CN108519345A - 一种基于机器学习的印刷机工作区域空气质量智能监控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于机器学习的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，包括：气体监测器、中央控制器、气体回收装置、净化器和显示器；气体监测器和气体回收装置均分布于印刷机上产生有害气体的部位，该气体监测器用于监测有害气体的组分及各组分的浓度，生成组分数据和浓度数据，该气体回收装置用于收集有害气体，并将其输送至净化器，净化器用于对有害气体进行净化处理，并将净化后的气体排放至室外，中央控制器用于接收各气体监测器输出的组分数据和浓度数据，通过数据分析控制各气体回收装置的启动，并将数据分析结果输出至显示器进行显示。上述系统能够最大程度上保证印刷机各区域所产生的有害气体被吸收和净化，并降低了能源的消耗，减少运行成本。
Description
技术领域
本发明涉及设备污染物处理技术领域，具体涉及一种基于机器学习的印刷机工作区域空气质量智能监控系统。
背景技术
印刷机是印刷文字和图像的机械设备，在历史变迁和市场需求的引导下，现代印刷机械一般由输纸装置、印版模块、水墨输送系统、压印装置、折叠系统组成，每个印刷组件都在不断地改进，从满足基本功能需求到采用智能操作，逐渐加入新型技术以适应时代的需要。与盖章的原理一样，印刷机就是采用机械的形式把需要的文字或图像转移到所需的材料上，随着技术的进步，目前印刷的承印物可以是纸张、布料、木板、金属或其它各种类型的材料。首先将需要印刷的文字和图像制成印版并装在印刷机上，然后通过墨辊的传动和滚动把水墨或油墨涂敷于印版上有文字和图像的地方，再根据印刷需求，采用直接或间接的方式将图文转印到承印物上，从而复制出与印版图文相同的印刷品。前文提到的现代印刷可以做到在不同材料承印物的图文复制，由于材料性质的不同，在印刷工艺中所需要的条件也就有所差异，这就是印刷行业所要考虑的印刷工艺条件。
印刷是一系列连贯的操作程序的配合，每个环节都有需要控制的因素。在印刷工艺的要求中，与印刷品质量相关的因素有：油墨和水量的特性和用量的控制、印版的特性、印刷滚筒之间的接触时间和压力、承印物的适性。与印刷环境有关的因素包括：对印刷生产区域空气中有机溶剂挥发出来废气的控制和回收(印刷过程中使用的油墨含有色料、树脂、溶剂、辅助剂等，废气产生的主要来源在上墨及烘干、复合过程，挥发出来有机溶剂是废气污染的主要来源)；印刷纸张中粉尘类的污染物处理，特别是报纸这类纸张性能的承印物。现代印刷机已经可以实现油墨的自动供给和自动控制调整，印刷压力信号从滚筒之间传递到控制操作屏幕实现实时监控和调整，而油墨和水以及印版的特性与承印物的匹配度则需要在承印物上体现出来。技术上的问题可以得到有效控制，但是在有关印刷区域空气中有害气体的控制方面，大部分企业做得不理想，不能有效兼顾作业区间和外界环境两者之间的平衡，目前印刷企业一般使用以下几种方式来控制印刷区域内的气体质量：
一、增加通风排气系统。通过管道运输的方式直接排出有害物质，或者在屋顶上方安装空气过滤系统。这类系统的特点是无法将有害气体排尽，毕竟有害物的浓度要大于空气浓度，排出或过滤掉的气体仅仅是捕获范围内的气体，其中空气也会占有相当大的比例，所以想只将其中有害气体成分排除干净相当困难的。另外，此类通风过滤系统的安装是固定模式，需要专门的安装，一旦印刷设备的布局或空间发生变化，此通风排气系统的使用效率会受到影响，若要改进，成本也是很高的。
二、对有害物质产生的源头进行捕获。一般是在印刷设备上增加抽吸功能的装置，让各个部分产生出的有害物质在挥发到空气中之前就被吸收。这种方式比前面提到的通风过滤系统更为有效，但是吸收的结果也是有限的，不是所有的印刷设备都可以与吸收装置相连接。从原理上看确实可以及时吸收掉有害物质，但是印刷机产生有害物质的源头很多，每个印刷组件均会产生有害物质，印刷组件之间也会产生有害物质，按照实际的设备组合就要求安置多个吸收装置，那样不仅会占用很多空间，供电系统也会分支一部分电量，对印刷生产会有影响。即便在印刷过程中的可以将有害物质吸收彻底，但是印刷品完成印刷后也同样会暴露在空气中，未完全干燥的油墨同样会挥发出有机挥发物，特别是现在使用居多的水性油墨，其中含有一种叫多氯联苯的有毒物质，这类毒素的浓度达到一定程度可以使皮肤发生癌变，危及人的生命。
三、空气过滤系统。通过向印刷区域内输送洁净的空气来增加空间内的空气流通，将有害物质经过过滤装置过滤掉，达到净化空气的目的。这种空气净化的模式可以比较有效的净化空间内的有害气体，与家庭使用的空气净化器相类似，但是需要考虑的是过滤程度要和设备的大小相匹配，印刷车间的空间都是占地很大，与印刷设备相关的高度也会很高，特别是一些大型的报刊生产车间使用的大幅面的印刷机。此时如果使用的过滤设备过小，则达不到清洁空气的目的，太大又会占用很大空间。
四、最后一种方式就是将有害物质源头捕获与空气过滤相结合，从而显著提高了空气净化的效果，但是其问题在于空间占用率较大。
发明内容
本发明的目的在于，为克服现有的印刷机有害气体处理装置存在着上述占用空间大、处理效果差、成本高的技术问题，提供一种基于机器学习的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，利用本发明的系统能够有效地实现室内有害气体的收集与过滤，提高印刷机工作区域的安全性。
为实现上述目的，本发明提供的一种基于机器学习的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，该系统具体包括：气体监测器、中央控制器、气体回收装置、净化器和显示器；所述的气体监测器和气体回收装置均分布于印刷机上产生有害气体的部位，该气体监测器用于监测有害气体的组分及各组分的浓度，生成组分数据和浓度数据，该气体回收装置用于收集有害气体，并将其输送至净化器，所述的净化器用于对有害气体进行净化处理，并将净化后的气体排放至室外，所述的中央控制器用于接收各气体监测器输出的组分数据和浓度数据，通过数据分析控制各气体回收装置的启动，并将数据分析结果输出至显示器进行显示。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的气体监测器采用红外线气体分析仪，所述的红外线气体分析仪利用不同成分的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特性进行气体浓度分析。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的中央控制器包括：信号处理模块、运行模式生成模块、设备驱动模块和时钟模块；所述信号处理模块用于采集红外线气体分析仪输出的监测信号，并将监测信号进行处理，生成供运行模式生成模块识别的信号，所述的运行模式生成模块用于将红外线气体分析仪监测得到的各组分所对应的浓度数据分别与设定的浓度阈值进行比较，以比较结果生成对应的运行模式，利用该运行模式控制设备驱动模块驱动各气体回收装置的运行，并控制时钟模块按设定的时间激发红外线气体分析仪，所述的运行模式包括气体回收装置的运行时长和集气风量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的信号处理模块包括：A/D转换器、信号放大器和滤波器，用于将信号采集模块输出的信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的中央控制器还包括参数调试模块，所述的参数调试模块内设置有参数调试模型，该参数调试模型接收信号处理模块输出的信号及运行模式生成模块输出的运行模式数据，并通过模型运算获得用于调节运行模式中运行时长和集气风量参数。
作为上述技术方案的进一步改进，所述的气体回收装置包括集气管和设置于集气管内的引风机，所述集气管的进气口与印刷机上产生有害气体的部位连通，其排气口与净化器的输气管路连通；所述的净化器包括输气管路及沿输气管路内依次设置的颗粒过滤网、加热管、蜂窝陶瓷层、活性炭吸附层，所述输气管路的末端设置有抽风机，所述抽放机与活性炭吸附层之间还设置有电子阀门，该输气管路在电子阀门与活性炭吸附层之间的侧壁上还开设有输气支路，所述输气支路的进气端和排气端分别连接输气管路和集气管，在输气支路进气端的上游还设置有气体质量监测仪，用于监测输气管路内的空气质量，所述气体质量监测仪的信号输出端与设备驱动模块连接，所述引风机、电子阀门、抽风机的信号输入端与设备驱动模块连接，所述的设备驱动模块通过接收的空气质量监测数据控制引风机、抽风机的转速，以及电子阀门的开闭。
本发明的一种印刷机工作区域空气质量智能监控系统优点在于：
本发明的系统通过在印刷机能够产生有害气体的各部位分别设置气体监测器和气体回收装置，能够实时监测各部位有害气体的组分及各组分的浓度，并以此数据控制气体回收装置对有害气体的收集，并在气体回收装置末端通过设置的净化器对有害气体进行过滤及吸附，减少了环境污染；通过中央控制器对监测数据的分析，按分析结果对各气体回收装置实施独立控制，在最大程度上保证印刷机所产生的有害气体被处理的情况下，降低了能源的消耗，减少了运行成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种印刷机工作区域空气质量智能监控系统结构示意图；
图2为本发明提供的中央控制器结构示意图；
图3为本发明提供的信号处理模块结构示意图；
图4为本发明提供的气体回收装置及净化器结构示意图。
附图标记
1、集气管 2、引风机 3、进气口
4、排气口 5、输气管路 6、颗粒过滤网
7、加热管 8、蜂窝陶瓷层 9、活性炭吸附层
10、抽风机 11、电子阀门 12、输气支路
13、气体质量监测仪
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明所述的一种印刷机工作区域空气质量智能监控系统进行详细说明。
大多数人在印刷车间能闻到的味道主要是油墨之类具有挥发性的物质在转移、调试和加热过程中所散发出的有害气体，统称为VOC(volatile organic compounds)。这类气体跟我们经常说的空气污染PM 2.5很不一样，PM 2.5主要是一定直径大小的颗粒污染，而VOC指的是气体污染。
消除挥发性有机物质最有效的方法是源头治理，也就是不使用或尽量少的使用含有VOC成分的油墨等涂料，比如使用一些水性油墨、含有植物基的油墨或UV油墨，这些油墨中含VOC的成分都是非常少的，即便如此，在使用的过程中仍然会产生有害气体，有机物质仍然会挥发到空气中去。在印刷车间，除了印刷油墨外，还有一些溶剂、洗车水、洗板水等各种溶剂，这些溶剂都具有一定程度的挥发性，要减少空气中气体的排放，就要在源头对气体做处理，即在设备端收集、处理这些气体。目前有些较为先进的设备会自带有废气的收集系统，当然费用也是比较高的。收集起来的废气需要经过后续的处理，在保证印刷空间气体和水体质量有所改善的前提下，不对外界环境造成破坏。总之，一个有效的印刷环境气体治理需要经过检测和收集，为了能够更好地处理这一系列的工序，本发明提出了一种印刷机工作区域空气质量智能监控系统。
如图1所示，本发明提供的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，具体包括：气体监测器、中央控制器、气体回收装置、净化器和显示器；所述的气体监测器和气体回收装置均分布于印刷机上产生有害气体的部位，该气体监测器用于监测有害气体的组分及各组分的浓度，生成组分数据和浓度数据，该气体回收装置用于收集有害气体，并将其输送至净化器，所述的净化器用于对有害气体进行净化处理，并将净化后的气体排放至室外，所述的中央控制器用于接收各气体监测器输出的组分数据和浓度数据，通过数据分析控制各气体回收装置的启动，并将数据分析结果输出至显示器进行显示。
印刷车间内会有多组印刷设备和辅助装备，不同设备的作用不同，所散发出的气体组分也是不一样的，检测的目的是识别出印刷区域内各个部分的气体成分和浓度，将检测值转化为电信号，进一步传输到显示仪器中进行显示，让工作人员知晓附近的气体质量数据。在本发明的系统中，将气体传感仪器安置在印刷设备上，具体设置在有水墨接触的传水传墨棍子组件、印版滚筒附近、油墨传至纸张上的裁切滚筒、收纸装置附近、清洗印刷设备以及印版的溶剂附近。气体传感器检测到的气体成分和浓度数值数据将会传输到与之连接的中央控制器上，并通过显示器进行显示。显示的方式可以是数值、分布图线、信号灯的显示等等形式，其目的是指示出浓度超标的部位。气体监测器与气体回收装置之间经中央控制器连接，当某一区域的有害气体浓度达到阈值时，通过中央控制器控制相应部位的气体回收装置开启，针对这一特定区域的气体做回收及净化处理，这样操作的目的可以避免所有的气体回收装置同时启动所导致的印刷区域的电量消耗和噪音较大的问题，从而降低了设备的运行成本。
基于上述结构的空气质量智能监控系统，本实例中的气体监测器可采用红外线气体分析仪，所述的红外线气体分析仪利用不同成分的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特性进行气体浓度分析。红外线气体分析仪具有响应时间短、检测速度快的优点。将红外线气体分析仪置于需要检测的气体环境中，可以快速检测评估出较大范围内的气体成分及浓度，甚至可以识别一些人鼻所无法察觉到的有毒有害气体。
为实现本系统的空气质量智能监控功能，如图2所示，所述的中央控制器可具体包括：信号处理模块、运行模式生成模块、设备驱动模块和时钟模块；所述信号处理模块用于采集红外线气体分析仪输出的监测信号，并将监测信号进行处理，生成供运行模式生成模块识别的信号，所述的运行模式生成模块用于将红外线气体分析仪监测得到的各组分所对应的浓度数据分别与设定的浓度阈值进行比较，以比较结果生成对应的运行模式，利用该运行模式控制设备驱动模块驱动各气体回收装置的运行，并控制时钟模块按设定的时间激发红外线气体分析仪，以便实时采集有害气体的监测数据，进行实时监控；所述的运行模式包括气体回收装置的运行时长和集气风量。
印刷机在作业过程中能够产生多种VOC有害气体，而不同种类的有害气体的处理难度及挥发程度、时长各不相同。例如：脂溶性油墨相比于水溶性油墨和清洗溶剂的处理难度要大很多，而纸张粉尘属于固体小颗粒，其相比于上述液态污染物的处理难度最低。由此可知，为了能够彻底净化室内VOC有害气体，针对不同组分的VOC有害气体实施不同程度的回收及净化处理操作。为此，利用运行模式生成模块将各组分所对应的浓度数据分别与设定的浓度阈值进行比较，以各比较结果计算获得各种组分气体预计需要采集的时长和集气风量，并进行汇总后生成对应的运行模式。
随着气体回收装置和净化器工作时长的增加，使得管道内部有害气体的不断沉积并粘附在过滤层上，从而导致集气强度及过滤效果的大幅度降低。如果始终采用固定不变的运行模式以控制各气体回收装置运行，必然会降低本系统的有害气体处理效果，进而导致未被收集的有害气体在室内不断激增，超出空气质量标准，对工人的健康带来很大威胁。
为此，如图2所示，本实施例中的中央控制器还可包括参数调试模块，所述的参数调试模块内设置有参数调试模型，该参数调试模型接收信号处理模块输出的信号及运行模式生成模块输出的运行模式数据，并通过模型运算获得用于调节运行模式的参数，对运行模式生成模块已生成的运行模式所对应的运行时长和集气风量参数进行不断调试，使得当前执行的运行模式能够满足室内空气质量始终调节在安全范围内，从而提高了系统的智能控制功能及系统运行的稳定性、安全性。
上述红外线气体分析仪按照印刷设备的摆放方式安置，以建立起一套检测模型。检测设备处在实时监控的状态，对气体进行定性、定量的分析和记录，配合参数调试模块形成一套系统的自学习过程，每一次实施有害气体采集过程中的参数均由运行模式生成模块进行分析和计算，并总结出各印刷区域内设备运行状态与气体质量变化之间的规律，通过对设备启动时间及风量进行不断调节，在最大程度上减小印刷区域内有害气体污染的目的。
如图3所示，所述的信号处理模块可通过设置的A/D转换器，将其接收的模拟信号转换为供运行模式生成模块识别的数字信号；同时，为了降低信号的噪声干扰，提高信号的探测精度，所述的信号处理模块还可包括信号放大器和滤波器，用于将红外线气体分析仪输出的信号进行放大和滤波处理。
为了实现系统的有害气体回收及处理功能，如图4所示，本实施例中的气体回收装置包括集气管1和设置于集气管1内的引风机2，所述集气管1的进气口3与印刷机上产生有害气体的部位连通，其排气口4与净化器连通；所述的净化器包括输气管路5及沿输气管路5内依次设置的颗粒过滤网6、加热管7、蜂窝陶瓷层8、活性炭吸附层9，所述输气管路5的末端设置有抽风机10，所述抽放机与活性炭吸附层9之间还设置有电子阀门11，该输气管路5在电子阀门11与活性炭吸附层9之间的侧壁上还开设有输气支路12，所述输气支路12的进气端和排气端分别连接输气管路5和集气管1，在输气支路12进气端的上游还设置有气体质量监测仪13，用于监测输气管路5内的空气质量，所述气体质量监测仪13的信号输出端与设备驱动模块连接，所述引风机2、电子阀门11、抽风机10的信号输入端与设备驱动模块连接，所述的设备驱动模块通过接收的空气质量监测数据控制引风机2、抽风机10的转速，以及电子阀门11的开闭。
如图4所示，所述的加热管7为螺旋形，通过设置加热管7有利于使VOC废气达到燃烧温度，通过设置的蜂窝陶瓷层8有利于扩大废气吸收面积并隔离加热腔的高温，通过设置的活性炭吸附层9有利于吸收未充分燃烧的VOC废气。
经过在气体源头对有害气体进行实时检测和收集处理两个阶段，印刷区域内的气体质量基本稳定在可控范围内，且印刷车间都会设置与气体回收装置贯通的净化器，开启该净化器即可对未经处理的有害气体做净化，以降低空气污染。
本发明通过在印刷设备上增加废气回收装置，从源头解决有害气体释放的问题。具体地，印刷机各部位产生的有机废气经集气管1收集后，经过输气管路5处理的气体会由气体质量监测仪13再次进行气体监测，合格的气体会被排放到室外，当监测到不合格气体时，通过设备驱动模块将电子阀门11关闭，此时气体会经输气支路12回流至集气管1内进行二次过滤，直到气体质量合格为止，才进一步控制电子阀门11开启，将质量检测合格的气体排放到室外。
最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (6)
1.一种基于机器学习的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，其特征在于，包括：气体监测器、中央控制器、气体回收装置、净化器和显示器；所述的气体监测器和气体回收装置均分布于印刷机上产生有害气体的部位，该气体监测器用于监测有害气体的组分及各组分的浓度，生成组分数据和浓度数据，该气体回收装置用于收集有害气体，并将其输送至净化器，所述的净化器用于对有害气体进行净化处理，并将净化后的气体排放至室外，所述的中央控制器用于接收各气体监测器输出的组分数据和浓度数据，通过数据分析控制各气体回收装置的启动，并将数据分析结果输出至显示器进行显示。
2.根据权利要求1所述的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，其特征在于，所述的气体监测器采用红外线气体分析仪，所述的红外线气体分析仪利用不同成分的气体对不同波长的红外线辐射能具有选择性吸收的特性进行气体浓度分析。
3.根据权利要求2所述的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，其特征在于，所述的中央控制器包括：信号处理模块、运行模式生成模块、设备驱动模块和时钟模块；所述信号处理模块用于采集红外线气体分析仪输出的监测信号，并将监测信号进行处理，生成供运行模式生成模块识别的信号，所述的运行模式生成模块用于将红外线气体分析仪监测得到的各组分所对应的浓度数据分别与设定的浓度阈值进行比较，以比较结果生成对应的运行模式，利用该运行模式控制设备驱动模块驱动各气体回收装置的运行，并控制时钟模块按设定的时间激发红外线气体分析仪，所述的运行模式包括气体回收装置的运行时长和集气风量。
4.根据权利要求3所述的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，其特征在于，所述的信号处理模块包括：A/D转换器、信号放大器和滤波器，用于将信号采集模块输出的信号依次进行模数转换、放大和滤波处理。
5.根据权利要求3所述的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，其特征在于，所述的中央控制器还包括参数调试模块，所述的参数调试模块内设置有参数调试模型，该参数调试模型接收信号处理模块输出的信号及运行模式生成模块输出的运行模式数据，并通过模型运算获得用于调节运行模式中运行时长和集气风量参数。
6.根据权利要求3所述的印刷机工作区域空气质量智能监控系统，其特征在于，所述的气体回收装置包括集气管(1)和设置于集气管(1)内的引风机(2)，所述集气管(1)的进气口(3)与印刷机上产生有害气体的部位连通，其排气口(4)与净化器的输气管路(5)连通；所述的净化器包括输气管路(5)及沿输气管路(5)内依次设置的颗粒过滤网(6)、加热管(7)、蜂窝陶瓷层(8)、活性炭吸附层(9)，所述输气管路(5)的末端设置有抽风机(10)，所述抽放机与活性炭吸附层(9)之间还设置有电子阀门(11)，该输气管路(5)在电子阀门(11)与活性炭吸附层(9)之间的侧壁上还开设有输气支路(12)，所述输气支路(12)的进气端和排气端分别连接输气管路(5)和集气管(1)，在输气支路(12)进气端的上游还设置有气体质量监测仪(13)，用于监测输气管路(5)内的空气质量，所述气体质量监测仪(13)的信号输出端与设备驱动模块连接，所述引风机(2)、电子阀门(11)、抽风机(10)的信号输入端与设备驱动模块连接，所述的设备驱动模块通过接收的空气质量监测数据控制引风机(2)、抽风机(10)的转速，以及电子阀门(11)的开闭。
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