本发明涉及一种管道气流式干燥物料含水率的控制方法，适用于封闭的管道气流干燥装置进行物料干燥时的含水率控制。
技术背景
当烟叶、烟丝等轻质物料进入管道气流式干燥装置后，在高温热气流输送过程中，热气流与物料充分接触，物料受到干燥脱水，含水率降低。在正常生产中，生产工艺对物料干燥后的含水率都有严格要求，且是物料加工质量的重要控制指标。要控制干燥后物料的含水率，首先需要确定干燥装置的脱水能力(即干燥装置的脱水率M，用单位时间内的脱水量来衡量)，通常在干燥装置入口安装电子秤(测量和控制物料瞬时流量S)和水分仪(检测物料含水率Wi)，则干燥后的物料含水率为：
公式(1)中：
W0：干燥后的物料含水率，单位：％；
S：干燥装置入口物料流量，单位：Kg/h；
M：经干燥装置后物料所减少的水分量(即脱水率)，单位：Kg/h。
目前对干燥装置的脱水率的测定主要采用实验方法：即针对不同的设备参数(热风温度、风速等参数不同)分别进行物料脱水实验来测定干燥装置的脱水率，设备参数和工艺参数变化后就需要重新进行实验，导致物料浪费和生产效率低下；且通过过料实验测量设备脱水率时，不可能将干燥装置参数的所有变化范围都模拟完整，一旦设备参数变为没有经过实验模拟过的值，生产中没有实验数据支撑，物料干燥后的含水率就容易偏离调控目标值。此外，部分干燥系统不进行设备脱水率测定，生产过程中当检测到干燥后物料含水率与期望值存在偏差时对设备参数和入口物料流量进行反馈调节，以减小干燥后物料含水率与期望值的偏差，这样的调控方式存在滞后性，干燥后物料的含水率易波动，与调控目标有偏差，调控效果不理想。
技术实现要素：
针对上述干燥装置干燥后物料含水率控制过程中存在的问题，本发明要解决的问题是采取通过计算方式来获得干燥装置脱水率控制的方法。
本发明的实现方法：将脱水率公式和入口物料流量公式写入PLC控制器，PLC通过干燥后物料含水率工艺设定值与实际含水率的偏差采用PID闭环反馈调整，PLC根据传感器数据对进入封闭管道气流干燥装置中的物料瞬时流量进行实时检测和调控，调节进入管道气流式干燥装置的物料量，使干燥后物料的实际含水率趋近工艺设定值。
所述的脱水率公式为，M＝2.79×10-5×(Ti-T0)×F，其中脱水率M、入口物料温度Ti、出口物料温度To、热风风量F；入口物料流量公式为：
其中S是入口物料流量、Wt是工艺设定的干燥后物料含水率、Wi是干燥装置入口处的物料含水率。
PLC通过控制干燥装置入口处的电子皮带秤的速度来调节进入的物料量。
本控制方法使用温度传感器或热电偶实时在线检测干燥装置的物料入口处热风温度、出口处热风温度；使风速流量计或者风速传感器检测通过干燥装置的热风风速；使用水分仪实时监测进入干燥装置的物料含水率Wi、干燥出口处的物料含水率W0。
由公式(1)可知，来料瞬时流量S和来料含水率Wi可用电子秤和水分仪较准确测量得到，而干燥装置的脱水率则无法直接测量得到。当物料进入干燥装置，在热风的加热作用下，物料所含水分吸热气化，同时热风温度降低，所释放出的热量为：
△Q＝C×W×(Ti-To) (2)
公式(2)中：
△Q：干燥装置内的热风向物料所释放的热量，单位：焦耳；
C：热风的比热容，热空气的比热容一般是1003～1009J/(kg·℃)，通常取值为1005J/(kg·℃)；
W：是有效干燥段内与物料有接触换热的热风风量，单位：kg；
Ti及To：干燥装置物料入口处和出口处热风温度，单位：℃。
由于干燥装置内除了热风就是物料，热风所释放出的热量将物料水分汽化，经查询相关资料，单位质量的水被汽化所吸收的热量(汽化热)是恒定的，为3.6×107J/kg。因此可知物料吸热△Q与干燥装置的脱水率M(单位时间内的脱水量)有如下关系：
△Q＝3.6×107×M×H
由该公式推导出：
公式(3)中：H为时间，单位小时。用风量传感器可测量单位时间内流过检测点的风量，称为单位时间风量F，因此公式(3)就可转换为：
M＝2.79×10-5×(Ti－To)×F (4)
将公式(4)代入公式(1)后，可推导出入口物料流量为：
通过调节来料瞬时流量S实现干燥后物料含水率Wo的调控，使干燥后物料含水率达到调控目标值Wt(工艺标准设定值)，当Wo与Wt趋于一致时，此时的来料瞬时流量为：
本发明的脱水率公式是居于热风所释放的热量全部转化为梗丝中水分的汽化热，但实际上热风中的物料同时也吸收了部分热量，但这部分热量无法准确的量化，因此在使用上述公式计算调控入口流量时，本发明同时使用PID闭环反馈控制算法来增强干燥后物料含水率调控的准确性(其中干燥装置入口物料流量
本发明的适用条件：本发明所述的干燥装置使用热风对烟叶、烟丝等微粒状、丝状或片状的轻质物料进行干燥，装置的有效干燥段必须是全封闭的管状通道，干燥段外面应有隔热层，避免干燥段与外界产生热交换；热气流在干燥管内快速流过，物料进入干燥管后与热气流充分接触，热气流带动物料向前流动，从干燥管末端排出物料，从物料进入干燥管到排出干燥管的部分就是有效干燥段。
本发明的有益效果是：本发明通过传感器检测干燥装置参数(有效干燥段入口热风温度、出口热风温度及热风风量)，直接计算设备的脱水率，避免了通过实验方法测量设备的脱水能力导致的物料浪费和生产效率低下的问题；而本发明计算出的脱水率能较准确的跟踪干燥装置各参数的变化情况，因此干燥后物料的含水率更稳定；同时本发明的物料干燥效果比直接用反馈调节进行物料干燥的控制系统好很多，调控的滞后性和超调偏差大为减少，适用于对物料干燥后含水率要求稳定性更高的生产线。
附图说明
图1为本发明的控制方法示意图。
具体实施方式
参见图1，具体实施的技术方式及流程为：
1.本发明需使用温度传感器或热电偶实时在线检测干燥装置的物料入口处热风温度Ti，出口处热风温度To；用风速流量计或者风速传感器检测风速，再根据热风密度、干燥管的截面积计算出单位时间内流过干燥段的热风量F；采用水分仪实时监测进入干燥装置的物料含水率Wi、干燥出口处的物料含水率Wo；采用控制型电子皮带秤对进入干燥装置的物料瞬时流量S进行实时检测和调控。根据以上采集到的各个参数，代入公式(4)对干燥装置的脱水率进行实时计算，将计算得到的脱水率代入公式(5)计算物料流量S，再由物料流量S控制干燥装置入口电子皮带秤，使干燥后物料含水率Wo与工艺设定值Wt趋于一致。以上计算工作可用可编程控制器PLC来完成，若干燥装置或生产线有可编程控制器，可直接利用该控制器完成脱水率的计算和物料干燥过程的控制，若无现成的控制器，则需采购单独的PLC控制器，微型PLC即可完成本发明的计算和控制功能。
2.将本发明所需参数的传感器信号输入到PLC控制器，确保输入信号正确，将脱水率公式(4)和入口物料流量计算公式(5)按PLC控制器的编程格式写入PLC控制器，保证控制程序正常运行。
3.在PLC控制器中建立PID闭环反馈运算控制程序，以入口物料流量计算公式的运算值作为PID控制的前馈控制量，辅以出口物料含水率的闭环反馈运算值对入口物料流量进行修正，将修正后的入口物料流量值输出到干燥装置入口电子秤，控制入口物料流量。