依据，使得各磁控管出力均匀一致、稳定，磁控管频繁烧毁现象消失，全部磁控管同时参与工作，总体效能得到充分发挥，微波烟梗膨胀器内电磁场分布更加均匀，生产出烟梗的膨胀率和膨胀均匀性均得到提高。由于采取了一对一的功率闭环控制措施，可使磁控管应用器即微波烟梗膨胀器上的分组具有可编程性，可根据工艺过程的需要对其进行软编程，实现膨胀工艺过程“前、中、后”不同工艺段功率密度不同的要求，对工艺要求变化的适应性强。由于采用了功率变送装置，使控制算法简单化、降低了对PLC控制器的要求，提高了其运行速度及可靠性。微波烟梗膨胀器内电场的均匀性好，微波功率密度大，加热速度快，可实现自动控制，操作简单，省时省力，极大地降低了能耗，处理效率很高，真正实现了能够满足专业化、大型化和连续化等实际生产要求。
附图说明
图1是本发明一对一的功率闭环控制系统示意图；
图2是磁控管在微波烟梗膨胀器的轴向截面分组布置示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明一种微波烟梗膨胀设备的控制系统包括有可编程控制器PLC、连接可编程控制器PLC的可视控制界面、设置于微波烟梗膨胀器内的一组与可编程控制器PLC连接的磁控管；所述可编程控制器PLC包含有一组PID控制器(PLC内软控制元件)，并采用一对一的功率闭环控制系统对微波烟梗膨胀器功率进行连续调节控制；每一功率闭环控制系统是由顺序连接的磁控管、功率变送器、PID控制器、功率控制器组成的回路，具体回路数量n根据生产产量需要的磁控管数量确定。磁控管分别设置于微波烟梗膨胀器的前段、中段和后段。如图2所示，本发明优先采用轴向截面分组法对应用器上的磁控管进行软分组，根据具体回路数量n分为截面1、截面2……、截面n-1、截面n，设置于微波烟梗膨胀器的前段横截面、中段横截面和后段横截面上的磁控管的分布密度可不同。控制时，设置于微波烟梗膨胀器的前段横截面、中段横截面和后段横截面上的各个磁控管的工作状态(即出力大小可连续调节)可以通过编程控制，以此就可以实现通过编程控制前段横截面、中段横截面和后段横截面上的磁控管的微波功率总和，达到控制各工艺段微波功率密度的目的，从而实现膨胀工艺过程前段、工艺过程中段、工艺过程后段不同工艺微波功率密度不同的要求。
本发明工作时，从可视化界面设定对应磁控管的功率，由功率变送器将对应磁控管的输出功率信号反馈给对应的PID控制器，PID控制器将该反馈信号与设定功率信号比较，并经PID运算后通过功率控制器连续作用于磁控管，使磁控管功率始终稳定在设定功率状态，从而使微波烟梗膨胀器的总体功率稳定在设定功率状态。电流限制作为磁控管保护的依据，各磁控管出力均匀一致、稳定，磁控管频繁烧毁现象消失，全部磁控管参同时参与工作，总体效能得到充分发挥，应用器内电磁场分布更加均匀，生产出烟梗的膨胀率和膨胀均匀性均得到提高。
本发明在对微波器件及其系统离散特性进行深入分析理解的基础上，采用集散控制的概念，用一对一的功率闭环控制方式对烟梗微波膨胀设备功率进行连续调节控制，使烟梗微波膨胀设备功率稳定在设定要求状态。本发明彻底解决了专利CN102326858A采用分组法通过调整供给磁控管的阳极电压控制其组内磁控管功率，各磁控管出力严重不均，造成高出力磁控管频繁烧毁，维护成本极高，总体效能得不到发挥的技术难题，真正实现了能够满足专业化、大型化和连续化等实际生产要求的筒式连续微波膨胀设备。由于功率是连续调节的，所有磁控管全部同时参与工作，应用器的总体功率密度、总体效率高，更重要的是不会因参与磁控管(馈能馈口)的数量及位置的变化破坏经优化的应用器内电场的均匀性，而对产品质量产生影响。
Claims (5)
1.一种微波烟梗膨胀设备的控制系统，其特征在于，包括有可编程控制器PLC、连接可编程控制器PLC的可视控制界面、设置于微波烟梗膨胀器内的一组与可编程控制器PLC连接的磁控管；所述可编程控制器PLC包含有一组PID控制器，并采用一对一的功率闭环控制系统对微波烟梗膨胀器功率进行连续调节控制；每一功率闭环控制系统由顺序连接的磁控管、功率变送器、PID控制器、功率控制器组成；从可视化界面设定对应磁控管的功率，由功率变送器将对应磁控管的输出功率信号反馈给对应的PID控制器，PID控制器将该反馈信号与设定功率信号比较，并经PID运算后通过功率控制器连续作用于磁控管。
2.根据权利要求1所述的一种微波烟梗膨胀设备的控制系统，其特征在于，所述磁控管分别设置于微波烟梗膨胀器的前段、中段和后段。
3.根据权利要求2所述的一种微波烟梗膨胀设备的控制系统，其特征在于，设置于微波烟梗膨胀器的前段横截面、中段横截面和后段横截面上的磁控管的分布密度不同。
4.如权利要求1或2或3所述的一种微波烟梗膨胀设备的控制系统的控制方法，其特征在于，从可视化界面设定对应磁控管的功率，由功率变送器将对应磁控管的输出功率信号反馈给对应的PID控制器，PID控制器将该反馈信号与设定功率信号比较，并经PID运算后通过功率控制器连续作用于磁控管，将磁控管功率始终稳定在设定功率状态，进而使微波烟梗膨胀器的总体功率稳定在设定功率状态。
5.如权利要求4所述的一种微波烟梗膨胀设备的控制系统的控制方法，其特征在于，设置于微波烟梗膨胀器的前段横截面、中段横截面和后段横截面上的磁控管的工作状态通过编程控制，以此控制前段横截面、中段横截面和后段横截面上的微波功率密度。
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