CN109331906B - 一种砻谷机及其智能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种砻谷机及其智能控制方法，通过对淌板与胶辊切线之间的位置关系进行边缘计算，且依据计算结果驱动伺服电机，实时将淌板调整到最优位置，同时通过数据接口获取工艺检测系统对砻谷机下脱壳率、碎米率、裂纹粒的检测数据，并根据相应的推理规则对这些实时数据进行分析、判断与形成决策，且依照决策结果对辊压进行实时调节，使得砻谷机自适应来料情况变化实时将各控制元素智能调制到最优状态，从而达到了砻谷机在保证目标脱壳率与生产效率的状态下使碎米率与裂纹粒率保持最低的目的。

Description

一种砻谷机及其智能控制方法

技术领域

本发明涉及砻谷机，特别是一种砻谷机及其智能控制方法。

背景技术

砻谷是大米加工生产中的关键工序，要实现大米加工智能工厂就必须实现对砻谷工序的智能控制，而实际生产中砻谷工序的状态是：

1、砻谷机的各调制元素（辊压、淌板、流量）均为手动调制，手法粗犷且随意性很大。

2、砻谷机辊压除随品种变化做粗略调制外，几乎不再对来料进行匹配调制，这既是因为无法准确判断来料，也是因为手动方式无法做出准确调制。

3、砻谷机淌板匹配位置仅数小时或更换胶辊时调节一次，无法随着胶辊的变化而进行实时调节。

4、当前市场上和生产上所有的砻谷机均为纯粹的传统机电设备，既没有物理上的智能控制接口，更没有支持智能控制的软件接口，也没有支持智能控制的传感系统。

基于上述原因，国家与各地方政府在此做了大量投入，各科研机构、院校、企业等组织在此也做了大量研究，但基本止步于自动化控制或边沿参数的智能化控制：

1、没有从可靠的在线工艺检测的检测数据出发设计控制规则和进行智能化控制，没有抓住本质上的控制依据。

2、研究或设计的砻谷机控制是孤立的、是与工厂工业互联网系统分割的，没有考虑将砻谷机通过网络连入整体智能工厂。

3、对砻谷机的各元素的控制尤其是核心要素辊压的控制，均只考虑到将之稳定在某一个压力指标值，没有考虑因来料变化而需要不断实时匹配辊压。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种砻谷机及其智能控制控制方法，使砻谷机自适应来料情况变化，实时将各控制元素智能调制到最优状态，从而达到砻谷机在保证目标脱壳率与生产效率的状态下，使碎米率与裂纹粒率保持最低的目的。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种砻谷机，包括设置于机体内的两个胶辊；淌板的喂料端对准两个所述胶辊的接触线；其中一个胶辊上方安装有用于感知所述淌板位置的直线位移传感器，且该胶辊相对位置的机体内固定有激光位移传感器，所述激光位移传感器中心线的延长线穿过该胶辊的轴心。

两个胶辊的间隙由驱动机构调节；所述驱动机构包括液压泵和液压缸；所述液压泵通过电控比例阀与液压缸连通。

所述淌板的调节旋钮上套装有调节机构；所述调节机构通过减速机与伺服电机连接。

所述淌板位置的调整方法包括：通过激光位移传感器实时获得同侧胶辊轴心水平方向上胶辊最外沿与激光位移传感器发射点之间的距离，通过该距离得知同侧胶辊的半径大小；通过直线位移传感实时获取淌板端点的位置，根据胶辊半径变化情况实时调整淌板的位置，使淌板的喂料端始终对准两胶辊之间。

当所述两个胶辊半径比大于预设值（由用户设定）时，发出换胶辊预警提示。

本发明利用下述方法调整所述胶辊的辊压：引入隶属度函数，经过隶属度运算将Δe、Δf、Δg处理成{大、较大、一般、较小、小}五个等级；其中，Δe为期望输出的脱壳率与实际输出脱壳率之间的偏差；Δf为期望输出的碎米率与实际输出的碎米率之间的偏差；Δg为期望输出的裂纹粒率与实际输出的裂纹粒率之间的偏差；在解模糊过程中，将上述五个等级转化为辊压的调节量{大、较大、一般、较小、小}，所述调节量{大、较大、一般、较小、小}分别对应具体数值，形成控制指令。

相应地，本发明还提供了一种砻谷机智能控制方法，包括淌板位置调整方法和辊压调整方法；所述淌板位置的调整方法包括：通过激光位移传感器实时获得同侧胶辊轴心水平方向上胶辊最外沿与激光位移传感器发射点之间的距离，通过该距离得知同侧胶辊的半径大小；通过直线位移传感实时获取淌板端点的位置，根据胶辊半径变化情况实时调整淌板的位置，使淌板的喂料端始终对准两胶辊之间；所述辊压调整方法主要实现过程如下：引入隶属度函数，经过隶属度运算将Δe、Δf、Δg处理成{大、较大、一般、较小、小}五个等级；其中，Δe为期望输出的脱壳率与实际输出脱壳率之间的偏差；Δf为期望输出的碎米率与实际输出的碎米率之间的偏差；Δg为期望输出的裂纹粒率与实际输出的裂纹粒率之间的偏差；在解模糊过程中，将上述五个等级转化为辊压的调节量{大、较大、一般、较小、小}，所述调节量{大、较大、一般、较小、小}分别对应具体数值，形成控制指令。

与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明通过对淌板与胶辊切线之间的位置关系进行边缘计算，且依据计算结果驱动伺服电机，实时将淌板调整到最优位置，同时通过数据接口获取工艺检测系统对砻谷机下脱壳率、碎米率、裂纹粒的检测数据，并根据相应的推理规则对这些实时数据进行分析、判断与形成决策，且依照决策结果对辊压进行实时调节，使得砻谷机自适应来料情况变化实时将各控制元素智能调制到最优状态，从而达到了砻谷机在保证目标脱壳率与生产效率的状态下使碎米率与裂纹粒率保持最低的目的。

附图说明

图1为本发明砻谷机部分结构图；

图2为本发明砻谷机淌板执行机构部分结构图；

图3为本发明淌板位置计算原理图；

图4为本发明胶辊半径计算原理图；

图5为本发明反馈控制原理图；

图6为本发明自适应模糊控制器原理图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明采用量程50mm精度0.01mm的弹簧自恢复直线位移传感器4感知淌板3的位置。采用量程160mm、精度1微米的非接触式激光位移传感器6测量同侧胶辊2的半径。在电器柜内加装精度为0.01MPa的电控比例阀作为辊压传感器与控制执行器，通过对砻谷机手动调节辊压的减压阀进行三通改造而成。通过对淌板调节旋钮加装旋转精度为0.1mm的执行机构（即调节机构7），调节淌板，并使之适用于智能控制，执行机构包括执行臂10、减速机8（选用涡轮蜗杆减速机，减速比1:20）、伺服电机9（选用57脉冲步进电机作为驱动电机）。

为了便于安装和稳固，弹簧自恢复直线位移传感器、非接触式激光位移传感器各自安装于对应的第一安装支架5、第二安装支架11上，第一安装支架6、第二安装支架11均与砻谷机机体1固定连接。

图2中，12为手轮。

弹簧自恢复直线位移传感器水平设置。

淌板的端点（喂料端）需始终对准两辊之间，但胶辊在脱壳过程中因磨损而将不断变小，在对砻谷机进行智能化改造后通过激光传感可以实时获得同侧胶辊轴心水平方向上胶辊最外沿与激光传感发射点之间的距离，将之换算即可得知同侧胶辊的半径大小；通过弹簧自恢复直线位移传感可以实时获取淌板端点的位置，根据胶辊半径变化情况则可以实时调整淌板的位置，使之端点（喂料端）始终对准两辊之间。这一边缘计算由本发明实时多任务边缘智能控制器完成。

图3为淌板位置计算原理图，其中，A为淌板与砻谷机机体交接处到激光位移传感器中心线的延长线之间的距离；B为淌板与砻谷机机体交接处到弹簧自恢复直线位移传感器的距离；设淌板与砻谷机机体任一交接点T与该点在激光位移传感器中心线的延长线所在水平平面上的投影点为F，C为靠近非接触式激光位移传感器的胶辊的轴心到T与F之间连线的距离；R靠近非接触式激光位移传感器的胶辊的轴心到两胶辊切线的距离；则淌板端点到T与F之间连线的距离y的计算公式为：

。

除极少数高端砻谷机可根据两辊半径变化自行调换快慢辊外，通常情况下，仍需要控制器给出换辊的预警提示，本发明通过激光传感测得的位置信息与两辊轴心驱动气缸的位移信息计算出两辊半径，需要预警提示的半径比由用户自行定义。

如图4，以A点水平线为X轴，以B点垂直线为Y轴建立直角坐标，可计算得到C点的坐标（x,y）：

，

，d为B点到C点的长度。由A点与C点坐标，可以计算AC，OA已知，则可以求得OC，OC=Y。R与Y之比即为两辊半径比。

砻谷机智能控制的受控元素为淌板位置、流量、辊压。砻谷机运行状态下，输入的变量为来料（品种、水分、粒度、饱满度、结构、性质...）、流量、不断变化的胶辊、淌板位置、辊压。其中，a、为了保证生产效率，一般情况下流量保持不变（仅在设备轻度故障时调节流量，重度故障则停机）；b、相对于不断变化的胶辊半径来说，淌板位置是输出量，而对于加工工艺指标来说，淌板位置是输入量；c、来料虽然不断变化，却是加工生产过程中的客观存在，但并非可调制的内容。而砻谷机智控的本质就是需要匹配不断变化且客观存在的来料作出一系列的正确动作。输出的结果则为脱壳率、碎米率、裂纹粒率（由在线工艺检测系统进行实时动态检测）。如图5，不断变化的胶辊半径与淌板端点位置存在线性关系，反馈控制器在此执行反馈控制模式。

在流量保持不变与淌板端点始终保持在两辊之间的条件下，由于客观上来料的不断变化（水分、品种、粒度、饱满度、结构、性质...）与胶辊半径不断变化带来的线速度不断变化，要稳定目标脱壳率与最小的碎米率和裂纹粒率，就需要对当前工艺检测数据进行分析并不断匹配砻谷机辊压。但输入的辊压与输出的脱壳率、碎米率、裂纹粒率之间的关系是完全离散的、非线性的，因此本发明采用 “自适应模糊控制器”作为智能控制器。如图6.

其中：

Y_m是实际输出数据集，e为实际脱壳率，f为实际碎米率，g为实际裂纹粒率。

是自适应函数，P为辊压，e为期望脱壳率，f为期望碎米率，g为期望裂纹粒率。

模糊化中引入隶属度函数，经过隶属度运算将Δe（期望脱壳率与实际脱壳率之间的偏差）、Δf（期望碎米率与实际碎米率之间的偏差）、Δg（期望裂纹粒率与实际裂纹粒率之间的偏差）处理成{大、较大、一般、较小、小}五个等级并在“多于目标值”与“少于目标值”区别上采用正与负进行区分；在解模糊过程则转化为对辊压的调节量{大、较大、一般、较小、小}并进行“增压”与“减压”的区分，同时，大、较大、一般、较小、小分别对应具体数值完成“解模糊”，形成控制指令。

本发明中，大：0.1MPa及以上；较大：0.06-0.1MPa；中：0.04-0.06MPa；较小：0.01-0.04；小：0.005-0.01MPa。。

Claims (4)

1.一种砻谷机，包括设置于机体（1）内的两个胶辊（2）；淌板（3）的喂料端对准所述两个胶辊（2）的接触线；其特征在于，其中一个胶辊上方安装有用于感知所述淌板（3）位置的直线位移传感器（4），且该胶辊相对位置的机体（1）内固定有激光位移传感器（6），所述激光位移传感器（6）中心线的延长线穿过该胶辊的轴心；所述两个胶辊（2）的辊间压力由驱动机构调节；所述驱动机构包括液压泵和液压缸；所述液压泵通过电控比例阀与液压缸连通；所述淌板（3）的调节旋钮上套装有调节机构（7）；所述调节机构（7）通过减速机（8）与伺服电机（9）连接；利用下述方法调整所述胶辊（2）的辊压：引入隶属度函数，经过隶属度运算将Δe、Δf、Δg处理成{大、较大、一般、较小、小}五个等级；其中，Δe为期望输出的脱壳率与实际输出脱壳率之间的偏差；Δf为期望输出的碎米率与实际输出的碎米率之间的偏差；Δg为期望输出的裂纹粒率与实际输出的裂纹粒率之间的偏差；在解模糊过程中，将上述五个等级转化为辊压的调节量{大、较大、一般、较小、小}，所述调节量{大、较大、一般、较小、小}分别对应具体数值，形成控制指令。

2.根据权利要求1所述的砻谷机，其特征在于，所述淌板（3）位置的调整方法包括：通过激光位移传感器实时获得同侧胶辊轴心水平方向上胶辊最外沿与激光位移传感器发射点之间的距离，通过该距离得知同侧胶辊的半径大小；通过直线位移传感实时获取淌板端点的位置，根据胶辊半径变化情况实时调整淌板的位置，使淌板的喂料端始终对准两胶辊之间。

3.根据权利要求2所述的砻谷机，其特征在于，当所述两个胶辊（2）半径比大于预设值时，发出换胶辊预警提示。

4.一种砻谷机智能控制方法，其特征在于，包括淌板位置调整方法和辊压调整方法；所述淌板位置的调整方法包括：通过激光位移传感器实时获得同侧胶辊轴心水平方向上胶辊最外沿与激光位移传感器发射点之间的距离，通过该距离得知同侧胶辊的半径大小；通过直线位移传感实时获取淌板端点的位置，根据胶辊半径变化情况实时调整淌板的位置，使淌板的喂料端始终对准两胶辊之间；所述辊压调整方法主要实现过程如下：引入隶属度函数，经过隶属度运算将Δe、Δf、Δg处理成{大、较大、一般、较小、小}五个等级；其中，Δe为期望输出的脱壳率与实际输出脱壳率之间的偏差；Δf为期望输出的碎米率与实际输出的碎米率之间的偏差；Δg为期望输出的裂纹粒率与实际输出的裂纹粒率之间的偏差；在解模糊过程中，将上述五个等级转化为辊压的调节量{大、较大、一般、较小、小}，所述调节量{大、较大、一般、较小、小}分别对应具体数值，形成控制指令。

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