一種多傳感器監控的研磨化工機械系統的製作方法

2023-04-26 19:49:56 1

本發明屬於研磨機械，特別涉及一種多傳感器監控的研磨化工機械系統。

背景技術：

目前，化學品的研磨機械的生產技術力量薄弱、生產線自動化程度低、人工操作多、工序分散、工作環境差的落後生產途中，生產過程存在的問題有如下幾點。

研磨加工效率低下，研磨產品單一，無法根據需要適時調整機械；自動控制程度低，操作人員手工操作效率低下；在化學品研磨過程中，化學品會產生熱量，需要停機冷卻，不能實時降溫；生產過程中某些參數的調節和監控主要依靠有經驗的操作工人監視，使得生產信息及過程數據不能準確，不能及時調整。

技術實現要素：

本發明要解決的技術問題是提供一種多傳感器監控的研磨化工機械系統，其能夠加快研磨生產的效率，提供不同顆粒大小的成品粉料，實現了研磨生產的自動化。

為了實現上述目的，本發明的技術方案為：一種多傳感器監控的研磨化工機械系統，包括研磨部分和控制系統兩部分，研磨部分包括原料鬥、給料機、集合器、送料帶、研磨機、珠體分離器、粗粉分離器、細粉分離器、粉料鬥、風機、閥以及管線，原料通過給料機進入集合器，與其他的粉料集合經過送料帶進入研磨機，研磨機將物料研磨後形成初加工粉料，通過管線進入珠體分離器，將珠體分離並退回研磨機中，分離後的初加工粉料通過管線進入粗粉分離器，將尺寸過大的初加工粉料分離並通過管線進入集合器，經過粗粉分離器的初加工粉料形成初分離粉料，通過管線直接進入粉料鬥形成最終粉料，或者通過管線進入細粉分離器，進一步將初分離粉料篩選形成最終粉料，並將尺寸不合規定的粉料返回集合器，細粉分離器和集合器之間設置有氣動泵浦，以便於粉料順暢快速的通過管路；

其中，研磨機具有進料口、出料口、筒體、主軸承、輔軸承、漿片、珠體、主軸、筒體擺動帶輪以及管軸齒輪，原料通過筒體的進料口進入筒體內部，進料口外部套設輔軸承，筒體內的漿片與主軸固定連接，主軸為中空管狀結構，並在表面形成多個通孔，主軸一端伸出形成出料口，主軸承套設在主軸上，管軸齒輪套設在主軸上，管軸齒輪與主軸電機上的驅動齒輪嚙合，主軸在主軸電機的帶動下旋轉，筒體擺動帶輪與筒體固定連接，筒體擺動帶輪通過皮帶與外部的步進電機連接，筒體擺動帶輪在步進電機的帶動下周期性的以一定的角度進行往復轉動；

控制系統包括傳感器、主控器、執行裝置、顯示裝置以及通訊裝置，傳感器將測量得到模擬信號傳輸給採樣晶片，採樣晶片對傳感器的模擬信號進行採樣，再通過A/D轉換器轉換為數位訊號傳遞給主控器，主控器將得到的信號進行處理後控制執行裝置進行相應的動作，並將相應的參數顯示在顯示裝置上，通訊裝置與主控器連接，通訊裝置為GPRS收發裝置，進而實現無人遠程監控；

傳感器包括測速傳感器、轉速傳感器、重量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、音頻傳感器、負載估計模塊，測速傳感器安裝在送料帶上以測量送料帶的速度，重量傳感器安裝在原料鬥和粉料鬥上以測量原料和加工後的粉料重量，溫度傳感器安裝在研磨機的廢水出口處以測量水溫，壓力傳感器安裝在研磨機的出料口處以測量出料口壓力，振動傳感器以及音頻傳感器安裝在研磨機的基座上以測量研磨機的機械振動信號和噪聲信號，負載估計模塊設置在主軸電機和電源之間以測量電機的電流和電壓的負載，轉速傳感器設置在主軸上以測量主軸的轉速。

本發明的有益效果：

1.對制粉的有效加工，並且可以根據需求加工不同的粉料；

2.加大了對原料的加工力度，從而提高粉碎效率；

3.實現了對筒體溫度的控制；

4.實現了顆粒的精細化研磨；

5.自動化控制，減少了人工設定的反覆修改帶來的效率上浪費以及精度的不準確；

6.實時監控料位情況，防止料位過高或過低的情況出現。

附圖說明

圖1為本發明的研磨部分結構示意圖；

圖2為本發明的研磨機結構示意圖；

圖3a為本發明的分散盤結構尺寸示意圖一；

圖3b為本發明的分散盤結構尺寸示意圖二

圖4為本發明的主軸電機的驅動示意圖；

圖5本發明的模糊控制器的示意圖；

具體實施方式

下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明。

本發明的實施例參考圖1-5所示。

一種多傳感器監控的研磨化工機械系統，其包括研磨部分和控制系統兩部分，研磨部分包括原料鬥、給料機、集合器、送料帶、研磨機、珠體分離器、粗粉分離器、細粉分離器、粉料鬥、風機、閥以及管線，如圖所示，原料通過給料機進入集合器，與其他的粉料集合經過送料帶進入研磨機，研磨機將物料研磨後形成初加工粉料，通過管線進入珠體分離器，將珠體分離並退回研磨機中，分離後的初加工粉料通過管線進入粗粉分離器，將尺寸過大的初加工粉料分離並通過管線進入集合器，經過粗粉分離器的初加工粉料形成初分離粉料，通過管線直接進入粉料鬥形成最終粉料，或者通過管線進入細粉分離器，進一步將初分離粉料篩選形成最終粉料，並將尺寸不合規定的粉料返回集合器，細粉分離器和集合器之間設置有氣動泵浦，以便於粉料順暢快速的通過管路。

通過上述多個管線的多循環設置，實現了對制粉的有效加工，並且可以根據需求加工不同的粉料。

其中，研磨機具有進料口、出料口、筒體、主軸承、輔軸承、漿片、珠體、主軸、筒體擺動帶輪以及管軸齒輪，原料通過筒體的進料口進入筒體內部，進料口外部套設輔軸承，筒體內的漿片與主軸固定連接，主軸為中空管狀結構，並在表面形成多個通孔，主軸一端伸出形成出料口，主軸承套設在主軸上，管軸齒輪套設在主軸上，管軸齒輪與主軸電機上的驅動齒輪嚙合，主軸在主軸電機的帶動下旋轉，筒體擺動帶輪與筒體固定連接，筒體擺動帶輪通過皮帶與外部的步進電機連接，筒體擺動帶輪在步進電機的帶動下周期性的以一定的角度進行往復轉動。

上述結構中，主軸和筒體同時旋轉，較以往單一的主軸或者筒體的旋轉的技術方案，加大了對原料的加工力度，從而提高粉碎效率。

控制系統包括傳感器、主控器、執行裝置、顯示裝置以及通訊裝置，傳感器將測量得到模擬信號傳輸給採樣晶片，採樣晶片對傳感器的模擬信號進行採樣，再通過A/D轉換器轉換為數位訊號傳遞給主控器，主控器將得到的信號進行處理後控制執行裝置進行相應的動作，並將相應的參數顯示在顯示裝置上，通訊裝置與主控器連接，通訊裝置為GPRS收發裝置，進而實現無人遠程監控。

進一步的說，原料的粒度為450微米以上，經過粗粉分離器分離的粉料的粒度為50微米以下，經過細粉分離器分離的粉料的粒度為1微米以下。

進一步的說，細粉分離器分離參數可調節。

進一步的說，珠體為人造玻璃珠或者鋼珠。

通過上述分離器的設置使該研磨設備適於油漆塗料、磨製顏料、染料、藥物或膠懸劑等多種不同顆粒度要求的化工材料的研磨製造。

進一步的說，氣動泵浦是氣動雙隔膜泵，流量可調，採用壓縮空氣作為壓力，工作壓力範圍為0.5-0.7Mpa。

進一步的說，筒體具有雙層桶壁，雙層桶壁形成容置腔，容納冷卻水，筒體的外層桶壁上設置冷水入口、廢水出口。

通過設置雙層桶壁的筒體以及相應的入水和出水口，實現了對筒體溫度的控制。

進一步的說，主軸在主軸電機的帶動下周期性的交替正反向旋轉，且正反向旋轉的交替周期與筒體擺動帶輪的往復運動周期相同。

進一步的說，主軸與筒體擺動帶輪的運動方向相反。

通過上述運動方向的設置，進一步提高了粉碎效率。

進一步的說，研磨機體內的主軸上的漿片為多個分散盤，主軸轉動時，機體內的珠體在分散盤的帶動下對壓入筒內的漿料進行分散研磨，分散盤共有3片，每個分散盤上具有5個以中心軸為圓心均勻排列的通孔，分散盤直徑100cm，通孔直徑為20cm，分散盤的厚度為9cm，主軸直徑為25cm，臨近分散盤之間的距離為39cm。

通過上述多個5孔分散盤的設置，實現了主軸電機低轉速條件下的對顆粒的精細化研磨。

進一步的說，珠體分為大珠體和小珠體，大珠體直徑一般為60mm，小珠體直徑為20mm。

通過大小珠體的設置，可以有效填充珠體之間的空隙，有利於精細粉末的磨製生成。

其中傳感器包括測速傳感器、轉速傳感器、重量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、音頻傳感器、負載估計模塊，測速傳感器安裝在送料帶上以測量送料帶的速度，重量傳感器安裝在原料鬥和粉料鬥上以測量原料和加工後的粉料重量，溫度傳感器安裝在研磨機的廢水出口處以測量水溫，壓力傳感器安裝在研磨機的出料口處以測量出料口壓力，振動傳感器以及音頻傳感器安裝在研磨機的基座上以測量研磨機的機械振動信號和噪聲信號，負載估計模塊設置在主軸電機和電源之間以測量電機的電流和電壓的負載，轉速傳感器設置在主軸上以測量主軸的轉速；

進一步的說，通過機械振動信號和噪聲信號判斷筒體中的料位，具體步驟如下：

步驟1，將機械振動信號和噪聲信號進行濾波，去除無用信號，並獲取機械振動頻率函數fz和噪聲頻率函數fc；

步驟2，計算聲級，

<![CDATA[ L = 10 * ( l g | d F ( f z ) d t | + l g Re H e ( f c ) e - j 90 + l g ( aσ r a d f z ) - lgη s - lg d ) ]]>

式中，L為聲級強度，t為時間，e為自然對數函數的底數，lg為對數函數，F為筒體內珠體與物料之間的衝擊力函數，He為筒體結構響應函數，a為聲級加權係數，σrad筒體結構的聲輻射係數，ηs為筒體的內部阻尼係數，d為筒體平均厚度，Re表示取複數的實部；

步驟3，繪製聲級強度L的曲線，並提取包絡信號，形成包絡曲線並對包絡信號進行下抽樣處理，進行數據壓縮；

步驟4，對壓縮後的數據進行低頻重構，得到低頻重構信號；

步驟5，將上述低頻重構信號通過已經訓練好的三層BP神經網絡，與預先測量得到的分別處於10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％料位的低頻重構信號進行比對，從輸出研磨機的實時料位信息。

料位過低將造成球磨機工作在缺料狀態，出料率低，珠體和筒體的磨損更加嚴重，料位過高也會造成出料率低，甚至有時可能造成堵料的問題。通過上述方法可以實時監控筒體內的料位情況，進而防止料位過低或過高的情況發生。

測速傳感器、重量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器、音頻傳感器通過採樣晶片將信號輸入主控器，負載估計模塊經過帶通濾波器將信號輸入主控器；

執行裝置包括皮帶輪電機、步進電機、主軸電機、冷水泵、氣動泵浦、離合器、齒輪箱，皮帶輪電機與送料帶的皮帶輪連接，主控器通過驅動裝置與皮帶輪電機連接向其提供轉速信號以調節送料帶的送料速度，主控器通過脈衝生成器與步進電機連接，脈衝生成器向步進電機提供周期的脈衝信號進而控制其運轉周期和旋轉角度，主控器通過驅動器主軸電機連接並向其提供驅動信號以調節主軸電機的電力供應進而調節主軸電機的負載能力，主控器與冷水泵上控制閥連接以控制冷水的供應壓力，進而實現對筒體的有效冷卻，主控器與氣動泵浦連接以控制粉料的流量。

主軸電機通過離合器與齒輪箱連接，齒輪箱的輸出軸上有齒輪從而與研磨機上的管軸齒輪相互嚙合，主控器與離合器連接從而在負載過大時使主軸電機與齒輪箱斷開，主控器與齒輪箱連接對轉速和轉向進行調節。

進一步的說，脈衝信號是由正弦信號調製生成的，並且每個周期內具有兩個正負的脈寬相同的脈衝，主控器通過調節脈衝寬度的大小進而控制步進電機旋轉角度，通過調節脈衝信號周期調節步進電機運轉周期，主控器將脈衝信號周期的一半作為對齒輪箱轉向調節的周期。

顯示裝置包括液晶顯示器和報警指示器，顯示裝置液晶顯示器與主控器連接，顯示各個傳感器採集的數據以及各個執行機構的狀態，報警指示器與主控器連接，用於在出現故障時發出警報以提醒操作人員；

進一步的說，故障為管線發生堵料，送料帶停轉，離合器發生分離，廢水出口水溫過高，機械振動信號和噪聲信號異常；

主控器具有模糊控制裝置，模糊控制裝置包括差分器、微分器、模糊化接口、輸出量轉換模塊、推理機、知識庫，負載估計模塊將測得的主軸電機的測量負載電壓通過帶通濾波器提供給差分器，差分器將操作人員輸入的設定負載電壓與測量負載電壓相減得到誤差值E，誤差值E經過微分器得到誤差變化率dE/dt，誤差值E和誤差變化率dE/dt提供給模糊化接口，對誤差值E和誤差變化率dE/dt進行模糊化賦值，分別得到模糊化誤差值ME和模糊化誤差變化值MEC，模糊化誤差值ME和模糊化誤差變化值MEC提供給推理機，推理機根據知識庫中的輸入輸出隸屬度矢量值以及邏輯推理規則對模糊化誤差值ME和模糊化誤差變化值MEC進行模糊推理得到模糊控制量MU，輸出量轉換模塊將模糊控制量MU轉換為實際控制量U，根據實際控制量U控制電源向主軸電機提供電壓。

其中，模糊化賦值的過程具體為：按照操作人員的語言變量的選取參量PL、PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB、BL分別表示正超大、正大、正中、正小、零、負小、負中、負大、負超大，對應的模糊集{-n,-n+1,......,0,......,n-1,n},n＝4；

確定量化因子，ke＝n/e,其中,ke為誤差值量化因子，e為測量的最大誤差值，kec＝n/ec，kec為誤差變化率量化因子，ec為測量的最大誤差變化率，

如果m≤keE≤m+1,m＜n，則模糊化誤差值ME為經過四捨五入的keE；

如果keE＜-n，則模糊化誤差值ME為-n；

如果keE＞n，則模糊化誤差值ME為n；

如果m≤kecE≤m+1,m＜n，則模糊化誤差變化值MEC為經過四捨五入的kecE；

如果kecE＜-n，則模糊化誤差變化值MEC為-n；

如果kecE＞n，則模糊化誤差變化值MEC為n。

進一步的說，知識庫包括資料庫以及規則庫，

資料庫中存放輸入、輸出變量的模糊隸屬度矢量值，此矢量值是輸入、輸出量經過對應論域等離散化後所對應值的集合，所對應論域若是連續的，則可作為為隸屬度函數，對於輸入的模糊變量，隸屬度函數保存於資料庫中，在模糊推理關係中向推理機提供數據。

規則庫中存儲有模糊規則，模糊規則是操作人員長期積累的經驗並結合專家知識的基礎上形成的，由相關的邏輯關係的詞彙來表達，例如if-then、else、end、and、or等。

通過模糊控制可以自動有效實現電機負載的迅速設定，減少了人工設定的反覆修改帶來的效率上浪費以及精度的不準確。

以上所述實施方式僅表達了本發明的一種實施方式，但並不能因此而理解為對本發明範圍的限制。應當指出，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。