CN102380455A - 磨碎单元及用于控制该磨碎单元的方法 - Google Patents

磨碎单元及用于控制该磨碎单元的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种磨碎单元(2)和用于控制磨碎单元(2)的方法。磨碎单元(2)包括电子磨碎机马达(20)、用于测量磨碎机马达(20)所使用的电流(32)的电子感测装置和用于控制磨碎机马达(20)的活跃状态的控制装置(16)。控制装置(16)配置为基于磨碎机马达(20)的实测电流(32)来改变磨碎机马达(20)的活跃状态。本发明能够减少能耗。

Description

磨碎单元及用于控制该磨碎单元的方法
技术领域
本发明一般涉及磨碎单元及其控制方法。本发明更具体地涉及磨碎单元以及提供节能效果的用于控制磨碎单元的方法。
背景技术
为了在废水和污泥处理系统中取得高效且可靠的产量，有效的固体调节(solids conditioning)是必要的。因此，已开发出各种磨碎单元，这些磨碎单元通过减小固体废料的颗粒尺寸来帮助废水和污泥处理系统更有效地操作。尺寸减小可通过磨碎单元的一个或多个旋转元件执行的剪切、碾压、切碎的动作完成。磨碎单元典型地被用于废水和污泥处理系统。因为磨碎单元减小了固体废料的颗粒尺寸，所以磨碎单元起到重要作用。在许多应用中，为了能够使用泵抽吸废水和/或污泥，需要减小颗粒尺寸。
如今，磨碎单元普遍具有反向旋转的双轴设计。一连串加硬的切刀(如专利申请US 5511729所描述的)安装在双转轴上。这些切刀配置为磨碎固体并由此减小固体的尺寸。
磨碎单元能够以不同的结构来设置，且普遍地，它们能够通道安装、湿井(wet-well)安装或者作为同轴管(in-line pipe)安装。传统上，与磨碎单元一起设置有电子面板。在电子面板内设有所需的紧急制动装置、断路器、保险丝等，以构成安全的电子操作。大部分电子面板也包含带有开/关切换手柄的人机界面、在堵塞的情况下的声频和视频警报指示、及提供磨碎单元的操作状态信息的显示器。
为了减少安装磨碎机的停机时间，一些面板具有可编程逻辑控制器(PLC)，在发生堵塞的情况下，可编程逻辑控制器能够执行简单的操作。通常，电流感测装置连续地测量磨碎机马达的电流。当发生堵塞时，磨碎机马达的电流将增大至当前水平之上，并且马达将停止。PLC随后将使得磨碎马达的旋转方向翻转，而且阻塞装置将被从切割装置推出。当翻转操作已经执行一小时间段的时候，旋转顺序变回正常，并继续磨碎。在前后发生了多次过载(堵塞)的情况下，表明磨碎单元不能运行使固体通过，操作将停止，且通常将发出警报。但在许多情况下，因为磨碎单元能够克服大部分固体(不过在切割较大固体时会翻转几次)，所以操作停机时间较少。
在大部分装置中，磨碎单元夜以继日、一星期接一星期地连续运行，不管是否有固体通过磨碎机。这样导致不必要的高能耗。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种磨碎机以及用于控制磨碎单元的方法，其比已知的磨碎单元消耗更少能量。
根据本发明的用于控制磨碎单元(该磨碎单元具有用于测量由磨碎机马达使用的电流的电流感测装置以及用于控制磨碎机马达的活跃状态的控制装置)的方法，适合基于磨碎机马达的测量出的电流来改变磨碎机马达的活跃状态(activity)。由于控制装置配置为基于磨碎机马达的实测电流来改变磨碎机马达的激活状态，所以根据本发明的磨碎单元仅当必要时才激活，且根据本发明的磨碎单元因此将比现有技术的磨碎单元耗能更少。因此，本发明公开了减少被磨碎单元消耗的能源的方式，并能够延长磨碎单元的寿命。
本发明的目的能够通过一种用于控制磨碎单元的方法来实现，所述磨碎单元具有电流感测装置以及控制装置，所述电流感测装置用于测量由所述磨碎机马达使用的电流，所述控制装置用于控制磨碎机马达的激活状态，其中，基于所述磨碎机马达的测得的电流，改变所述磨碎机马达的活跃状态。
本发明的其他目的和进一步的应用范围将从本申请的描述和附图变得明显。然而，应理解，虽然指示本发明的优选实施例，但是详细描述和特定示例仅作为解释说明给出，因为对于本领域技术人员而言，本发明的精神和范围内的各种改变和更改将从详细描述变得明显。
在本发明的方案中，在磨碎机马达激活的第一时间段期间，当磨碎机马达的测量到的电流小于预定值的时间超过预定的时间段时，停止磨碎机马达。由此，实现了当不需要磨碎机马达进行磨碎工作时，就关断磨碎机马达。因此与传统磨碎单元相比，能够节能。
此外，由于减少了激活时间，所以能够延长磨碎单元的寿命。
在本发明的另一方案中，磨碎单元的控制方法包括以下步骤：
步骤a，在第一时间段激活磨碎机马达；
步骤b，在至少部分的第一时间段期间，电流感测装置测量由磨碎机马达使用的电流；
步骤c，在第一时间段期间，确定马达电流小于预定值的时间是否超过预定时间段；
步骤d，如果在第一时间段期间，马达电流小于预定值的时间超过预定时间段，则使磨碎机马达停止一停止时间段；
步骤e，如果在第一时间段期间，马达电流大于或等于预定值的时间超过预定时间段，则磨碎机马达将继续激活一时间段。
由此实现的是，当马达电流小于预定值的时间超过预定时间段时，使磨碎机马达停止。这样，能够控制磨碎单元而无需任何附加的传感器。实际上，利用这种控制算法，将能够使现有技术的磨碎单元耗能更少。
电流感测装置可不断地测量、或代之以在任何部分的第一时间段期间测量磨碎机马达所使用的电流。在本发明的一个优选实施例中，电流感测装置可不断地测量磨碎机马达所使用的电流。换言之，在此实施例中，电流是连续测量的。如果马达开，则有电流信号；然而，如果马达关，则电流信号为零。
在本发明的又一方案中，磨碎单元的控制方法包括以下步骤：
步骤a，在第一时间段激活磨碎机马达；
步骤b，在至少部分的第一时间段期间，电流感测装置测量磨碎机马达所使用的电流；
步骤c，在第一时间段期间，确定是否马达电流小于预定值的时间超过预定时间段；
步骤d，如果在沿正常方向开始操作之前，马达电流小于或等于预定值的时间超过预定时间段，则磨碎机马达停止一停止时间段，并且磨碎机马达的旋转方向翻转一时间段；
步骤e，如果在第一时间段期间，马达电流大于或等于预定值的时间超过预定时间段，则磨碎机马达将继续激活一时间段。
此控制算法确保当磨碎机马达已经去激活时，磨碎机马达被翻转。这是一个重要优点，因为可通过这样的磨碎单元处理流体中的大量固体废料，而否则的话这些固体废料将阻塞流体的通行至少一段时间。
在本发明的另一方案中，磨碎单元的控制方法包括以下步骤：
步骤a，在第一时间段中激活磨碎机马达；
步骤b，在至少部分的第一时间段期间，电流感测装置测量由磨碎机马达使用的电流；
步骤c，在第一时间段期间，确定马达电流小于预定值的时间是否超过预定时间段；
步骤d，如果马达电流小于或等于预定值的时间超过预定时间段，则磨碎机马达停止一停止时间段，并且磨碎机马达的旋转方向翻转一时间段；
步骤e，如果在第一时间段期间，马达电流大于或等于预定值的时间超过预定时间段，则磨碎机马达将继续激活一时间段；
步骤f，如果控制装置已经决定将磨碎机马达停止预定数量的连续时间段，则停止时间段的持续时间延长。
此控制算法确保对磨碎机马达进行的控制适合磨碎机马达的实际激活需要。由此，在需要较少工作的情况下，将进一步减少磨碎机马达的动作。这种磨碎单元将是自适应的。
有利的是，磨碎单元拥有包括被配置为设定成三个模式的控制装置。
在本发明的一个实施例中，控制装置被配置为设定成接通模式、关断模式和自动模式，其中，磨碎机马达在接通模式始终接通，磨碎机马达在关断模式始终关断，而且磨碎机马达在自动模式根据上述控制算法激活。
由此，实现了能够在节能自动模式下操作的磨碎单元。与现有技术的磨碎单元相比，本实施例提供了节能、省钱的操作模式。
有利的是，磨碎单元具有包括微处理器和存储装置的控制装置。微处理器和存储装置可成为实现本发明的有效方式。为了实现要求的特定控制算法，可对控制装置进行编程或者改变参数值。
在本发明的一个实施例中，磨碎单元包括界面，此界面适合通过键入装置直接键入、或者通过使用无线通信装置来接收信息。由此实现的是，能够由磨碎单元的使用者来调整控制算法。因此，能够改变设定值以便满足特定要求。例如，键入装置可为键盘或显示器，无线通信装置可为手机或遥控器。
在本发明的一个实施例中，磨碎单元包括至少一个传感器，该传感器配置为提供关于由磨碎单元处理的流体中的固体废料的信息。由此实现的是，能够基于传感器信号来控制磨碎机马达的控制装置。该信息可被用作附加信息，这能够使磨碎单元及用于控制磨碎单元的方法甚至更加有效。传感器可以是任何合适类型的传感器。传感器可以是任何可得到的传感器，并且得自传感器的信息可与电流测量值结合使用。作为示例，如果测得的电流大而传感器信号小，则表示磨碎单元被阻塞。另一方面，如果测得的电流小而传感器信号大，则表示应在不久的将来激活磨碎单元；因此，即使测量出的电流小也不应停止磨碎单元。所以，电流测量值与附加传感器信号的组合可以是有益的。
附图说明
根据本说明书中以下给出的详细描述和附图，将能更全面地理解本发明；附图仅为说明起见给出并因此不限制本发明，且附图中：
图1是示出用于控制磨碎单元的方法的基本原理的流程图；
图2是根据本发明的磨碎单元的前视图；
图3是作为时间函数的磨碎机马达的电流的曲线图；以及
图4是示出作为时间函数的磨碎机马达电流的另一曲线图。
具体实施方式
本发明其他目的和实用性的进一步范围将从权利要求书、说明书和附图变得明显。然而应理解，虽然详细描述和特定示例示出了本发明的优选实施例，但其仅为说明给出，因为对于本领域技术人员而言，本发明的精神和范围内的各种改变和更改将从详细描述变得明显。
现在参照目的为解释本发明的优选实施例的附图的细节，图1为示出根据本发明的磨碎单元的控制算法的示意图。上面的方框4表示已经设定的磨碎机马达20的实际模式。因此，该方框4被称为模式方框4。在图1所示的示例中，模式已被设定到以“AUTO”表示的“自动模式”。在实践中，能够使磨碎机马达20切换到使磨碎机马达20接通的“接通模式”或者使磨碎机马达20关断的“关断模式”。可使用手柄、把手或其他合适的装置来设定模式。
上面的第二个方框6表示磨碎机马达20在运行。当模式设定到“自动模式”时，将起动磨碎机马达20，且因此磨碎机马达20将运行。上面的第三个方框8表示正在测量磨碎机马达20的马达电流32。在根据本发明的优选实施例中，连续地测量磨碎机马达20的电流32。然而，还可以按间隔(此间隔例如以每隔两秒为例)测量马达电流32。还可以在由间断周期断开的例如100毫秒这样的短时间段内测量电流。
在本发明的优选实施例中，每秒监控马达电流32若干次。为了在发生堵塞的情况下保护轴、切刀、联轴器，这将是有益的。
从底向上的第三个方框10示出评估模式，其中控制装置16检查是否磨碎机马达20的马达电流32小于预定值I1的时间超过预定时间段T2(表示为“XX秒”)。
从底向上的第二个方框12示出如果马达电流32小于预定值I1的时间超过预定时间段T2发生的情况。如果马达电流32小于预定值I1的时间超过预定时间段T2，则磨碎机马达20在预定的停止时间段T3(表示为“YY秒”)中停止。在此停止时间段T3之后，可使得磨碎机马达20的旋转方向翻转，以避免磨碎机马达20由于已经聚集在磨碎机切刀26前方的固体而堵塞。
沿反方向激活磨碎机马达20由底部的方框14表示。在时间段T10(表示为“ZZ秒”)中维持磨碎机马达20的反向激活。
如果马达电流32大于预定值I1的时间超过预定时间段T2，则控制装置16将维持磨碎机马达20的活动。
在根据本发明的优选实施例中，可以改变时间段T1、T2和T3。时间段T1、T2和T3可使用控制装置16来改变。时间段T1、T2和T3的设定可通过直接键入界面(未示)完成。
图2示出根据本发明的磨碎单元2。磨碎单元2包括磨碎机箱24、马达(电机)20，马达20由通过线路18连接到马达20的控制箱16来控制。磨碎机箱24包括两组磨碎机切刀26，这两组磨碎机切刀26配置为减小所处理的流体中存在的固体废料的颗粒尺寸。尺寸的减小通过磨碎单元2的旋转的磨碎机切刀26所执行的剪切、碾压、切碎的动作来完成。此外，磨碎机箱24包括齿轮22，齿轮22是为了相对于磨碎机马达20的转速来改变磨碎机切刀26的转速而设置的。齿轮22可相对于磨碎机马达20的转速来降低磨碎机切刀26的转速。磨碎机马达20通过联轴器28连接到齿轮箱22。
磨碎机箱24还设有两个传感器30。这些传感器30适合提供关于被处理的流体中的固体废料的信息。传感器30可检测固体废料是否出现在磨碎机切刀26之前。传感器30可以是任何合适类型的传感器。磨碎单元2包括用于检测磨碎机马达20的电流32的装置。在本发明的优选实施例中，用于检测磨碎机马达20的电流的装置设置在控制装置或者说控制箱16中。
在本发明的一个实施例中，传感器配置为在视频测量和/或压力测量的基础上来检测固体废料的存在。但也可使用任何其他合适的传感器装置。然而，传感器30可以是磨碎机箱24的一部分；在本发明的一个实施例中，可将多个传感器30在其他位置(例如在磨碎机切刀26之前20cm处)分开设置。可以有不设传感器30的磨碎单元2。
图3示出曲线36，曲线36表示的是作为时间34的函数的磨碎机马达20的电流32。从曲线36可看到，电流32作为时间34的函数而变化。磨碎机马达20的电流32反映了磨碎机马达20的活跃状态。另一方面，即使在固体废料未进入磨碎机切刀26的时间段中，磨碎机马达20的电流也将不为零。在这些时间段中，磨碎机马达20将仍处于加载状态，并因此将在磨碎机马达20中将检测到一定水平I1的电流32。在图3中，电流32的水平I1用虚线表示。I1示于图3的电流32的轴上。可看到，电流32在两个短的小负载时间段T6和T7小于I1。这些时间段具有相对短的持续时间。实际上，时间段T6和T7的持续时间均小于用来检测磨碎机马达20是否激活的预定持续时间值T2。在图3中，在第一时间段T1对马达电流32进行初始测量。在该第一时间段T1期间，磨碎机马达20的电流32大部分时间大于预定电流水平I1；然而，磨碎机马达20的电流32在时间段T6中小于预定电流水平I1。然而，时间段T6短于时间段T2，其中时间段T2用来决定是否应使磨碎机马达20停止一停止时间段T3。由于时间段T6比时间段T2短，所以控制装置16中的算法决定磨碎机马达20在时间段T4中应继续激活。为了说明起见，图中示出磨碎机马达20的电流32在时间段T7中小于预定电流水平I1。在时间段T4期间，不使用电流测量值改变磨碎机马达20的活跃状态。因此，在例如T7这样的时间段期间，即使带有小电流32的此时间段的持续时间长于时间段T2，磨碎机马达20的小电流32也将对磨碎机马达20的控制不产生任何影响。
在本发明的优选实施例中，磨碎机马达20的电流32是连续测量的；然而，由于磨碎机马达20激活，所以在时间段T4也可以不测量磨碎机马达20的电流32。
激活时间段T4后接着测量时间段T9；测量时间段T9中，为了作出关于磨碎机马达20的随后激活的决定而检测磨碎机马达20的电流32。在测量时间段T9中，磨碎机马达20的电流32在比时间段T2更长的时间段上小于预定电流水平I1(实际上磨碎机马达20的电流32在全部时间段T9都小于预定电流水平I1)。因此，控制装置16的算法决定磨碎机马达20应在停止时间段T3停止，此后在时间段T10上将磨碎机马达20的旋转方向翻转。在时间段T10之后，在时间段T11测量磨碎机马达20的电流32。在该时间段T11中，磨碎机马达20的电流32小于预定电流水平I1比时间段T2更长的时期。因此，控制装置16的算法决定磨碎机马达20应停止一时间段，并将磨碎机马达20的旋转方向翻转一时间段。在图4中，时间段T1、T9和T11具有相同的持续时间。
时间段T1、T2、T3、T9和T11的持续时间可由磨碎单元2的使用者改变。也可以使用配置为适合实际的激活模型的算法。在本发明的一个实施例中，控制装置16配置为，在电流12的小测量值之后，延长磨碎机马达20被停止的时间段的持续时间。在本发明的优选实施例中，控制装置16配置为，当控制装置16已经决定在电流32的小测量值之后，将磨碎机马达20连续停止四次时，延长时间段的持续时间。
这在图4示出。在图4中，磨碎机马达20的电流32通常为小。实际上，在图4所示的所有时间段内，磨碎机马达20的电流32都小于预定电流水平I1。初始时，在时间段T9测量磨碎机马达20的电流32。在该时间段T9，磨碎机马达20的电流32在比时间段T2更长的时间段中都小于预定电流水平I1。因此，磨碎机马达20停止一停止时间段T3。此后，在时间段T9中测量磨碎机马达20的电流32；而在时间段T9中，磨碎机马达20的电流32在比时间段T2更长的时间段中都小于预定电流水平I1。因此，磨碎机马达20停止一停止时间段T3。这个程序执行四次，此后控制装置16通过延长磨碎机马达20被停止的时间段T11来适应“低强度活动情况”。作为示例，时间段T1可以长至停止时间段T3的两倍。
附图标记清单
2——磨碎单元
4——示出操作模式的方框
6——方框
8——方框
10——方框
12——方框
14——方框
16——控制装置
18——电缆
20——马达
22——齿轮
24——磨碎机箱
26——磨碎机切刀
28——齿轮与电机之间的联轴器
30——传感器
32——电流
34——时间
36——作为时间的函数的磨碎机电机电流
I1——预定电流水平
T1、T2、T3、T4、T5、T6——时间段
T7、T8、T9、T10、T11、T12——时间段

Claims (12)

1.一种用于控制磨碎单元(2)的方法，所述磨碎单元(2)具有电流感测装置以及控制装置(16)，所述电流感测装置用于测量所述磨碎机马达(20)所使用的电流(32)，所述控制装置(16)用于控制磨碎机马达(20)的活跃状态，其特征在于，基于所述磨碎机马达(20)的测得的电流(32)来改变所述磨碎机马达(20)的活跃状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述磨碎机马达(20)被激活的第一时间段T1期间，当所述磨碎机马达(20)的被测电流(32)小于预定值(I1)的时间超过预定时间段(T2)时，使所述磨碎机马达(20)停止。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤a，在第一时间段(T1)激活所述磨碎机马达(20)；
步骤b，在至少部分的所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，所述电流感测装置测量所述磨碎机马达(20)所使用的电流(32)；
步骤c，在所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，确定马达电流(32)小于预定值(I1)的时间是否超过预定时间段(T2)；
步骤d，如果在所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，马达电流(32)小于所述预定值(I1)的时间超过所述预定时间段(T2)，则停止所述磨碎机马达(20)一停止时间段(T3)；
步骤e，如果在所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，马达电流(32)大于或等于所述预定值(I1)的时间超过所述预定时间段(T2)，则所述磨碎机马达(20)将继续激活一时间段(T4)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤a，在所述第一时间段(T1)激活所述磨碎机马达；
步骤b，在至少部分的所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，所述电流感测装置测量由所述磨碎机马达(20)使用的电流(32)；
步骤c，在所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，确定马达电流(32)小于预定值(I1)的时间是否超过预定时间段(T2)；
步骤d，如果在沿正常方向开始操作之前，马达电流(32)小于或等于所述预定值(I1)的时间超过所述预定时间段(T2)，则所述磨碎机马达停止一停止时间段(T3)，并且使所述磨碎机马达(20)的旋转方向翻转一时间段(T10)；
步骤e，如果在所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，马达电流(32)大于或等于所述预定值(I1)的时间超过所述预定时间段(T2)，则所述磨碎机马达(20)将继续激活一时间段(T4)。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤a，在所述第一时间段(T1)中激活所述磨碎机马达(20)；
步骤b，在至少部分的所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，所述电流感测装置测量所述磨碎机马达(20)所使用的电流(32)；
步骤c，在所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，确定马达电流(32)小于预定值(I1)的时间是否超过预定时间段(T2)；
步骤d，如果马达电流(32)小于或等于预定值(I1)的时间超过预定时间段(T2)，则使所述磨碎机马达(20)停止一停止时间段(T3)，并且使磨碎机马达的旋转方向翻转一时间段(T10)；
步骤e，如果在所述第一时间段(T1、T9、T11)期间，马达电流(32)大于或等于所述预定值(I1)的时间超过所述预定时间段(T2)，所述磨碎机马达(20)将继续激活一时间段(T4)；
步骤f，如果所述控制装置(16)已经决定将所述磨碎机马达(20)停止预定数量的连续时间段，则停止时间段(T3)的持续时间被延长。
6.根据前述权利要求之一所述的方法，其特征在于，由至少一个传感器(30)来提供关于由所述磨碎单元(2)处理的流体中的固体废料的信息，并将所述信息用于控制所述磨碎单元(2)。
7.一种磨碎单元(2)，其包括电子磨碎机马达(20)、电流感测装置和控制装置(16)，其中所述电流感测装置用于测量由所述磨碎机马达(20)使用的电流(32)，所述控制装置(16)用于控制所述磨碎机马达(20)的活跃状态，其特征在于，根据权利要求1至6之一所述的方法控制所述磨碎单元(2)。
8.根据权利要求7所述的磨碎单元(2)，其特征在于，所述控制装置(16)配置为设定成三种模式。
9.根据权利要求8所述的磨碎单元，其特征在于，所述控制装置(16)配置为设定成接通模式、关断模式和自动模式，其中所述磨碎机马达(20)在所述接通模式接通，其中所述磨碎机马达(20)在所述关断模式关断，且所述磨碎机马达(20)在所述自动模式下根据权利要求3、4或5所述的控制算法激活。
10.根据权利要求7至9之一所述的磨碎单元(2)，其特征在于，所述控制装置(16)包括微处理器和存储装置。
11.根据权利要求7至10之一所述的磨碎单元(2)，其特征在于，所述磨碎单元(2)包括适合通过键入装置直接键入、或通过使用无线通信装置接收信息的界面。
12.根据权利要求7至11之一所述的磨碎单元(2)，其特征在于，所述磨碎单元(2)包括至少一个传感器(30)，所述至少一个传感器(30)配置为用于提供关于由所述磨碎单元(2)处理的流体中的固体废料的信息。
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