CN106940572B - 一种强力混合机料位自适应系统和方法 - Google Patents

一种强力混合机料位自适应系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种强力混合机料位自适应系统及方法，系统包括：混合筒、物位开关、称重传感器和控制器；物位开关的探头位于混合筒内预定高度，用于测量物料的料位，当物料触碰探头时，探头发送开关量信号给控制器；称重传感器，用于实时获取混合筒内物料的实际物料重量，并将实际物料重量发送给控制器；控制器，用于当收到开关量信号时，根据当前的实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以新的物料的目标物料重量进行料位控制。当更换为密度更小的物料时，目标物料重量不变，则物料的料位将超高，此时物料将触碰到物位开关的探头。能够在物料更换时自动控制混合筒内的物料料位在预定范围内，从而保护混合筒电机，避免影响生产或引起安全事故。

Description

一种强力混合机料位自适应系统和方法
技术领域
本发明涉及过程控制技术领域，特别涉及一种强力混合机料位自适应系统和方法。
背景技术
强力混合机是一种对物料进行搅拌、混合的机械设备。强力混合机一般为分为立式混合机和卧式混合机，立式混合机是一种竖直放置的连续旋转的圆筒形机器，主要包括混合筒、搅拌桨、称重装置、排料门、进料溜槽等，搅拌桨一般又分为单桨或多桨，工作中搅拌桨与混合筒都在旋转，搅拌桨主要用于将物料混合均匀。
强力混合机对混合筒内物料料位的控制要求非常严格，一般是将物料控制在混合筒总高度约80％的高度，只有物料高度得到保证，物料混合过程中停留时间才能得到保证，从而才能达到混匀的要求。如果料位太低，则物料进入混合筒筒体后很快从物料出口排出，停留时间太短，混匀效果难以保证；如果料位太高，可能会出现过混合，即已经混合均匀的物料的混匀度又被破坏，料位太高还可能导致物料与混合筒顶部的给料口相碰，引起混合筒电机过载而停机，严重时会影响生产或引起安全事故。
现有技术中，混合筒内料位的高度的控制是通过检测混合筒内总的物料重量，即将检测的实际物料重量与设定的目标物料重量进行闭环自动控制。目标物料重量的单位是国际单位吨(t)。强力混合机工作时，混合筒的实际料位是根据目标物料重量进行控制的。当实际物料重量与目标物料重量匹配时，实际料位与目标料位匹配，即实际料位与目标料位的误差在允许范围内。
但是，实际工作中因为物料密度的变化，会引起物料重量与物料实际高度不匹配，对于一种物料，当目标物料重量占混合筒总高度约80％时，控制达到稳定，此时如果更换了另一种密度更小的物料，而目标物料重量没有作出调整，则实际的物料高度就会比原来的高度要高，甚至高出很多而引起混合筒过满，最终会导致混合筒电机过载而停机，影响生产甚至引起安全事故。目前，强力混合机工作时，混合筒的目标物料重量都是开机前由人工设定的，每次更换一种物料时，由于物料的密度发生变化，因此需要重新计算目标料位对应的目标物料重量。
因此，本领域技术人员需要提供一种强力混合机料位自适应系统和方法，能够在物料更换时自动控制混合筒内的物料料位在预定范围内，从而保护混合筒电机，避免影响生产或引起安全事故。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种强力混合机料位自适应系统和方法，能够在物料更换时自动控制混合筒内的物料料位在预定范围内，从而保护混合筒电机，避免影响生产或引起安全事故。
本发明实施例提供一种强力混合机料位自适应系统，包括：混合筒、物位开关、称重传感器和控制器；
所述物位开关的探头位于所述混合筒内预定高度，用于测量物料的料位，当物料触碰所述探头时，所述探头发送开关量信号给所述控制器；
所述称重传感器，用于实时获取混合筒内物料的实际物料重量，并将所述实际物料重量发送给所述控制器；
所述控制器，用于当收到所述开关量信号时，根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以所述新的物料的目标物料重量进行料位控制。
优选地，所述控制器根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，具体通过以下公式(1)获得：
其中，msv为新的物料的目标物料重量，单位为吨；
m1为物料触碰所述探头时，称重传感器测量的混合筒内物料的实际物料重量；单位为吨；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位为米；
所述物位开关设置在混合筒的顶部，h为物位开关伸入混合筒内的长度，单位为米；
k为大于0小于1的预设常数。
优选地，所述物位开关设置在物料混合时物料允许达到的最高点对应的位置。
优选地，还包括：排料门；
所述控制器以新的物料的目标物料重量进行料位控制，具体为：增大所述排料门的开度，以使物料的料位低于所述探头所处的位置。
优选地，所述k的取值范围为0.6-0.9。
本发明实施例还提供一种强力混合机料位自适应方法，应用于强力混合机上，所述强力混合机包括：混合筒、物位开关、称重传感器；
所述物位开关的探头位于所述混合筒内预定高度，当混合筒内的物料触碰所述物位开关时，所述物位开关输出开关量信号；
所述称重传感器，用于实时获取混合筒内的实际物料重量；
当收到开关量信号，获取此时的物料的实际物料重量；
根据获取的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以所述新的物料的目标物料重量进行料位控制。
优选地，所述根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，具体通过以下公式(1)获得：
其中，msv为新的物料的目标物料重量；单位为吨；
m1为物料触碰所述探头时，称重传感器测量的混合筒内物料的实际物料重量；单位为吨；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位为米；
所述物位开关设置在混合筒的顶部，h为物位开关伸入混合筒内的长度，单位为米；
k为大于0小于1的预设常数。
优选地，所述物料开关均设置在物料混合时物料允许达到的最高点对应的位置。
优选地，所述以新的物料的目标物料重量进行料位控制，具体为：增大所述排料门的开度，以使物料的料位低于所述探头所处的位置。
优选地，所述k的取值范围为0.6-0.9。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的强力混合机自适应系统，在混合筒的预定高度设置物位开关的探头，当混合筒内物料更换为密度更小的物料时，目标物料重量不变，则物料的料位将超高，此时物料将触碰到物位开关的探头，物位开关输出开关量信号给控制器，此时控制器根据物位开关输出开关量信号时的实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以新的物料的目标物料重量进行料位控制。由于新的物料的密度更小，继续以原来的物料对应的目标物料重量进行控制，将造成料位超高，严重时将造成混合筒电机停机，影响生产甚至引起安全事故。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的强力混合机料位自适应系统主视图；
图2是图1对应的俯视图；
图3是本发明提供的强力混合机料位自适应方法实施例一流程图；
图4是本发明提供的强力混合机料位自适应方法实施例二流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图1，该图为本发明提供的强力混合机料位自适应系统主视图。
本实施例提供的强力混合机料位自适应系统，包括：混合筒1、物位开关4、称重传感器2和控制器(图中未示出)；
所述物位开关4的探头位于所述混合筒1内预定高度，用于测量物料的料位，当物料触碰所述探头时，所述探头发送开关量信号给所述控制器；
可以理解的是，混合筒正常工作时，物料不会触碰物位开关4，当更换的新的物料比原来的物料的密度小时，按照原来设定的目标物料重量继续进行控制，物料的体积变大，即高度会超高，物料超高便会与物位开关4触碰。当物料触碰物位开关4时，物位开关4便输出开关量信号。
本发明实施例解决的技术问题是防止物料的料位太高，造成混合筒电机停机，影响生产或引起安全事故。因此，当更换的新的物料比原来的物料的密度大时，继续按照原来设定的目标物料重量进行控制不会造成混合筒电机停机，因为更换的密度更大的物料时，目标重量料位不变，则混合筒内物料的料位将降低，不会触碰物位开关4。
需要说明的是，由于混合筒1工作时一直转动，其侧面无法设置安装孔，因此，物位开关4一般设置在混合筒1的顶部，将物位开关4的探头伸入所述混合筒1的筒体内，即物位开关4的探头距离混合筒1的顶部一定长度。
所述称重传感器2，用于实时获取混合筒内物料的实际物料重量，并将所述实际物料重量发送给所述控制器；
所述控制器，用于当收到所述开关量信号时，根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以所述新的物料的目标物料重量进行料位控制。
本发明提供的强力混合机自适应系统，在混合筒的预定高度设置物位开关的探头，当混合筒内物料更换为密度更小的物料时，目标物料重量不变，则物料的料位将超高，此时物料将触碰到物位开关的探头，物位开关输出开关量信号给控制器，此时控制器根据物位开关输出开关量信号时的实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以新的物料的目标物料重量进行料位控制。由于新的物料的密度更小，继续以原来的物料对应的目标物料重量进行控制，将造成料位超高，严重时将造成混合筒电机停机，影响生产甚至引起安全事故。
为了便于理解，本发明还提供了图2，图2为图1对应的俯视图。
需要说明的是，结合图1和图2可以看出，混合筒为圆柱形，强力混合机的混合筒1全部支撑在称重传感器2上，四个称重传感器2分别位于四个角上作为支点，称重整个强力混合机。去除强力混合机自身的重量之外便是混合筒内物料的实际物料重量。
伺服推杆及排料门3作为物料出口控制机构，物料入口5为进料口。
需要说明的是，所述控制器根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，具体通过以下公式(1)获得：
其中，msv为新的物料的目标物料重量；单位为吨(t)；
m1为物料触碰所述探头时，称重传感器测量的混合筒内物料的实际物料重量；单位为吨(t)；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位为米(m)；
所述物位开关设置在混合筒的顶部，h为物位开关伸入混合筒内的长度，单位为米；
k为大于0小于1的预设常数。
下面介绍公式(1)的获得过程。
当物料与物位开关触碰时，物料的重量由以下公式(2)获得：
m1＝ρ1*V1＝ρ1*π*r2*(L-h) (2)
ρ1为物料密度，单位：t/m3；
V1为物料触碰物位开关时的物料体积，单位：m3；
r为混合筒半径，单位：米(m)；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位：米(m)；
h为物位开关的探头距离在混合筒内的长度，单位：米(m)；
本发明提供的自适应系统，可以实现自动控制，即实际物料重量是以目标物料重量为标准值进行调节，当物料料位与物位开关触碰时，说明目标物料重量对应的目标料位太高，应该调低，相应地应该将目标物料重量调小，以使实际物料的料位降低。例如，希望实际物料的料位控制混合筒的高度为k*L。其中，k为设置的系数，为大于0小于1的常数，k可以根据实际需要来设置，例如k的取值范围可以为0.6-0.9。
可以理解的是，k不能取值太小，也不能取值太大。
k的最小值可以设为0.6，因为目标料位太低，物料在混合筒内的停留时间过短，难以保证混匀效果。如果将混合筒设计很高来保证0.6L的控制目标，从机械装备上是不可取的，机械装备的重心太高，不利于设备高速运转的稳定性；另外装备造价成本也会相应提高。
k的最大值可以设为0.9，因为目标料位太高，可能导致已经混匀的物料会被重新破坏平衡；另外设备在启动过程中，实际物料料位会出现高于目标料位的情况，超过目标物料重量的部分通常在控制理论上称为超调量，不允许超调的物料与物位开关的探头相碰。
当物料的料位为k*L时，对应的目标物料重量msv由以下公式(3)获得：
msv＝ρ1*Vsv＝ρ1*π*r2*k*L (3)
Vsv为控制的目标物料体积，单位：m3；
ρ1为物料密度，单位：t/m3；
r为混合筒半径，单位：米(m)；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位：米(m)；
由公式(2)和(3)可得公式(1)；
msv便是更换后的新的物料对应的目标物料重量。
由公式(3)可以看出，L和h确定后，msv仅与m1，即物料与物位开关的探头触碰时的物料质量有关系，物料体积也确定，因此msv仅与新的物料的密度ρ1相关，即msv随着物料的密度的改变进行调节。
可以理解的是，虽然公式(2)和(3)是以重量的计算公式，但是，msv可以只通过称重传感器测量获得，公式(2)和(3)仅是为了便于获得公式(1)。
例如，当物位开关的探头距离混合筒的顶部距离h为150mm，混合筒高度L为800mm，k取值为0.8，则根据公式(1)获得此时的msv＝0.985m1。
需要说明的是，所述物位开关设置在物料混合时物料达到的最高点对应的位置。由于搅拌桨在搅拌物料时，会在桨后形成一个漩涡。探头应该安装于桨前，混合过程中此处物料应该最高。
另外，本实施例中的系统，还包括：排料门；
所述控制器以新的物料的目标物料重量进行料位控制，具体为：增大所述排料门的开度，以使物料的料位低于所述探头所处的位置。
下面说明物位开关的选择原则以及h的选择原则。
当物料与物位开关的探头触碰时，出现水平方向作用于物位开关的力，该力对物位开关产生摩擦，所以物位开关需满足耐磨的要求；如果物位开关受到冲击时能够产生形变则可以缓冲触碰瞬间较大的摩擦冲击力，其使用寿命会更长，因此物位开关需能够产生一定的形变，可以由竖直变为水平为最佳。
h的选择可根据料位允许到达的高度及自动控制的快速性是否能及时反应来综合选择，一般需要留足裕量，可以选择稍长的物位开关，控制时当开关输出开关量信号时，控制器有足够的时间处理，从而尽量避免因物料料位过高导致的混合筒电机停机事件。
h最短长度：当物料与物位开关的探头触碰时，如果及时调整目标物料重量，排料大于进料，物料便不会堆积至混合筒顶部的进料槽，则此时的长度可以满足要求。为了保证安全，h一般不宜太短，而且需要根据混合筒的实际情况进行计算。
h最长长度：对于上述关系式(1)，当msv＝m1时，物位开关在混合筒内的长度h＝(1.0-k)L，此时为最长，所以最长h的取值范围为0.1L-0.4L，最长长度根据目标料位确定，如果目标料位为80％的混合筒高度，则最长为0.2L。但考虑实际工作时，实际料位比目标料位高的情况，为避免物料经常与物位开关触碰，出现不必要的磨损或误动作，可以适当减少h的长度，而不必设置过长。
另外，物位开关作为电子部件，在环境恶劣的场所长期连续运行，容易出现故障，因此可以在混合筒顶部同一位置安装两个或多个相同的物位开关，以确保在其中一个或多个出现损坏时，有物位开关能够继续正常工作，控制器应用多个物位开关的开关量信号时应采用各物位开关的信号或的关系，即任何一个物位开关产生料位高信号时便采用自适应目标物料重量计算方法对目标料位进行调整。强力混合机检修时需对物位开关进行检查。
基于以上实施例提供的一种强力混合机料位自适应方法，本发明实施例还提供了一种强力混合机料位自适应方法，下面结合附图进行详细的介绍。
方法实施例一：
参见图3，该图为本发明提供的强力混合机料位自适应方法实施例一流程图。
本实施例提供的强力混合机料位自适应方法，应用于强力混合机上，所述强力混合机包括：混合筒、物位开关、称重传感器；
所述物位开关的探头位于所述混合筒内预定高度，当混合筒内的物料触碰所述物位开关时，所述物位开关输出开关量信号；
所述称重传感器，用于实时获取混合筒内的实际物料重量；
S301：当收到开关量信号，获取此时的物料的实际物料重量；
S302：根据获取的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以所述新的物料的目标物料重量进行料位控制。
本发明提供的强力混合机自适应方法，在混合筒的预定高度设置物位开关的探头，当混合筒内物料更换为密度更小的物料时，目标物料重量不变，则物料的料位将超高，此时物料将触碰到物位开关的探头，物位开关输出开关量信号给控制器，此时控制器根据物位开关输出开关量信号时的实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以新的物料的目标物料重量进行料位控制。由于新的物料的密度更小，继续以原来的物料对应的目标物料重量进行控制，将造成料位超高，严重时将造成混合筒电机停机，影响生产甚至引起安全事故。
方法实施例二：
参见图4，该图为本发明提供的强力混合机料位自适应方法实施例二流程图。
S401与S301相同，在此不再赘述。
S402：根据获取的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量。
具体通过以下公式(1)获得：
其中，msv为新的物料的目标物料重量；单位为吨(t)；
m1为物料触碰所述探头时，称重传感器测量的混合筒内物料的实际物料重量；单位为吨(t)；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位为米(m)；
所述物位开关设置在混合筒的顶部，h为物位开关伸入混合筒内的长度，单位为米(m)；
k为大于0小于1的预设常数。
S403：以新的物料的目标物料重量进行料位控制，具体为：增大所述排料门的开度，以使物料的料位低于所述探头所处的位置。
另外，物位开关作为电子部件，在环境恶劣的场所长期连续运行，容易出现故障，因此可以在混合筒顶部同一位置安装两个或多个相同的物位开关，以确保在其中一个或多个出现损坏时，有物位开关能够继续正常工作，所述物料开关均设置在物料混合时物料达到的最高点对应的位置。控制器应用多个物位开关的开关量信号时应采用各物位开关的信号或的关系，即任何一个物位开关产生料位高信号时便采用自适应目标物料重量计算方法对目标料位进行调整
所述k的取值范围为0.6-0.9。
本发明提供的自适应方法，可以实现自动控制，即实际物料重量是以目标物料重量为标准值进行调节，当物料料位与物位开关触碰时，说明目标物料重量对应的目标料位太高，应该调低，相应地应该将目标物料重量调小，以使实际物料的料位降低。例如，希望实际物料的料位控制混合筒的高度为k*L。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种强力混合机料位自适应系统，其特征在于，包括：混合筒、物位开关、称重传感器和控制器；
所述物位开关的探头位于所述混合筒内预定高度，用于测量物料的料位，当物料触碰所述探头时，所述探头发送开关量信号给所述控制器；
所述称重传感器，用于实时获取混合筒内物料的实际物料重量，并将所述实际物料重量发送给所述控制器；
所述控制器，用于当收到所述开关量信号时，根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以所述新的物料的目标物料重量进行料位控制。
2.根据权利要求1所述的强力混合机料位自适应系统，其特征在于，所述控制器根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，具体通过以下公式(1)获得：
其中，msv为新的物料的目标物料重量，单位为吨；
m1为物料触碰所述探头时，称重传感器测量的混合筒内物料的实际物料重量；单位为吨；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位为米；
所述物位开关设置在混合筒的顶部，h为物位开关伸入混合筒内的长度，单位为米；
k为大于0小于1的预设常数。
3.根据权利要求1或2所述的强力混合机料位自适应系统，其特征在于，所述物位开关设置在物料混合时物料允许达到的最高点对应的位置。
4.根据权利要求1所述的强力混合机料位自适应系统，其特征在于，还包括：排料门；
所述控制器以新的物料的目标物料重量进行料位控制，具体为：增大所述排料门的开度，以使物料的料位低于所述探头所处的位置。
5.根据权利要求2所述的强力混合机料位自适应系统，其特征在于，所述k的取值范围为0.6-0.9。
6.一种强力混合机料位自适应方法，其特征在于，应用于强力混合机上，所述强力混合机包括：混合筒、物位开关、称重传感器；
所述物位开关的探头位于所述混合筒内预定高度，当混合筒内的物料触碰所述物位开关时，所述物位开关输出开关量信号；
所述称重传感器，用于实时获取混合筒内的实际物料重量；
当收到开关量信号，获取此时的物料的实际物料重量；
根据获取的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，以所述新的物料的目标物料重量进行料位控制。
7.根据权利要求6所述的强力混合机料位自适应方法，其特征在于，所述根据当前的所述实际物料重量获取新的物料的目标物料重量，具体通过以下公式(1)获得：
其中，msv为新的物料的目标物料重量；单位为吨；
m1为物料触碰所述探头时，称重传感器测量的混合筒内物料的实际物料重量；单位为吨；
L为混合筒内可装物料空间的总高度，单位为米；
所述物位开关设置在混合筒的顶部，h为物位开关伸入混合筒内的长度，单位为米；
k为大于0小于1的预设常数。
8.根据权利要求6或7所述的强力混合机料位自适应方法，其特征在于，所述物料开关均设置在物料混合时物料允许达到的最高点对应的位置。
9.根据权利要求6所述的强力混合机料位自适应方法，其特征在于，所述以新的物料的目标物料重量进行料位控制，具体为：增大排料门的开度，以使物料的料位低于所述探头所处的位置。
10.根据权利要求7所述的强力混合机料位自适应方法，其特征在于，所述k的取值范围为0.6-0.9。
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