CN113219843B - 一种振动筛筛面动载荷的自适应控制系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于振动筛控制技术领域，公开了一种振动筛筛面动载荷的自适应控制系统及方法，振动筛筛面动载荷的自适应控制系统包括：振动筛、监测模块和控制模块，所述振动筛包括筛箱、筛面和底座；所述监测模块包括入料量传感器、加速度传感器和数据采集单元，用于利用传感器进行数据的采集；所述控制模块包括智能控制器、变频器、电机和入料控制装置，用于进行数据处理、分析，并控制振动筛工艺参数及入料量。本发明解决了筛面动载荷难以快速准确监测和调节的问题，能及时监测筛面动载荷并自适应调整工艺参数和入料量，时效性好，同时也保证了整机运行的稳定性，降低了堵孔概率，延长了设备使用寿命。

Description

一种振动筛筛面动载荷的自适应控制系统及方法

技术领域

本发明属于振动筛控制技术领域，尤其涉及一种振动筛筛面动载荷的自适应控制系统及方法。

背景技术

目前，振动筛主要用于物料颗粒的分级和脱介等，处理能力强，生产效率高。

在实际生产过程中，需要处理的物料量较大且需保证较高的筛分效率，因此极易出现给料速率过高，激振强度过大等情况，导致筛面动载荷过高，使筛网及筛机使用寿命降低，堵孔概率提高。然而物料颗粒与筛面交互现象如物料冲击、分层和透筛等表现出高度随机性，导致通过调控入料速率及筛面激振强度准确控制筛面动载荷存在较大难度。现有的筛面动载荷控制手段严重依赖于人工经验与手动操作，准确性低，时效性差，限制了生产效率。

现有的专利：

CN111366321A，申请于2020年，检测加速度信号以诊断故障类型并发出警报提示停机检查。但该专利自动智能控制差。

CN107552391A，申请于2017年，构建抛射强度-激振圆频率数据库，采集筛体位移和电机转速，调节电机转速和隔振系统刚度。

CN105478351A，申请于2016年，检测振动筛竖直方向加速度和受力信号得出实时处理量以指导工艺参数调节。但该专利自动智能控制差。

CN106540876A，申请于2015年，监测物料的多少有无和振动筛的振幅反馈给PLC控制器以调节电机转速。但该专利没有入料量的调节。

CN104914747A，申请于2015年，进行振幅测量、应力测量、温升测量和负载测量，发现异常报警以便及时处理。但该专利自动智能控制差。

CN104898523A，申请于2015年，根据物料的性质进行调节振动电机的转速，计量振动电机的电压、电流和功耗情况，监测振动电机的运行状态。

CN103331257A，申请于2013年，通过测量振动筛在工作过程的振幅变化以判断入料量的变化，进而通过可编程序控制器调整变频器的输出频率，以改变振动电机的振动频率，调整振动筛的振动强度。但该专利没有入料量的调节。

CN102430519A，申请于2012年，使用多档选择开关选择微型变频器不同的输出频率，控制激振电机以不同的旋转速度运转，使所述振动筛产生不同的振动强度。但该专利自动监测控制差。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：现有的筛面动载荷控制手段严重依赖于人工经验与手动操作，准确性低，时效性差，限制了生产效率。

而且，目前没有以动载荷作为监测对象的相关专利，有受力和负荷的测量，但没有后续的自动控制，仅做到监测报警。

没有以入料量和电机转速同时作为控制对象的系统。

解决以上问题及缺陷的难度为：

物料颗粒与筛面交互现象如物料冲击、分层和透筛等表现出高度随机性，导致通过调控入料速率及筛面激振强度准确控制筛面动载荷存在较大难度。

解决以上问题及缺陷的意义为：

筛面动载荷自适应控制的实现，使筛面动载荷调节不再依赖于人工经验与手动操作，调节准确性高，时效性好，保证了生产效率。同时，智能控制器中的动载荷自适应优化模型能够通过自学习模块实现更新优化，提升本模型所输出的控制参数的准确性，此外，还可以使本发明的控制系统适配不同疲劳状态和不同型号的振动筛，使控制过程保持长期的稳定性和准确性。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种振动筛筛面动载荷的自适应控制系统及方法。

本发明是这样实现的，一种振动筛筛面动载荷的自适应控制系统，所述振动筛筛面动载荷的自适应控制系统包括：

振动筛、监测模块和控制模块，

所述振动筛包括筛箱、筛面和底座；

所述监测模块包括入料量传感器、加速度传感器和数据采集单元；用于利用传感器进行数据的采集；

所述控制模块包括智能控制器、变频器、电机和入料控制装置，用于进行数据处理、分析，并控制振动筛工艺参数及入料量。

进一步，所述筛箱固定在底座上，所述筛箱包括两个相对设置的筛箱侧板。

进一步，所述监测模块包括：入料量传感器、加速度传感器和数据采集单元；

所述入料量传感器安装在入料口；

所述加速度传感器安装在侧板上，且间隔均匀布置多个；

所述入料量传感器、加速度传感器分别与数据采集单元的输入端连接，数据采集单元与控制模块的智能控制器输入端连接。

进一步，所述控制模块包括：智能控制器、变频器、电机和入料控制装置；

所述智能控制器包括自适应优化子单元和自学习子单元，所述智能控制器输出端分别与变频器和入料控制装置连接，所述变频器与所述电机连接。

进一步，所述智能控制器包括：

自适应优化子单元，用于利用动载荷自适应优化模型，获取实时入料量和动载荷数据，并输出对电机和入料口的实时控制数据；

自学习子单元，用于根据预期的控制结果和当前的控制结果以及对应的控制数据，对动载荷自适应优化模型中的权值进行修改，实现该模型的自学习更新。

本发明的另一目的在于提供一种应用于所述振动筛筛面动载荷的自适应控制系统的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法，所述振动筛筛面动载荷的自适应控制方法包括：

步骤一，利用入料量传感器监测入料量，并反馈到智能控制器以调用预设的电机的初始转速，启动电机；

步骤二，物料从进料端落入到筛面上，利用各加速度传感器监测筛面的加速度信号，并将各自的监测数据传输至智能控制器进行处理和分析，得到筛面动载荷数据；

步骤三，利用智能控制器判断是否需要进行振动筛调节，并基于判断结果执行不同处理；

步骤四，实时获取当前动载荷自适应优化模型通过控制调节达到的筛面振频、振幅，与所述动载荷自适应优化模型预期达到的筛面振频、振幅相比较，对所述模型中的权值进行修改，从而达到本模型自学习更新的目的。

进一步，步骤三中，所述利用智能控制器判断是否需要进行振动筛调节，并基于判断结果执行不同处理包括：

利用智能控制器判断筛面的动载荷是否超过入料量调节值θ：

如果筛面动载荷超过θ，智能控制器控制入料控制装置和变频器，入料控制装置调节筛面入料量，变频器控制电机以调节筛面振频、振幅；

如果筛面动载荷未超过θ，则继续判断筛面动载荷是否超过额定值，如果超过额定值，智能控制器通过变频器控制驱动电机，调节筛面振频、振幅，如果未超过额定值，则不作调节。

进一步，步骤三中，所述入料量调节值θ为仅控制驱动电机不需控制入料量所能调节的筛面动载荷的最大值，当筛面动载荷超过θ，则须同时控制入料量调节装置和驱动电机以调节筛面动载荷；筛面动载荷额定值为筛面正常作业状态下可承受的动载荷的最大值，当筛面动载荷超过额定值而未超过θ时，仅控制驱动电机便可调节筛面动载荷。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

通过监测加速度信号间接监测动载荷，解决了动载荷难以准确测量的问题，通过控制系统调节工艺参数代替人工判断调节，提升调节准确性和速度。

本发明通过调整电机转速改变筛面振频、振幅的方式，实现振动筛筛面动载荷的自适应控制，与传统控制手段相比，通过监测系统与控制系统对振动筛的筛分过程进行在线监测与自适应调节，解决了筛面动载荷难以快速准确监测和调节的问题，能及时监测筛面动载荷并自适应调整工艺参数和入料量，时效性好，同时也保证了整机运行的稳定性，降低了堵孔概率，延长了设备使用寿命。

此外，本发明中的动载荷自适应优化模型能够实现自学习更新优化，以适配不同型号和不同疲劳状态的振动筛，调节精度高。

附图说明

图1是本发明实施例提供的振动筛筛面动载荷的自适应控制系统原理图。

图2是本发明实施例提供的振动筛筛面动载荷的自适应控制系统结构示意图；

图中：1、振动筛；2、监测模块；3、控制模块；11、筛箱；12、筛面；13、底座；21、入料量传感器；22、加速度传感器；23、数据采集单元；31、智能控制器；32、变频器；33、电机；34、入料控制装置。

图3是本发明实施例提供的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法原理图。

图4是本发明实施例提供的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法流程图。

图5是本发明实施例提供的振动筛自适应筛面载荷实例控制电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种振动筛筛面动载荷的自适应控制系统及方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1-图2所示，本发明实施例通过的振动筛筛面动载荷的自适应控制系统包括：

振动筛1、监测模块2和控制模块3，

振动筛1包括筛箱11、筛面12和底座13；筛箱11固定在底座13上，筛箱11包括两个相对设置的筛箱侧板。

监测模块2包括入料量传感器21、加速度传感器22和数据采集单元23；用于利用传感器进行数据的采集；入料量传感器21安装在入料口；加速度传感器22安装在侧板上，且间隔均匀布置多个；

入料量传感器21、加速度传感器22分别与数据采集单元23的输入端连接，数据采集单元与控制模块3的智能控制器31输入端连接。

控制模块3包括智能控制器31、变频器32、电机33和入料控制装置34，用于进行数据处理、分析，并控制振动筛；

智能控制器31包括自适应优化子单元和自学习子单元，智能控制器31输出端分别与变频器32和入料控制装置34连接，变频器32与电机33连接。

本发明实施例通过的智能控制器31包括：

自适应优化子单元，用于利用动载荷自适应优化模型，获取实时入料量和动载荷数据，并输出对电机和入料口的实时控制数据；

自学习子单元，用于根据当前的控制结果以及对应的控制数据，对动载荷自适应优化模型中的权值进行修改，进行自学习更新。

如图3至图5所示，本发明实施例通过的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法包括：

S101，利用入料量传感器监测入料量，并反馈到智能控制器以调用预设的电机的初始转速，启动电机；

S102，物料从入料口落入到筛面上，利用各加速度传感器监测筛面的加速度信号，并将各自的监测数据传输至智能控制器进行处理和分析，得到筛面动载荷数据；

S103，利用智能控制器判断是否需要进行振动筛调节，并基于判断结果执行不同处理；

S104，实时获取当前动载荷自适应优化模型通过控制调节达到的筛面振频、振幅，与所述动载荷自适应优化模型预期达到的筛面振频、振幅相比较，对所述模型中的权值进行修改，从而达到本模型自学习更新的目的。

本发明实施例通过利用智能控制器判断是否需要进行振动筛调节，并基于判断结果执行不同处理包括：

利用智能控制器判断筛面的动载荷是否超过入料量调节值θ：

θ具体数值须结合具体振动筛型号和疲劳状态设定，如果筛面动载荷超过θ，智能控制器控制入料控制装置和变频器，入料控制装置调节筛面入料量，变频器控制电机以调节筛面振频、振幅；

如果筛面动载荷未超过θ，则继续判断筛面动载荷是否超过额定值，如果超过额定值，智能控制器通过变频器控制驱动电机，调节筛面振频、振幅，如果未超过额定值，则不作调节。

本发明实施例通过入料量调节值θ为仅控制驱动电机不需控制入料量所能调节的筛面动载荷的最大值，当筛面动载荷超过θ，则须同时控制入料量调节装置和驱动电机以调节筛面动载荷；筛面动载荷额定值为筛面正常作业状态下可承受的动载荷的最大值，当筛面动载荷超过额定值而未超过θ时，仅控制驱动电机便可调节筛面动载荷。

下面结合具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明。

实施例1：

一种实现振动筛自适应筛面载荷的控制系统，包括振动筛、监测系统和控制系统。所述振动筛包括筛箱、筛面和底座，所述筛箱固定在底座上，所述筛箱包括两个相对设置的筛箱侧板；所述监测系统包括入料量传感器、加速度传感器和数据采集模块，所述入料量传感器安装在入料口，具体安装位置视入料口实际结构而定，所述加速度传感器安装在侧板上，且间隔均匀布置多个，具体安装位置和个数视筛箱实际结构和控制精度而定，所述入料量传感器、加速度传感器分别与数据采集模块的输入端连接，数据采集模块的输出端与智能控制器输入端连接；所述控制系统包括智能控制器、变频器、电机和入料控制装置，所述智能控制器预设动载荷自适应优化模型和自学习模块，其输出端分别与变频器和入料控制装置连接，变频器与电机连接。

动载荷自适应优化模型，获取实时入料量和动载荷数据，并输出对电机和入料口的实时控制数据。

自学习模块，根据当前的控制结果以及对应的控制数据，对动载荷自适应优化模型中的权值进行修改，从而达到本模型自学习更新的目的。

利用上述系统实现自适应动载荷控制的方法包括以下步骤：

步骤一、利用入料量传感器监测入料量，并反馈到智能控制器以调用预设的电机的初始转速，启动电机；

步骤二、物料从入料口落入到筛面上，利用各加速度传感器监测筛面的加速度信号，并将各自的监测数据通过数据采集模块传输给智能控制器进行处理和分析，得出筛面动载荷数据；

步骤三、智能控制器判断筛面的动载荷是否超过入料量调节值θ，如果筛面动载荷超过θ，智能控制器控制入料控制装置和变频器，入料控制装置调节筛面入料量，变频器控制电机以调节筛面振频、振幅；如果筛面动载荷未超过θ，则继续判断筛面动载荷是否超过额定值，如果超过额定值，智能控制器通过变频器控制驱动电机，以调节筛面振频、振幅，如果未超过额定值，则不作调节。

步骤四、自学习模块实时获取当前动载荷自适应优化模型通过控制调节达到的筛面振频、振幅，与上述模型预期达到的筛面振频、振幅相比较,对所述模型中的权值进行修改，从而达到本模型自学习更新的目的。

具体的，步骤三中的入料量调节值θ定义为仅控制驱动电机不需控制入料量所能调节的筛面动载荷的最大值，当筛面动载荷超过θ，则必须同时控制入料量调节装置和驱动电机以调节筛面动载荷；筛面动载荷额定值为筛面正常作业状态下可承受的动载荷的最大值，当筛面动载荷超过额定值而未超过θ时，只需控制驱动电机便可调节筛面动载荷，具体数值视振动筛实际型号和疲劳状态而定。

实施例2：

以金属矿浆振动筛为例，对本发明采用的技术方案做如下说明：实现振动筛自适应筛面动载荷的控制系统，包括振动筛、监测系统和控制系统。所述振动筛为多电机驱动的金属矿浆振动筛，包括筛箱、筛面和底座，所述筛箱固定在底座上，所述筛箱包括两个相对设置的筛箱侧板；所述监测系统包括入料量传感器、加速度传感器和数据采集模块，所述入料量传感器使用联测LDG-SIN系列矿用电磁流量计，安装在入料口的矿浆管道上，所述加速度传感器使用拓芯TX9振动传感器，均匀分布安装在筛箱侧板上，两边侧板各安装两个，共计四个，所述流量计、加速度传感器分别与数据采集模块的输入端连接，数据采集模块使用舟正科技DAQM-4206信号收集模块，数据采集模块的输出端与智能控制器输入端连接；所述控制系统包括智能控制器、变频器、电机和入料控制装置，所述智能控制器使用三菱FX系列PLC控制器，预设动载荷自适应优化模型和自学习模块，其输出端分别与变频器和入料控制装置连接，变频器与电机连接，变频器使用三菱D740系列变频器，入料控制装置使用冠隆Q941F-16P电动球阀。

具体的，本实例所举振动筛筛面动载荷额定值为530N，根据本实例所用振动筛实际状态设定θ为600N，即当筛面动载荷超过600N之后，需要入料控制装置与电机共同调节。

如图2，上述系统实现筛面载荷自适应反馈控制的方法包括以下步骤：

步骤一、利用流量计监测入料量，并反馈到智能控制器以调用预设的电机初始转速，启动电机；

步骤二、物料从入料口落入到筛面上，利用各监测筛面的加速度信号，并将各自的监测数据通过数据采集模块传输给智能控制器进行处理和分析，得出筛面动载荷数据；

步骤三、智能控制器判断筛面的动载荷是否超过θ，即600N，如果筛面动载荷大于600N，智能控制器控制电磁阀和电机，以调节筛面入料量和振频、振幅；如果筛面动载荷不大于600N，则继续判断筛面动载荷是否超过额定值，即530N，如果大于530N，智能控制器控制电机，以调节筛面振频、振幅，如果不大于530N，则不作调节。

步骤四、自学习模块实时获取当前动载荷自适应优化模型通过控制调节达到的筛面振频、振幅，与上述模型预期达到的筛面振频、振幅相比较,对所述模型中的权值进行修改，从而达到本模型自学习更新的目的。

应当注意，本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种应用于振动筛筛面动载荷的自适应控制系统的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法，其特征在于，所述振动筛筛面动载荷的自适应控制系统包括：

振动筛，包括筛箱、筛面和底座；

监测模块，包括入料量传感器、加速度传感器和数据采集单元；用于利用传感器进行数据的采集；

控制模块，包括智能控制器、变频器、电机和入料控制装置，用于进行数据处理、分析，并控制振动筛工艺参数及入料量；

所述监测模块包括：入料量传感器、加速度传感器和数据采集单元；

所述入料量传感器安装在入料口；

所述加速度传感器安装在侧板上，且间隔均匀布置多个；

所述入料量传感器、加速度传感器分别与数据采集单元的输入端连接，数据采集单元与控制模块的智能控制器输入端连接；

所述控制模块包括：智能控制器、变频器、电机和入料控制装置；

所述智能控制器包括自适应优化子单元和自学习子单元，所述智能控制器输出端分别与变频器和入料控制装置连接，所述变频器与所述电机连接；

所述智能控制器包括：

自适应优化子单元，用于利用动载荷自适应优化模型，获取实时入料量和动载荷数据，并输出对电机和入料口的实时控制数据；

自学习子单元，用于根据预期的控制结果和当前的控制结果以及对应的控制数据，对动载荷自适应优化模型中的权值进行修改，进行自学习更新；

所述应用于振动筛筛面动载荷的自适应控制系统的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法包括：

步骤一，利用入料量传感器监测入料量，并反馈到智能控制器以调用预设的电机的初始转速，启动电机，令物料从进料端落入到筛面上；

步骤二，利用各加速度传感器监测筛面的加速度信号，并将各自的监测数据传输至智能控制器进行处理和分析，得到筛面动载荷数据；

步骤三，利用智能控制器判断是否需要进行振动筛调节，并基于判断结果执行不同处理；

步骤四，实时获取当前动载荷自适应优化模型通过控制调节达到的筛面振频、振幅，与所述动载荷自适应优化模型预期达到的筛面振频、振幅相比较，对所述模型中的权值进行修改，进行自学习更新。

2.如权利要求1所述应用于振动筛筛面动载荷的自适应控制系统的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法，其特征在于，步骤三中，所述利用智能控制器判断是否需要进行振动筛调节，并基于判断结果执行不同处理包括：

利用智能控制器判断筛面的动载荷是否超过入料量调节值θ：

如果筛面动载荷超过θ，智能控制器控制入料控制装置和变频器，入料控制装置调节筛面入料量，变频器控制电机以调节筛面振频、振幅；

如果筛面动载荷未超过θ，则继续判断筛面动载荷是否超过额定值，如果超过额定值，智能控制器通过变频器控制驱动电机，调节筛面振频、振幅，如果未超过额定值，则不作调节。

3.如权利要求1所述应用于振动筛筛面动载荷的自适应控制系统的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法，其特征在于，步骤三中，所述入料量调节值θ为仅控制驱动电机不需控制入料量所能调节的筛面动载荷的最大值，当筛面动载荷超过θ，则须同时控制入料量调节装置和驱动电机以调节筛面动载荷；筛面动载荷额定值为筛面正常作业状态下可承受的动载荷的最大值，当筛面动载荷超过额定值而未超过θ时，仅控制驱动电机便可调节筛面动载荷。

4.一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行如权利要求1~3任意一项应用于振动筛筛面动载荷的自适应控制系统的振动筛筛面动载荷的自适应控制方法。

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