CN117417463A - 一种用于控制淀粉烘干系统的智能装置 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种用于控制淀粉烘干系统的智能装置，属于粉剂烘干系统电气控制领域。装置包括：传感器模块、智能控制模块、执行模块和人机交互模块；传感器模块用于检测淀粉烘干系统的实时数据；智能控制模块用于根据实时数据，控制执行模块；执行模块用于执行淀粉处理操作；人机交互模块用于为用户提供操作平台。本申请通过智能控制器和各个检测模块的协调工作，实现对淀粉烘干过程中的温度、湿度、流量等参数的实时监测和控制，从而提高烘干效率、降低能耗，并确保淀粉产品的质量稳定。
Description
技术领域
本申请涉及粉剂烘干系统电气控制领域，尤其涉及一种用于控制淀粉烘干系统的智能装置。
背景技术
目前，木薯、马铃薯、甘薯等生全粉的加工生产过程中，需要将淀粉乳剂进行稳定的烘干、干湿度偏差小，烘干效率高、人工成本低、自动化程度高、有效提高薯类淀粉的烘干效率及提高合格产品率。
而国内广泛使用的烘干系统模式单一且取样检测后再调整系统参数、造成干湿度控制偏差大、自动化程度相对不完善长期依赖工人经验摸索不能够做到自动智能控制实现标准化。这些烘干系统烘干之后的淀粉水分干湿度偏差往往比较大、人工成本的增加，整个系统中的数据实时性低下、生产效率低下。
发明内容
为解决上述背景中的技术问题，本申请通过智能控制器和各个检测模块的协调工作，实现在线式淀粉脱水、喂料、烘干及成品水分控制。
为实现上述目的，本申请公开了一种用于控制淀粉烘干系统的智能装置，包括：传感器模块、智能控制模块、执行模块和人机交互模块；
所述传感器模块用于检测所述淀粉烘干系统的实时数据；
所述智能控制模块用于根据所述实时数据，基于PID算法控制所述执行模块；
所述执行模块用于执行淀粉处理操作；
所述人机交互模块用于为用户提供操作平台。
进一步优选地，所述实时数据包括：淀粉的湿度、淀粉乳进料阀门和进水阀门的开关度、淀粉的温度和混合液的液位数据。
进一步优选地，所述传感器模块包括：淀粉湿度检测单元、流量检测单元、温度检测单元和液位检测模块；
所述淀粉湿度检测单元用于实时检测淀粉的湿度；
所述流量检测单元用于检测淀粉乳进料阀门和进水阀门的开关度；
所述温度检测模块用于检测淀粉的温度；
所述液位检测模块用于采集混合液的液位数据。
进一步优选地，所述智能控制模块包括：若干智能控制器；
所述智能控制器用于接收所述实时数据并计算所述PID算法进行分析和计算，输出控制信号来对所述执行模块进行控制。
进一步优选地，所述PID算法包括：
式中，u(k)为采样时刻k的输出量，e(k)和e(k-1)分别为采样时刻k和k-1时刻的偏差值，e(n)为采样时刻n时刻的偏差值，Kp、Ki、Kd分别表示比例控制算法、积分控制算法以及微分控制算法。
进一步优选地，所述执行模块包括：可编程控制器、气动执行单元、变频器和变频电机以及脱水单元；
所述可编程控制器用于控制所述淀粉烘干系统中电机设备的启停和运行状态；
所述气动执行单元用于控制所述脱水单元的目标温度；
所述变频器和变频电机用于控制所述淀粉烘干系统中电机设备的转速和运行状态；
所述脱水单元用于将淀粉进行脱水处理，产出湿淀粉。
进一步优选地，所述人机交互模块包括：中控上位机组态系统；
所述中控上位机组态系统用于设置所述淀粉烘干系统系统的目标数据输入和所述实时数据的同步显示；
所述中控上位机组态系统还用于临界值报警；
用户通过所述中控上位机组态系统调整所述淀粉烘干系统的工作模式。
进一步优选地，所述中控上位机组态系统还用于流量控制和冷凝水排放控制；
流量控制：通过尾气温度的采集和计算分析，控制淀粉乳的进料量，防止管道堵塞；
冷凝水排放控制：通过实时监测和分析冷凝水温度，自动调节冷凝水排放，减少能源损耗。
与现有技术相比，本申请的有益效果如下：
本申请通过智能控制器和各个检测模块的协调工作，实现对淀粉烘干过程中的温度、湿度、流量等参数的实时监测和控制，从而提高烘干效率、降低能耗，并确保淀粉产品的质量稳定。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例的装置结构示意图；
图2为本申请实施例的装置网络架构示意图；
图3为本申请实施例智能控制器原理示意图；
图4为本申请实施例又一智能控制器原理示意图；
图5为本申请实施例智能控制器1#AI工作流程示意图；
图6为本申请实施例智能控制器2#AI工作流程示意图；
图7为本申请实施例智能控制器3#AI工作流程示意图；
图8为本申请实施例智能控制器4#AI工作流程示意图；
图9为本申请实施例智能控制器5#AI工作流程示意图；
图10为本申请实施例智能控制器6#AI工作流程示意图；
图11为本申请实施例PID算法示意图；
图12为本申请实施例PID控制效果曲线图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。
实施例一
如图1、图2所示，为本实施例的系统结构示意图，包括：传感器模块、智能控制模块、执行模块和人机交互模块；传感器模块用于检测淀粉烘干系统的实时数据；智能控制模块用于根据实时数据，基于PID算法控制执行模块；执行模块用于执行淀粉处理操作；人机交互模块用于为用户提供操作平台。
实时数据包括：淀粉的湿度、淀粉乳进料阀门和进水阀门的开关度、淀粉的温度和混合液的液位数据。
上述的传感器模块包括淀粉湿度检测单元、流量检测单元、温度检测单元和液位检测模块；淀粉湿度检测单元用于实时检测淀粉的湿度；流量检测单元用于检测淀粉乳进料阀门和进水阀门的开关度；温度检测模块用于检测淀粉的温度；液位检测模块用于采集混合液的液位数据。
上述的智能控制模块包括：若干智能控制器，如图3、图4所示；智能控制器用于接收实时数据并基于PID算法进行分析和计算，输出控制信号来对执行模块进行控制。
上述的执行模块包括：可编程控制器、气动执行单元、变频器和变频电机以及脱水单元；可编程控制器用于控制淀粉烘干系统中各电机设备的启停和运行状态；气动执行单元用于控制脱水单元的目标温度；变频器和变频电机用于控制淀粉烘干系统中各电机设备的转速和运行状态；脱水单元用于将淀粉进行脱水处理，产出湿淀粉。
上述的人机交互模块包括：中控上位机组态系统；中控上位机组态系统用于设置淀粉烘干系统系统的目标数据输入和实时数据的同步显示；中控上位机组态系统还用于临界值报警；用户通过中控上位机组态系统调整淀粉烘干系统的工作模式。中控上位机组态系统还用于流量控制和冷凝水排放控制；流量控制：通过尾气温度的采集和计算分析，控制淀粉乳的进料量，防止管道堵塞；冷凝水排放控制：通过实时监测和分析冷凝水温度，自动调节冷凝水排放，减少能源损耗。
实施例二
下面将结合本实施例，详细说明本申请的连接关系。
如图5所示智能控制器1#AI接入温度检测模块60E3TT的输入信号经过智能运算(采用先进的AI人工智能PID调节算法)输出驱动调节气动执行单元CV60E3来实现进气温度的可控可操作性确保进气温度的稳定性。
如图6所示智能控制器2#AI接入温度检测模块60F6TT的输入信号经过智能运算(采用先进的AI人工智能PID调节算法)输出驱动调节变频器VFD60H1控制变频电机的运行速度来实现的自动调节阀的PID控制进行投料送料
如图7所示智能控制器3#AI接入温度检测模块60E4TT的输入信号经过通讯连接上位机系统，在上位机系统中经过数据处理、程序处理对烘干管路部分温度实时检测并做出预警在上位机系统中预警显示提醒工作人员人工干预来避免干燥管路堵塞；
如图8、图9所示智能控制器4#AI、智能控制器5#AI分别连接在线式淀粉湿度检测单元、流量检测单元FT5431作为输入信号经过智能运算(PID算法)输出、KA1切换不同的工作状态来驱动调节气动执行单元FV5400来实现物料投放、浓度调节的可控可操作性确保产品整体水分的稳定性。
如图10所示智能控制器6#AI接入液位检测模块LT5300的输入信号经过智能运算(采用先进的AI人工智能PID调节算法)输出来驱动调节气动执行单元LV5331来实现物料脱水单元的物料量的可控可操作性确保产品整体可调的稳定性。
以上智能控制器机、可编程控制器、变频器经通讯电缆连接汇入上位机系统中来实现对烘干系统中的单元元素运行实时监控、启停操作、分析、数据实时读取写入来达到集中控制、远程控制。
如图11所示，上述的PID算法具体包括：
式中，u(k)为采样时刻k的输出量，e(k)和e(k-1)分别为采样时刻k和k-1时刻的偏差值，e(n)为采样时刻n时刻的偏差值。
具体的：
(1)比例控制算法
本实施例以进气温度来举例，最终的控制目的是保证进气温度永远保持在合适的温度，即在中控系统中设置的目标值；假设目标值为120℃。假设初试时刻，进气温度为30摄氏度，那么当前时刻的温度和目标温度之间是存在一个误差的error，即Error等于83。这个时候，此时1#AI通过输出来控制CV60E3来控制进气量的大小。此时，加入的水量u和误差error存在正比关系；即u＝kperror，假设kp取0.5，那么t＝1时(表示第1次进气，也就是第一次对系统施加控制)，那么u＝0.5*90＝45，所以这一次在整个干燥系统中增加的温度会使60E3TT在系统中所测的温度在30℃的基础上上升了45℃达到75℃。之后，t＝2时刻(第2次施加控制)，当前水位是75℃，所以误差是45℃。u＝0.5*45＝22.5，会使温度再次上升22.5℃，达到97.5℃如此循环。
(2)积分控制算法
参考比例积分的例子，如果仅采用上述算法，可以发现存在暂态误差，最后的水位就卡在119℃。于是，在本实施例中，再引入一个分量，该分量和误差的积分是正比关系。所以，比例+积分控制算法为:
u＝kp*error+ki*error
参考比例积分的例子，第一次的误差error是45，第二次的误差是22.5，至此，误差的积分(离散情况下积分其实就是做累加)，∫error＝45+22.5＝67.5.此时控制量，除了比例积分部分，还存在一部分，即系数k乘以比例积分项。由于这个积分项会将前面若干次的误差进行累计，所以可以很好的消除稳态误差
(3)微分控制算法
平稳增加的进气温度，当1#AI发现前面60E3TT有超越目标温度时，为了使得进气温度平稳，在一定区间内提前减缓输出或者停止输出了，当进气温度离目标值非常近的时候，则停止输出。
微分在离散情况下，就是error的差值，即t时刻和t-1时刻error的差，即u＝kd*(error(t)-error(t-1))，其中的kd是一个系数项。可知，在减少输出的过程中，因为error逐渐减小，所以此微分控制项必为负数，在控制中加入一个负数项，目的是防止进气温度由于较少输出不及时而超越目标值。由于越是靠近目标值，越是应该注意较少目标值，所以不能让进气温度超越目标值，最终PID控制的效果如图12所示。
实施例三
下面将结合本实施例，详细说明本申请如何解决实际生活中的技术问题。
进气温度的采集经过智能控制器1#AI的智能分析计算进而输出自动调节，烘干系统、脱水单元运行后CV60E3(气动执行单元)的开关大小调节生产所需的目标温度(目标温度在中控系统中设置)，依据工艺要求进水阀门LV5331的开关度的大小通过混合液的液位LT5300数据采集后经智能控制单元6#AI智能运算(采用先进的AI人工智能PID调节算法)输出自动控制，同时淀粉乳进料阀门FV5300的开关度通过流量检测单元FT5331数据采集后经智能控制单元5#AI智能运算(采用先进的AI人工智能PID调节算法)输出来控制来进行调和，浓度的大小依据FV5300的开关度来调节，经过脱水单元脱水后产出湿淀粉、同时切换命令源60F6TIC(尾气温度智能控制)通过尾气温度信号数据的采集经智能控制单元2#AI智能运算(采用先进的AI人工智能PID调节算法)来实现对高速蛟龙变频控制电机VFD60H1的自动调节阀的PID控制进行投料送料，整个烘干系统通过上位机系统运行起来后，可以切换单在线式吸合KA1工作状态有流量控制模式下切换到在线式淀粉脱水成品水分控制，确保淀粉水分含量数据实时更新、实时反馈到系统中，进而整体运行系统。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，包括：传感器模块、智能控制模块、执行模块和人机交互模块；
所述传感器模块用于检测所述淀粉烘干系统的实时数据；
所述智能控制模块用于根据所述实时数据，基于PID算法控制所述执行模块；
所述执行模块用于执行淀粉处理操作；
所述人机交互模块用于为用户提供操作平台。
2.据权利要求1所述的用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，所述实时数据包括：淀粉的湿度、淀粉乳进料阀门和进水阀门的开关度、淀粉的温度和混合液的液位数据。
3.根据权利要求2所述的用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，所述传感器模块包括：淀粉湿度检测单元、流量检测单元、温度检测单元和液位检测模块；
所述淀粉湿度检测单元用于实时检测淀粉的湿度；
所述流量检测单元用于检测淀粉乳进料阀门和进水阀门的开关度；
所述温度检测模块用于检测淀粉的温度；
所述液位检测模块用于采集混合液的液位数据。
4.根据权利要求1所述的用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，所述智能控制模块包括：若干智能控制器；
所述智能控制器用于接收所述实时数据并计算所述PID算法进行分析和计算，输出控制信号来对所述执行模块进行控制。
5.根据权利要求4所述的用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，所述PID算法包括：
式中，u(k)为采样时刻k的输出量，e(k)和e(k-1)分别为采样时刻k和k-1时刻的偏差值，e(n)为采样时刻n时刻的偏差值，Kp、Ki、Kd分别表示比例控制算法、积分控制算法以及微分控制算法。
6.根据权利要求1所述的用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，所述执行模块包括：可编程控制器、气动执行单元、变频器和变频电机以及脱水单元；
所述可编程控制器用于控制所述淀粉烘干系统中电机设备的启停和运行状态；
所述气动执行单元用于控制所述脱水单元的目标温度；
所述变频器和变频电机用于控制所述淀粉烘干系统中电机设备的转速和运行状态；
所述脱水单元用于将淀粉进行脱水处理，产出湿淀粉。
7.根据权利要求1所述的用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，所述人机交互模块包括：中控上位机组态系统；
所述中控上位机组态系统用于设置所述淀粉烘干系统系统的目标数据输入和所述实时数据的同步显示；
所述中控上位机组态系统还用于临界值报警；
用户通过所述中控上位机组态系统调整所述淀粉烘干系统的工作模式。
8.根据权利要求7所述的用于控制淀粉烘干系统的智能装置，其特征在于，所述中控上位机组态系统还用于流量控制和冷凝水排放控制；
流量控制：通过尾气温度的采集和计算分析，控制淀粉乳的进料量，防止管道堵塞；
冷凝水排放控制：通过实时监测和分析冷凝水温度，自动调节冷凝水排放，减少能源损耗。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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