CN115791547B - 一种粉体物料粒径在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于粉体物料粒径监测领域，特别涉及一种粉体物料粒径在线监测系统及方法，样品预处理模块将物料从物料输送管道中取出，并送入测量主机，取样时采取两次取样的方式；测量主机利用光学方法对样品预处理模块运送的物料进行测量，将光学信号转化为电信号，并采集所述电信号后发送给上位机；上位机对测量主机发送的电信号进行分析测量并通过反演算法得到粒径分布。本发明利用激光粒度仪，结合两次取样、物料分散及反吹等动作即可实现粉体物料的无人全自动连续取样测量；通过设置电气控制柜控制电磁阀的通断使各气路处于不同的状态，为测量过程提供保障，可以更好的对粉体进行监测。

Description

一种粉体物料粒径在线监测系统及方法

技术领域

本发明属于粉体物料粒径监测领域，特别涉及一种粉体物料粒径在线监测系统及方法。

背景技术

在粉体物料的生产过程中，物料的粒径数据是生产监控的重要指标。一方面粒径的大小是产品质量的重要数据，直接关系到产品的性能；另一方面过磨会引起能源的巨大浪费，生产效率低。目前通常的粒径检测手段都是离线式的取样，然后送到实验室进行分析，如通过筛分获得筛余数据，通过比表面积分析仪获得物料比表面积数据。然后将实验室分析数据反馈给生产进行工艺调控，以提高产品质量及生产效率。但离线的检测方式存在测样量少、取样代表性差、检测时间长、实时性差、难以与生产实现自动联动闭环控制的问题。

公开号为CN1272620C的专利提出了一种高浓度粉料在线粒径光学监测系统。其中自动等速采样模块、样品回送模块都连接在粉料生产线上，自动等速采样模块、粉料浓度稀释模块、粉料粒径光学测量模块、样品回送模块之间由管道依次连接，清洁流体源通过管道同粉料浓度稀释模块和粉料颗粒光学测量模块相连接，粉料颗粒光学测量模块通过电路同粉料浓度稀释模块和计算机相连，计算机同粒径信号输出电路相连。上述方案虽然可以实现整体测量，具有测量对象广、适应性强、测量范围宽、实时性好等优点，但该专利只能适用于高浓度粉料，且该专利中采用一级负压等速取样，而在实际粉体物料生产现场，一般产量很大，输料管道中的物料并非气动均匀悬浮的状态输送，而是存在间歇性成团或沿某一侧管壁自由落体式下料，上述取样方式存在取料不稳定或取料代表性不好的问题，且无法实现完全的闭环控制。

发明内容

针对上述问题，本发明利用激光粒度仪，结合自动取样、物料分散及回样装置即可实现粉体物料的无人全自动连续取样测量，再结合智能系统可以构成自动闭环控制。具体的技术方案如下：

本发明提出了一种粉体物料粒径在线监测系统，所述系统包括：

样品预处理模块，用于将物料从物料输送管道中取出，并送入测量主机，所述样品预处理模块包括一次取样装置和二次取样装置；

测量主机，用于将样品预处理模块运送的物料利用光学方法进行测量，并将光学信号转化为电信号，并采集所述电信号后发送给上位机；

上位机，用于分析测量主机发送的电信号，通过反演算法得到粒径分布。

进一步地，所述系统还包括电气控制柜，所述电气控制柜用于所述系统的气路控制和阀门通断控制；

所述气路控制包括控制吹扫气、反吹气、保护气、动力气和隔离气的开关；

所述阀门通断包括进料阀动力气和回料阀动力气的开关。

进一步地，所述一次取样装置为螺旋取样器，用于从第一物料输送管道中获取物料；

所述二次取样装置，用于从第二物料输送管道获取处理后的物料，并将取样后的物料送入测量主机。

进一步地，所述螺旋取样器包括螺旋杆，所述螺旋杆的取样端螺旋伸入第一物料输送管道中获取物料，所述螺旋杆的另一端连接动力源；

所述螺旋杆靠近动力源的一端还设置出料口。

进一步地，所述二次取样装置包括筛网，所述筛网安装在所述第二物料输送管道上，将所述第二物料输送管道分为靠近一次取样装置的第一送料段和靠近二次取样装置的第二送料段；

所述筛网上连接气动振动器，所述筛网旁通有吹扫气；

所述二次取样装置还包括取样锥，所述取样锥的锥头进入第二送料段；所述取样锥的另一端连接射流泵；

所述射流泵和取样锥之间安装进料阀，所述进料阀靠近射流泵设置，且所述进料阀之前设置反吹气。

进一步地，所述隔离气设置在通向测量主机的分散管上；

所述保护气包括第一保护气和第二保护气，所述第一保护气和第二保护气分别设置在通向测量主机的分散管的两侧；

所述动力气设置在射流泵上，用于为所述射流泵提供动力源。

所述第一物料输送管道和第二物料输送管道均为负压输送；

所述螺旋取样器下方和测量主机的回料管上均设有呼吸口，所述呼吸口用于引入外部空气稀释测量物料，防止堵料。

另一方面，本发明还提出了一种粉体物料粒径在线监测方法，所述方法包括以下步骤：

样品预处理模块将物料从物料输送管道中取出，并送入测量主机，取样时采取两次取样的方式；

测量主机利用光学方法对样品预处理模块运送的物料进行测量，将光学信号转化为电信号，并采集所述电信号后发送给上位机；

上位机对测量主机发送的电信号进行分析测量并通过反演算法得到粒径分布。

进一步地，所述方法还包括设置电气控制柜控制整个监测系统的气路控制和阀门通断控制；

所述气路控制包括控制吹扫气、反吹气、保护气、动力气和隔离气的开关；

所述阀门通断包括控制进料阀动力气和回料阀动力气的开关。

进一步地，在样品预处理模块将物料从物料输送管道中取出之前还包括对所述监测系统进行预处理；

所述预处理为利用仪器进行反吹，具体为：

螺旋取样器反转退料，通过进料阀动力气关闭进料阀，开启吹扫气、气动振动器、回料阀、动力气、反吹气和保护气。

进一步地，将样品预处理模块运送的物料利用光学方法进行测量具体包括：

螺旋取样器正转，开启进料阀、回料阀、动力气、反吹气、保护气、吹扫气、隔离气以及气动振动器；

物料进入测量主机，进行物料粒径的测量，上位机完成粒径的计算并呈现。

本发明的有益效果：

本发明利用激光粒度仪，结合两次取样装置、物料分散及反吹等动作即可实现粉体物料的无人全自动连续取样测量；

本发明通过设置电气控制柜，通过控制电磁阀的通断使各气路处于不同的状态，为测量过程提供保障；

本发明中采用两次取样方式，一次取样装置可以解决取料不稳定的问题，二次取样装置中的筛网设计有利于提高二次取样的代表性和取样稳定性；

本发明中的反吹设计解决了物料测试中的交叉污染和物料堵塞问题；且设置了进料阀和回料阀，可以将光学测量部分进行封闭，确保不测量或异常断电时光学测量部分不会受到污染；呼吸口的设计可以引入外部空气稀释测量物料，有效防止进样系统和回样系统的堵料。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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示出了本发明提出的粉体物料粒径在线监测系统结构框图；

图2示出了本发明实施例中的粉体物料粒径在线监测系统的详细结构框图；

图3示出了本发明实施例中样品预处理模块的结构框图；

图4示出了本发明实施例中螺旋取样器的结构示意图；

图5示出了本发明实施例中筛网的结构示意图；

图6示出了本发明提出的粉体物料粒径在线监测方法的流程图；

图7示出了本发明实施例中在线监测系统的具体操作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，显然，所描述的实施例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。

本发明通过取样装置、测量装置以及控制装置构成粉体物料粒径在线监测系统，可以解决工业粉体物料自动化生产中物料粒径自动测量的问题，为智能工厂的闭环控制提供数据支持。

以下结合图1所示的粉体物料粒径在线监测系统的框图进行介绍。所述在线监测系统包括样品预处理模块、测量主机、上位机和电气控制柜四部分。

其中，

样品预处理模块，用于将物料从物料输送管道中有代表性地取出，然后送入测量主机；具体的，样品预处理模块包括一次取样装置和二次取样装置，物料输送管道包括一次取样装置获取物料的第一输送管道和二次取样装置获取物料的第二物料输送管道；

测量主机，用于将样品预处理模块运送的物料利用光学的方法进行测量，并将光学信号转化为电信号采集后发送给上位机；

上位机，用于分析测量主机发送的电信号，通过反演算法得到粒径分布；

具体的反演算法如下：

根据激光粒度仪系统的硬件参数构建光能分布系数矩阵；

根据预设分布模型确定初始粒径分布数据；

根据所述光能分布系数矩阵、初始粒径分布数据和电信号确定所述粒径分布数据。

电气控制柜，用于所述在线监测系统的气路控制和阀门通断。

上述四部分的具体构成如图2所示，主要包括样品预处理模块、测量主机、上位机和电气控制柜四部分；

样品预处理模块的具体构成如图3所示，包括一次取样装置和二次取样装置。一次取样装置为螺旋取样器，具体如图4所示，螺旋取样器中的取样孔均匀分布，取样器转速根据所取物料的不同以及物料产量而定。二次取样装置包括筛网、取样锥、气动振动器、射流泵等组成，螺旋取样器所取的物料通过筛网和气动振动器处理后，确保物料在旁路管道中平均分布并初步分散，经过初步分散后的物料通过取样锥二次取样，取样锥口径根据所取物料而定，可以是2mm、3mm、4mm或5mm，二次取样动力由射流泵提供。

如图3和图4所示，一次取样装置为螺旋取样器，具体包括螺旋杆，所述螺旋杆的取样端可螺旋伸入第一物料输送管道中获取物料，所述螺旋杆的另一端设置动力源，用于控制螺旋杆的螺旋运动，所述动力源可以是气动或者电动，具体驱动方式不作限制。所述螺旋杆靠近动力源通向第二物料输送管道的一端设置出料口，所述出料口与第二物料输送管道连通。如图3所示，二次取样装置包括筛网，所述筛网安装在所述第二物料输送管道上，将第二物料输送管道分为两部分，一部分为靠近一次取样装置的第一送料段，另一部分为靠近二次取样装置的为第二送料段。所述筛网和气动振动器连接，所述筛网在气动振动器的振动下对第一送料段内的物料进行筛分和分散，气动振动器一方面可以匀化物料，另一方面也可以防止物料在筛网上方堆积；筛分后的物料进入第二送料段，所述筛网旁通有吹扫气，确保物料不会在筛网上方堆积堵塞，所述筛网的示意图如图5所示，筛网的网格可以根据具体的物料进行调整或更换。所述二次取样装置还包括取样锥，所述取样锥的锥头进入第二送料段获取分散后的物料，取样锥的另一端连接射流泵，所述射流泵为取样锥提供取样的动力。所述射流泵和取样锥之间安装进料阀，在本发明的一个实施例中，进料阀安装在靠近射流泵的位置，所述进料阀用于控制物料是否可以进入测量主机，所述射流泵前通有反吹气，用于分析前的管路清洗。

需要说明的是，第一物料输送管道和第二物料输送管道均为负压输送。

所述射流泵的另一端连通分散管，二次取样后的物料在分散管中充分分散后进入测量主机。在筛网旁的吹扫气确保物料不会在筛网上方堆积堵塞，射流泵前的反吹气用于分析前的管路清洗，避免交叉干扰，螺旋取样器下方开设的呼吸口与测量主机回料段的呼吸口可以引入外部空气稀释测量物料，用于清理和稀释管路物料，有效防止进样系统和回样系统的堵料。所述分散管的另一端和第二物料输送管道连通，所述分散管上安装回料阀。

所述测量主机用于将分散管运送的物料利用光学的方法进行测量，并将光学信号转化为电信号采集后发送给上位机。

所述上位机包括硬件PC和上位机软件，通过接收测量主机的信号，通过夫朗和费模型或Mie散射模型，经过反演算法计算获得物料粒径分布信息，并通过图表曲线呈现。

其中电气控制柜包括油水过滤装置、流量控制器、电磁阀和PLC。PLC和上位机进行通信，在不同的测量阶段，PLC通过控制电磁阀的通断使各气路处于不同的状态，具体包括吹扫气、反吹气、动力气、进料阀动力气、隔离气、保护气和回料阀动力气。油水过滤装置可以滤除压缩空气中的油和水，防止压缩空气中的油污染测量主机，因为粉料一般比较干燥，遇油水容易结块堵塞或污染光学镜片。

其中，所述隔离气设置在通向测量主机的分散管上，用于束缚物料放置扩散扩散污染两侧镜片；

所述保护气包括第一保护气和第二保护气，所述第一保护气和第二保护气分别设置在通向测量主机的分散管的两侧，分别保护两侧的光学镜片；

所述反吹气设置在射流泵前；

所述动力气设置在射流泵上，用于为所述射流泵提供动力源。

基于上述粉体物料粒径在线监测系统，本发明还提出了一种粉体物料粒径在线监测方法，具体如图6所示，包括以下步骤：

样品预处理模块将物料从物料输送管道中取出，并送入测量主机，取样时采取两次取样的方式；

测量主机利用光学方法对样品预处理模块运送的物料进行测量，并将光学信号转化为电信号采集后发送给上位机；

上位机对测量主机发送的电信号进行分析测量并通过反演算法得到粒径分布。

所述监测方法还通过设置电气控制柜控制系统的气路控制和阀门通断；所述气路控制包括控制吹扫气、反吹气、保护气、动力气和隔离气的开关；所述阀门通断包括控制进料阀动力气和回料阀动力气的开关。

仪器的操作主要流程如图7所示：

步骤一：在使用前仪器进行反吹动作，清理仪器、螺旋取样器以及管路中的残留物料；

步骤二：反吹结束后，仪器进行测量动作；

步骤三：测量结束后再次进行反吹动作；

步骤四：反吹结束后进一步判断后续是否进行测量动作；

步骤五：若不继续进行测量，则仪器进入测量等待，若后续进行测量，则返回步骤一进行反吹。

具体的，上述步骤的具体操作如下：

仪器进行反吹动作，螺旋取样器反转退料，通过进料阀动力气关闭进料阀，开启吹扫气、气动振动器、回料阀、动力气、反吹气、保护气，清理仪器、螺旋取样器以及管路中的残留物料；

仪器进行测量动作，螺旋取样器正转，开启进料阀、回料阀、动力气、反吹气、保护气、吹扫气、隔离气以及气动振动器吹扫振动气，物料进入测量主机，进行物料粒径的测量，上位机完成粒径的计算并呈现给客户；

仪器进行反吹动作，螺旋取样器反转退料，通过进料阀动力气关闭进料阀，开启吹扫气、气动振动器、回料阀、动力气、反吹气、保护气，清理仪器、螺旋取样器以及管路中的残留物料；

仪器进入测量等待状态，关闭螺旋取样器、进料阀、回料阀、动力气、反吹气、保护气和吹扫振动气，完成测量。

如果连续运行，则可以没有测量等待状态。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (2)

1.一种粉体物料粒径在线监测系统，其特征在于，所述系统包括：

样品预处理模块，用于将物料从物料输送管道中取出，并送入测量主机，所述样品预处理模块包括一次取样装置和二次取样装置；所述物料输送管道包括一次取样装置获取物料的第一物料输送管道和二次取样装置获取物料的第二物料输送管道；其中，所述一次取样装置为螺旋取样器，用于从第一物料输送管道中获取物料，所述螺旋取样器包括螺旋杆，所述螺旋杆的取样端螺旋伸入第一物料输送管道中获取物料，所述螺旋杆的另一端连接动力源；所述螺旋杆靠近动力源的一端设置出料口，所述出料口与第二物料输送管道连通；所述二次取样装置，用于从第二物料输送管道获取处理后的物料，并将取样后的物料送入测量主机；所述第一物料输送管道和第二物料输送管道均为负压输送；所述螺旋取样器下方和测量主机的回料管上均设有呼吸口，所述呼吸口用于引入外部空气稀释测量物料，防止堵料；所述二次取样装置包括筛网，所述筛网安装在所述第二物料输送管道上，将所述第二物料输送管道分为靠近一次取样装置的第一送料段和靠近二次取样装置的第二送料段；所述筛网上连接气动振动器，所述筛网旁通有吹扫气；所述二次取样装置还包括取样锥，所述取样锥的锥头进入第二送料段；所述取样锥的另一端连接射流泵；所述射流泵和取样锥之间安装进料阀，所述进料阀靠近射流泵设置，且所述进料阀之前设置反吹气；

测量主机，用于将样品预处理模块运送的物料利用光学方法进行测量，并将光学信号转化为电信号，并采集所述电信号后发送给上位机；在通向所述测量主机的分散管上设置隔离气；在通向所述测量主机的分散管上两侧分别设置第一保护气和第二保护气；所述射流泵上设置动力气，所述动力气用于为所述射流泵提供动力源；

上位机，用于分析测量主机发送的电信号，通过反演算法得到粒径分布。

2.根据权利要求1所述的粉体物料粒径在线监测系统，其特征在于，

还包括电气控制柜，所述电气控制柜用于所述系统的气路控制和阀门通断控制；

所述气路控制包括控制吹扫气、反吹气、保护气、动力气和隔离气的开关；

所述保护气包括所述第一保护气和第二保护气；

所述阀门通断包括进料阀动力气和回料阀动力气的开关。