CN116688840A - 一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法及搅拌装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，包括以下步骤：S100：在变频器的控制单元预设扭矩上限值、初始转速和目标转速（，，……，）；S200：控制驱动电机以开始转动；S300：获知实时扭矩值T，根据T与的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近。还公开了能够实现上述控制方法的搅拌装置。应用本发明能够在保证实时扭矩值不大于的前提下以能够达到的最大转速进行搅拌，从而提升搅拌效率。
Description
技术领域
本发明涉及搅拌设备技术领域，具体涉及一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法及搅拌装置。
背景技术
在新能源电池、食品、医药、化工等领域，存在大量需要将粉体和液体混合制成浆料的情况，现有技术中一般采用搅拌装置对其进行搅拌制得最终浆料产品。在对粉体和液体的混合物进行搅拌的过程中，随着搅拌的进行，混合物的形态逐渐向光泽细腻的浆料转变，因此在不同的时间段，混合物的粘度会发生变化。有的浆料搅拌过程中粘度会逐渐增大并使得搅拌桨遇到的阻力增大，有的浆料搅拌过程中粘度会逐渐减小，相应的搅拌桨遇到的阻力减小。由此，有的浆料在搅拌过程中需要适时的降低转速，以防止因阻力过大而影响驱动电机的使用寿命；有的浆料在搅拌过程中需要适时的增大转速，以提高搅拌效率。
现有技术中一般通过变频器对驱动电机进行控制，进而控制搅拌桨的转速，其一般使用变频器的无速度传感矢量控制模式进行控制，该方案需要对驱动电机的容量、极数、额定电流、额定电压、额定功率等参数综合考虑，调试复杂且容易出错，并且在实际应用时为保证转速容易出现一直加大电流输出的情况，在单次搅拌的过程中容易出现多次过载现象而造成多次停机，不仅影响搅拌工作的进行，还影响驱动电机的使用寿命。且矢量控制需要较高的计算能力和处理速度，其对驱动电机的性能指标要求很高，驱动电机的采购成本非常高。
发明内容
本发明旨在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提供了一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法及搅拌装置。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，所述搅拌装置包括驱动电机和与所述驱动电机电连接的变频器，所述变频器具有控制单元，该控制方法包括以下步骤：
S100：在变频器的控制单元预设扭矩上限值、初始转速/>和n个逐渐增大的目标转速（/>，/>，·······，/>），其中，/>，/>小于驱动电机的最大扭矩；
S200：控制驱动电机以作为工作转速开始转动；
S300：根据变频器的反馈获知实时扭矩值T，将T与进行比较，根据T与/>的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近/>。
应用本发明具有以下有益效果：通过应用变频器的V/F速度控制模式，利用其能够控制驱动电机的转速与扭矩呈反比的特性，预先在变频器的控制单元设置扭矩上限值、初始转速和目标转速，在控制驱动电机以初始转速开始工作后，根据实时扭矩值和扭矩上限值的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近。由此，能够在保证实时扭矩值不大于/>的前提下以能够达到的最大转速进行搅拌，从而提升搅拌效率。应用本方案操作简便，对于驱动电机的性能要求较低，相应的采购成本低，且能够防止过载现象的发生，延长驱动电机的使用寿命又不会影响搅拌作业的进行。
可选的，根据T与的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近/>包括以下步骤：
S400：若，则进行步骤S500；若/>，则进行步骤S600；
S500：下调工作转速至与其最接近的目标转速，以下调后的工作转速运行设定时间后进行步骤S510；
S510：根据变频器的反馈获知实时扭矩值T，将T与进行比较，若/>，则进行步骤S500；若/>，则进行步骤S520；
S520：继续以工作转速运行设定时间后进行步骤S510；
S600：上调工作转速至与其最接近的目标转速，以上调后的工作转速运行设定时间后进行步骤S300。
若初次判定时，则上调工作转速至与其最接近的目标转速，在T小于扭矩上限值前，就一直进行步骤S600直至将工作转速上调至对应的T大于扭矩上限值，之后进行步骤S500。利用步骤S500至S520，先将工作转速下调至对应的T小于扭矩上限值，由于此时工作转速对应的T是从扭矩上限值之上刚刚转变为扭矩上限值之下，因此可以将其认定为小于且趋近扭矩上限值，此时对应的工作转速即为能够达到的最大转速（此时如果再继续上升一个速度档位就会使得T大于扭矩上限值）。之后，随着搅拌作业的进行，浆料形态会发生变化，相应的实时扭矩值T也会发生变化，因此再之后还会重新进行T与扭矩上限值的比较判断。
可选的，在步骤S520进行m次后进行的步骤S510中，若，则进行步骤S600。对于某些浆料而言，随着搅拌的进行其粘度逐渐降低，相应的搅拌桨遇到的阻力会降低，对应的实时扭矩值T会降低，因此在进行了m次S520后，可能会出现T逐渐减小已经远小于扭矩上限值的情况，该情况会影响到搅拌效率。通过对步骤S520的进行次数进行限制，在其进行m次后若T继续小于扭矩上限值，就进行步骤S600上调转速，之后再进行判断。
可选的，m为3至12之间的选定值。
可选的，所述设定时间为1min至3min之间的选定值。
可选的，在步骤S100中还在变频器的控制单元预设扭矩下限值，；
在步骤S400中，若，则将T与/>进行比较，若/>，则进行步骤S600；若/>，则进行步骤S700；
S700：设定最接近且大于此时工作转速的目标转速为，上调工作转速至，以上调后的工作转速运行设定时间后重新进行步骤S400，其中，p≥2，p+q＜n，q为1至3中的选定值。
通过设置扭矩下限值，当T小于扭矩下限值时，可以认为此时搅拌速度过小，因此为提升搅拌效率，需要一次性较大幅度的提升搅拌速度，因故相应的进行步骤S700，将工作速度直接调整为。
可选的，所述扭矩下限值为20N.m至200N.m之间的选定值。
可选的，所述扭矩上限值为80N.m至800N.m之间的选定值。
可选的，所述初始转速为840rpm至1680rpm之间的选定值，n为5至12之间的选定值，/>为140rpm至420rpm之间的选定值，/>为1400rpm至2240rpm之间的选定值。
此外，本发明还提供了一种基于扭矩反馈的搅拌装置，包括：罐体，其内部形成有容腔；搅拌桨，其伸入至所述容腔内且用于对投放至容腔内的浆料进行搅拌；驱动电机，其用于驱动所述搅拌桨转动；以及，变频器，其与所述驱动电机电连接；所述变频器具有控制单元，所述控制单元被配置为能够执行如上述技术方案中任一项所述基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法。本发明所提供的搅拌装置与前述控制方法的有益效果推理过程相似，在此不再赘述。
本发明的这些特点和优点将会在下面的具体实施方式以及附图中进行详细的揭露。本发明最佳的实施方式或手段将结合附图来详尽表现，但并非是对本发明技术方案的限制。另外，在每个下文和附图中出现的这些特征、要素和组件是具有多个，并且为了表示方便而标记了不同的符号或数字，但均表示相同或相似构造或功能的部件。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1为本发明实施例一提供的一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法的流程图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。基于实施方式中的实施例，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本说明书中引用的“一个实施例”或“实例”或“例子”意指结合实施例本身描述的特定特征、结构或特性可被包括在本申请公开的至少一个实施例中。短语“在一个实施例中”在说明书中的各位置的出现不必都是指同一个实施例。
实施例一：本实施例提供了一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，所述的搅拌装置包括驱动电机和与驱动电机电连接的变频器，变频器具有控制单元，如图1中所示，该控制方法包括以下步骤：
S100：在变频器的控制单元预设扭矩上限值、初始转速/>和n个逐渐增大的目标转速（/>，/>，·······，/>），其中，/>，/>小于驱动电机的最大扭矩；
S200：控制驱动电机以作为工作转速开始转动；
S300：根据变频器的反馈获知实时扭矩值T，将T与进行比较，根据T与/>的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近/>。
发明人将该方案简称为“扭矩反馈阶梯调速控制模式”，通过对变频器的控制单元预先设定参数及控制程序，通过应用变频器的V/F速度控制模式，利用其能够控制驱动电机的转速与扭矩呈反比的特性，在控制驱动电机以初始转速开始工作后，根据实时扭矩值和扭矩上限值的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近。由此，能够在保证实时扭矩值不大于/>的前提下以能够达到的最大转速进行搅拌，从而提升搅拌效率。应用本方案操作简便，对于驱动电机的性能要求较低，相应的采购成本低，且能够防止过载现象的发生，延长驱动电机的使用寿命又不会影响搅拌作业的进行。
具体的，根据T与的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近/>包括以下步骤：
S400：若，则进行步骤S500；若/>，则进行步骤S600；
S500：下调工作转速至与其最接近的目标转速，以下调后的工作转速运行设定时间后进行步骤S510；
S510：根据变频器的反馈获知实时扭矩值T，将T与进行比较，若/>，则进行步骤S500；若/>，则进行步骤S520；
S520：继续以工作转速运行设定时间后进行步骤S510；
S600：上调工作转速至与其最接近的目标转速，以上调后的工作转速运行设定时间后进行步骤S300。
若初次判定时，则上调工作转速至与其最接近的目标转速，在T小于扭矩上限值前，就一直进行步骤S600直至将工作转速上调至对应的T大于扭矩上限值，之后进行步骤S500。利用步骤S500至S520，先将工作转速下调至对应的T小于扭矩上限值，由于此时工作转速对应的T是从扭矩上限值之上刚刚转变为扭矩上限值之下，因此可以将其认定为小于且趋近扭矩上限值，此时对应的工作转速即为能够达到的最大转速（此时如果再继续上升一个速度档位就会使得T大于扭矩上限值）。之后，随着搅拌作业的进行，浆料形态会发生变化，相应的实时扭矩值T也会发生变化，因此再之后还会重新进行T与扭矩上限值的比较判断。
进一步的，在步骤S520进行m次后进行的步骤S510中，若，则进行步骤S600。对于某些浆料而言，随着搅拌的进行其粘度逐渐降低，相应的搅拌桨遇到的阻力会降低，对应的实时扭矩值T会降低，因此在进行了m次S520后，可能会出现T逐渐减小已经远小于扭矩上限值的情况，该情况会影响到搅拌效率。通过对步骤S520的进行次数进行限制，在其进行m次后若T继续小于扭矩上限值，就进行步骤S600上调转速，之后再进行判断。
以制备负极石墨浆料产品进行实验为例，制备负极石墨浆料产品需要投放的粉体为MAG-TL3负极主料、液体为CMC胶液，投放质量分别为MAG-TL3负极主料（15kg）、CMC胶液（10.3kg/纯1.5kg）。应用该控制方法控制搅拌装置进行搅拌作业，预先设定扭矩上限值、初始转速、目标转速、设定时间以及m的值，六次进行搅拌作业作为实验组。以现有技术中采用矢量控制的搅拌方案作为对照组，对照组采用相同的初始转速。其中，第一组目标转速设置为（140，280，560，700，980，1400，1820）；第二组目标转速设置为（140，280，560，700，980，1400）；第三组目标转速设置为（336，616，896，1176，1456，1736）；第四组目标转速设置为（420，700，980，1260，1540）；第五组目标转速设置为（420，700，980，1260，1540，1820）；第六组目标转速设置为（420，840，1120，1400，1680，1960，2240）；实验结果见下表：
通过上述实验可知，在设定初始转速为840rpm至1680rpm之间的选定值、/>为140rpm至420rpm之间的选定值、/>为1400rpm至2240rpm之间的选定值、扭矩上限值/>为80N.m至800N.m之间的选定值、设定时间为1min至3min之间的选定值以及m为3至12之间的选定值的情况下，采用本申请提供的控制方法对进行搅拌作业的搅拌装置进行控制，可提升搅拌作业效率。
另外需要说明的是，上述实验时工作转速的设置数量为5个或6个或7个，在其它的实施方式中，也可以根据需要设置更多的数量，更多数量的目标转速可以使得工作速度调整时更加精细。容易理解的是，目标转速的设置数量也不能过多，否则可能会使得需要调整多次目标转速才能够将对应的实时扭矩值调节到符合要求。因此，一般n为5至12之间的选定值。
应用本实施例提供的该控制方法时，搅拌装置可以是现有技术中的搅拌装置，对其进行改进即可。现有的搅拌装置一般包括以下部件：罐体、搅拌桨、驱动电机和变频器，其中，罐体内部形成有容腔，搅拌桨伸入至容腔内且用于对投放至容腔内的浆料进行搅拌，驱动电机用于驱动搅拌桨转动，变频器与驱动电机电连接。变频器具有控制单元，改进在于在控制单元预设有参数值和控制程序，具体的，就是通过预设参数值和控制程序使得控制单元能够执行本实施例提供的该控制方法。
实施例二：本实施例也提供了一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，本实施例与上述实施例一的区别在于，本实施例中在步骤S100中还在变频器的控制单元预设扭矩下限值，/>；
之后在步骤S400中，若，则将T与/>进行比较，若/>，则进行步骤S600；若/>，则进行步骤S700；
S700：设定最接近且大于此时工作转速的目标转速为，上调工作转速至，以上调后的工作转速运行设定时间后重新进行步骤S400。其中，p≥2，p+q＜n。
通过设置扭矩下限值，当T小于扭矩下限值时，可以认为此时搅拌速度过小，因此为提升搅拌效率，需要一次性较大幅度的提升搅拌速度，因故相应的进行步骤S700，将工作速度直接调整为。
以实施例一中的六组实验组作为对照组，相应的设置六组实验组，其中的扭矩上限值、初始转速、目标转速、设定时间以及m的值均相同，实验组中应用本实施例提供的控制方法，增加扭矩下限值和q值。实验结果见下表：
通过上述实验可知，在设定初始转速为840rpm至1680rpm之间的选定值、/>为140rpm至420rpm之间的选定值、/>为1400rpm至2240rpm之间的选定值、扭矩上限值/>为80N.m至800N.m之间的选定值、设定时间为1min至3min之间的选定值、m为3至12之间的选定值、/>为20N.m至200N.m之间的选定值以及q为1至3之间的选定值的情况下，采用本申请提供的控制方法对进行搅拌作业的搅拌装置进行控制，可进一步提升搅拌作业效率。
以上，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，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。
Claims (10)
1.一种基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，所述搅拌装置包括驱动电机和与所述驱动电机电连接的变频器，所述变频器具有控制单元，其特征在于，该控制方法包括以下步骤：
S100：在变频器的控制单元预设扭矩上限值、初始转速/>和n个逐渐增大的目标转速（/>，/>，·······，/>），其中，/>，/>小于驱动电机的最大扭矩；
S200：控制驱动电机以作为工作转速开始转动；
S300：根据变频器的反馈获知实时扭矩值T，将T与进行比较，根据T与/>的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近/>。
2.如权利要求1所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，根据T与的比较结果将工作转速调节至能够使得与其对应的实时扭矩值T小于且趋近/>包括以下步骤：
S400：若，则进行步骤S500；若/>，则进行步骤S600；
S500：下调工作转速至与其最接近的目标转速，以下调后的工作转速运行设定时间后进行步骤S510；
S510：根据变频器的反馈获知实时扭矩值T，将T与进行比较，若/>，则进行步骤S500；若/>，则进行步骤S520；
S520：继续以工作转速运行设定时间后进行步骤S510；
S600：上调工作转速至与其最接近的目标转速，以上调后的工作转速运行设定时间后进行步骤S300。
3.如权利要求2所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，在步骤S520进行m次后进行的步骤S510中，若，则进行步骤S600。
4.如权利要求3所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，m为3至12之间的选定值。
5.如权利要求2至4中任一项所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，所述设定时间为1min至3min之间的选定值。
6.如权利要求2所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，在步骤S100中还在变频器的控制单元预设扭矩下限值，/>；
在步骤S400中，若，则将T与/>进行比较，若/>，则进行步骤S600；若/>，则进行步骤S700；
S700：设定最接近且大于此时工作转速的目标转速为，上调工作转速至/>，以上调后的工作转速运行设定时间后重新进行步骤S400，其中，p≥2，p+q＜n，q为1至3中的选定值。
7.如权利要求6所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，所述扭矩下限值为20N.m至200N.m之间的选定值。
8.如权利要求1或7所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，所述扭矩上限值为80N.m至800N.m之间的选定值。
9.如权利要求1所述的基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法，其特征在于，所述初始转速为840rpm至1680rpm之间的选定值，n为5至12之间的选定值，/>为140rpm至420rpm之间的选定值，/>为1400rpm至2240rpm之间的选定值。
10.一种基于扭矩反馈的搅拌装置，包括：
罐体，其内部形成有容腔；
搅拌桨，其伸入至所述容腔内且用于对投放至容腔内的浆料进行搅拌；
驱动电机，其用于驱动所述搅拌桨转动；以及，
变频器，其与所述驱动电机电连接；
其特征在于，所述变频器具有控制单元，所述控制单元被配置为能够执行如权利要求1至9中任一项所述基于扭矩反馈的搅拌装置控制方法。
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