本發(fā)明屬于研磨機(jī)械，特別涉及一種多傳感器監(jiān)控的研磨化工機(jī)械系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，化學(xué)品的研磨機(jī)械的生產(chǎn)技術(shù)力量薄弱、生產(chǎn)線自動(dòng)化程度低、人工操作多、工序分散、工作環(huán)境差的落后生產(chǎn)途中，生產(chǎn)過程存在的問題有如下幾點(diǎn)。

研磨加工效率低下，研磨產(chǎn)品單一，無法根據(jù)需要適時(shí)調(diào)整機(jī)械；自動(dòng)控制程度低，操作人員手工操作效率低下；在化學(xué)品研磨過程中，化學(xué)品會(huì)產(chǎn)生熱量，需要停機(jī)冷卻，不能實(shí)時(shí)降溫；生產(chǎn)過程中某些參數(shù)的調(diào)節(jié)和監(jiān)控主要依靠有經(jīng)驗(yàn)的操作工人監(jiān)視，使得生產(chǎn)信息及過程數(shù)據(jù)不能準(zhǔn)確，不能及時(shí)調(diào)整。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種多傳感器監(jiān)控的研磨化工機(jī)械系統(tǒng)，其能夠加快研磨生產(chǎn)的效率，提供不同顆粒大小的成品粉料，實(shí)現(xiàn)了研磨生產(chǎn)的自動(dòng)化。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種多傳感器監(jiān)控的研磨化工機(jī)械系統(tǒng)，包括研磨部分和控制系統(tǒng)兩部分，研磨部分包括原料斗、給料機(jī)、集合器、送料帶、研磨機(jī)、珠體分離器、粗粉分離器、細(xì)粉分離器、粉料斗、風(fēng)機(jī)、閥以及管線，原料通過給料機(jī)進(jìn)入集合器，與其他的粉料集合經(jīng)過送料帶進(jìn)入研磨機(jī)，研磨機(jī)將物料研磨后形成初加工粉料，通過管線進(jìn)入珠體分離器，將珠體分離并退回研磨機(jī)中，分離后的初加工粉料通過管線進(jìn)入粗粉分離器，將尺寸過大的初加工粉料分離并通過管線進(jìn)入集合器，經(jīng)過粗粉分離器的初加工粉料形成初分離粉料，通過管線直接進(jìn)入粉料斗形成最終粉料，或者通過管線進(jìn)入細(xì)粉分離器，進(jìn)一步將初分離粉料篩選形成最終粉料，并將尺寸不合規(guī)定的粉料返回集合器，細(xì)粉分離器和集合器之間設(shè)置有氣動(dòng)泵浦，以便于粉料順暢快速的通過管路；

其中，研磨機(jī)具有進(jìn)料口、出料口、筒體、主軸承、輔軸承、漿片、珠體、主軸、筒體擺動(dòng)帶輪以及管軸齒輪，原料通過筒體的進(jìn)料口進(jìn)入筒體內(nèi)部，進(jìn)料口外部套設(shè)輔軸承，筒體內(nèi)的漿片與主軸固定連接，主軸為中空管狀結(jié)構(gòu)，并在表面形成多個(gè)通孔，主軸一端伸出形成出料口，主軸承套設(shè)在主軸上，管軸齒輪套設(shè)在主軸上，管軸齒輪與主軸電機(jī)上的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，主軸在主軸電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，筒體擺動(dòng)帶輪與筒體固定連接，筒體擺動(dòng)帶輪通過皮帶與外部的步進(jìn)電機(jī)連接，筒體擺動(dòng)帶輪在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下周期性的以一定的角度進(jìn)行往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)；

控制系統(tǒng)包括傳感器、主控器、執(zhí)行裝置、顯示裝置以及通訊裝置，傳感器將測量得到模擬信號傳輸給采樣芯片，采樣芯片對傳感器的模擬信號進(jìn)行采樣，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給主控器，主控器將得到的信號進(jìn)行處理后控制執(zhí)行裝置進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，并將相應(yīng)的參數(shù)顯示在顯示裝置上，通訊裝置與主控器連接，通訊裝置為GPRS收發(fā)裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程監(jiān)控；

傳感器包括測速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、重量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、音頻傳感器、負(fù)載估計(jì)模塊，測速傳感器安裝在送料帶上以測量送料帶的速度，重量傳感器安裝在原料斗和粉料斗上以測量原料和加工后的粉料重量，溫度傳感器安裝在研磨機(jī)的廢水出口處以測量水溫，壓力傳感器安裝在研磨機(jī)的出料口處以測量出料口壓力，振動(dòng)傳感器以及音頻傳感器安裝在研磨機(jī)的基座上以測量研磨機(jī)的機(jī)械振動(dòng)信號和噪聲信號，負(fù)載估計(jì)模塊設(shè)置在主軸電機(jī)和電源之間以測量電機(jī)的電流和電壓的負(fù)載，轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置在主軸上以測量主軸的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明的有益效果：

1.對制粉的有效加工，并且可以根據(jù)需求加工不同的粉料；

2.加大了對原料的加工力度，從而提高粉碎效率；

3.實(shí)現(xiàn)了對筒體溫度的控制；

4.實(shí)現(xiàn)了顆粒的精細(xì)化研磨；

5.自動(dòng)化控制，減少了人工設(shè)定的反復(fù)修改帶來的效率上浪費(fèi)以及精度的不準(zhǔn)確；

6.實(shí)時(shí)監(jiān)控料位情況，防止料位過高或過低的情況出現(xiàn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的研磨部分結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的研磨機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3a為本發(fā)明的分散盤結(jié)構(gòu)尺寸示意圖一；

圖3b為本發(fā)明的分散盤結(jié)構(gòu)尺寸示意圖二

圖4為本發(fā)明的主軸電機(jī)的驅(qū)動(dòng)示意圖；

圖5本發(fā)明的模糊控制器的示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

本發(fā)明的實(shí)施例參考圖1-5所示。

一種多傳感器監(jiān)控的研磨化工機(jī)械系統(tǒng)，其包括研磨部分和控制系統(tǒng)兩部分，研磨部分包括原料斗、給料機(jī)、集合器、送料帶、研磨機(jī)、珠體分離器、粗粉分離器、細(xì)粉分離器、粉料斗、風(fēng)機(jī)、閥以及管線，如圖所示，原料通過給料機(jī)進(jìn)入集合器，與其他的粉料集合經(jīng)過送料帶進(jìn)入研磨機(jī)，研磨機(jī)將物料研磨后形成初加工粉料，通過管線進(jìn)入珠體分離器，將珠體分離并退回研磨機(jī)中，分離后的初加工粉料通過管線進(jìn)入粗粉分離器，將尺寸過大的初加工粉料分離并通過管線進(jìn)入集合器，經(jīng)過粗粉分離器的初加工粉料形成初分離粉料，通過管線直接進(jìn)入粉料斗形成最終粉料，或者通過管線進(jìn)入細(xì)粉分離器，進(jìn)一步將初分離粉料篩選形成最終粉料，并將尺寸不合規(guī)定的粉料返回集合器，細(xì)粉分離器和集合器之間設(shè)置有氣動(dòng)泵浦，以便于粉料順暢快速的通過管路。

通過上述多個(gè)管線的多循環(huán)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了對制粉的有效加工，并且可以根據(jù)需求加工不同的粉料。

其中，研磨機(jī)具有進(jìn)料口、出料口、筒體、主軸承、輔軸承、漿片、珠體、主軸、筒體擺動(dòng)帶輪以及管軸齒輪，原料通過筒體的進(jìn)料口進(jìn)入筒體內(nèi)部，進(jìn)料口外部套設(shè)輔軸承，筒體內(nèi)的漿片與主軸固定連接，主軸為中空管狀結(jié)構(gòu)，并在表面形成多個(gè)通孔，主軸一端伸出形成出料口，主軸承套設(shè)在主軸上，管軸齒輪套設(shè)在主軸上，管軸齒輪與主軸電機(jī)上的驅(qū)動(dòng)齒輪嚙合，主軸在主軸電機(jī)的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)，筒體擺動(dòng)帶輪與筒體固定連接，筒體擺動(dòng)帶輪通過皮帶與外部的步進(jìn)電機(jī)連接，筒體擺動(dòng)帶輪在步進(jìn)電機(jī)的帶動(dòng)下周期性的以一定的角度進(jìn)行往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)。

上述結(jié)構(gòu)中，主軸和筒體同時(shí)旋轉(zhuǎn)，較以往單一的主軸或者筒體的旋轉(zhuǎn)的技術(shù)方案，加大了對原料的加工力度，從而提高粉碎效率。

控制系統(tǒng)包括傳感器、主控器、執(zhí)行裝置、顯示裝置以及通訊裝置，傳感器將測量得到模擬信號傳輸給采樣芯片，采樣芯片對傳感器的模擬信號進(jìn)行采樣，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號傳遞給主控器，主控器將得到的信號進(jìn)行處理后控制執(zhí)行裝置進(jìn)行相應(yīng)的動(dòng)作，并將相應(yīng)的參數(shù)顯示在顯示裝置上，通訊裝置與主控器連接，通訊裝置為GPRS收發(fā)裝置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)無人遠(yuǎn)程監(jiān)控。

進(jìn)一步的說，原料的粒度為450微米以上，經(jīng)過粗粉分離器分離的粉料的粒度為50微米以下，經(jīng)過細(xì)粉分離器分離的粉料的粒度為1微米以下。

進(jìn)一步的說，細(xì)粉分離器分離參數(shù)可調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的說，珠體為人造玻璃珠或者鋼珠。

通過上述分離器的設(shè)置使該研磨設(shè)備適于油漆涂料、磨制顏料、染料、藥物或膠懸劑等多種不同顆粒度要求的化工材料的研磨制造。

進(jìn)一步的說，氣動(dòng)泵浦是氣動(dòng)雙隔膜泵，流量可調(diào)，采用壓縮空氣作為壓力，工作壓力范圍為0.5-0.7Mpa。

進(jìn)一步的說，筒體具有雙層桶壁，雙層桶壁形成容置腔，容納冷卻水，筒體的外層桶壁上設(shè)置冷水入口、廢水出口。

通過設(shè)置雙層桶壁的筒體以及相應(yīng)的入水和出水口，實(shí)現(xiàn)了對筒體溫度的控制。

進(jìn)一步的說，主軸在主軸電機(jī)的帶動(dòng)下周期性的交替正反向旋轉(zhuǎn)，且正反向旋轉(zhuǎn)的交替周期與筒體擺動(dòng)帶輪的往復(fù)運(yùn)動(dòng)周期相同。

進(jìn)一步的說，主軸與筒體擺動(dòng)帶輪的運(yùn)動(dòng)方向相反。

通過上述運(yùn)動(dòng)方向的設(shè)置，進(jìn)一步提高了粉碎效率。

進(jìn)一步的說，研磨機(jī)體內(nèi)的主軸上的漿片為多個(gè)分散盤，主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，機(jī)體內(nèi)的珠體在分散盤的帶動(dòng)下對壓入筒內(nèi)的漿料進(jìn)行分散研磨，分散盤共有3片，每個(gè)分散盤上具有5個(gè)以中心軸為圓心均勻排列的通孔，分散盤直徑100cm，通孔直徑為20cm，分散盤的厚度為9cm，主軸直徑為25cm，臨近分散盤之間的距離為39cm。

通過上述多個(gè)5孔分散盤的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了主軸電機(jī)低轉(zhuǎn)速條件下的對顆粒的精細(xì)化研磨。

進(jìn)一步的說，珠體分為大珠體和小珠體，大珠體直徑一般為60mm，小珠體直徑為20mm。

通過大小珠體的設(shè)置，可以有效填充珠體之間的空隙，有利于精細(xì)粉末的磨制生成。

其中傳感器包括測速傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、重量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、音頻傳感器、負(fù)載估計(jì)模塊，測速傳感器安裝在送料帶上以測量送料帶的速度，重量傳感器安裝在原料斗和粉料斗上以測量原料和加工后的粉料重量，溫度傳感器安裝在研磨機(jī)的廢水出口處以測量水溫，壓力傳感器安裝在研磨機(jī)的出料口處以測量出料口壓力，振動(dòng)傳感器以及音頻傳感器安裝在研磨機(jī)的基座上以測量研磨機(jī)的機(jī)械振動(dòng)信號和噪聲信號，負(fù)載估計(jì)模塊設(shè)置在主軸電機(jī)和電源之間以測量電機(jī)的電流和電壓的負(fù)載，轉(zhuǎn)速傳感器設(shè)置在主軸上以測量主軸的轉(zhuǎn)速；

進(jìn)一步的說，通過機(jī)械振動(dòng)信號和噪聲信號判斷筒體中的料位，具體步驟如下：

步驟1，將機(jī)械振動(dòng)信號和噪聲信號進(jìn)行濾波，去除無用信號，并獲取機(jī)械振動(dòng)頻率函數(shù)f_z和噪聲頻率函數(shù)f_c；

步驟2，計(jì)算聲級，

$L=10*\left(lg\right|\frac{dF\left(f_z\right)}{dt}|+lg\mathrm{Re}\[H_e(f_c)e^{-j90}\]+lg\left(\frac{{\mathrm{a\σ}}_{rad}}{f_z}\right)-{\mathrm{lg\η}}_s-\lg d)$

式中，L為聲級強(qiáng)度，t為時(shí)間，e為自然對數(shù)函數(shù)的底數(shù)，lg為對數(shù)函數(shù)，F(xiàn)()為筒體內(nèi)珠體與物料之間的沖擊力函數(shù)，H_e()為筒體結(jié)構(gòu)響應(yīng)函數(shù)，a為聲級加權(quán)系數(shù)，σ_rad筒體結(jié)構(gòu)的聲輻射系數(shù)，η_s為筒體的內(nèi)部阻尼系數(shù)，d為筒體平均厚度，Re表示取復(fù)數(shù)的實(shí)部；

步驟3，繪制聲級強(qiáng)度L的曲線，并提取包絡(luò)信號，形成包絡(luò)曲線并對包絡(luò)信號進(jìn)行下抽樣處理，進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮；

步驟4，對壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行低頻重構(gòu)，得到低頻重構(gòu)信號；

步驟5，將上述低頻重構(gòu)信號通過已經(jīng)訓(xùn)練好的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，與預(yù)先測量得到的分別處于10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％料位的低頻重構(gòu)信號進(jìn)行比對，從輸出研磨機(jī)的實(shí)時(shí)料位信息。

料位過低將造成球磨機(jī)工作在缺料狀態(tài)，出料率低，珠體和筒體的磨損更加嚴(yán)重，料位過高也會(huì)造成出料率低，甚至有時(shí)可能造成堵料的問題。通過上述方法可以實(shí)時(shí)監(jiān)控筒體內(nèi)的料位情況，進(jìn)而防止料位過低或過高的情況發(fā)生。

測速傳感器、重量傳感器、溫度傳感器、壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、音頻傳感器通過采樣芯片將信號輸入主控器，負(fù)載估計(jì)模塊經(jīng)過帶通濾波器將信號輸入主控器；

執(zhí)行裝置包括皮帶輪電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)、主軸電機(jī)、冷水泵、氣動(dòng)泵浦、離合器、齒輪箱，皮帶輪電機(jī)與送料帶的皮帶輪連接，主控器通過驅(qū)動(dòng)裝置與皮帶輪電機(jī)連接向其提供轉(zhuǎn)速信號以調(diào)節(jié)送料帶的送料速度，主控器通過脈沖生成器與步進(jìn)電機(jī)連接，脈沖生成器向步進(jìn)電機(jī)提供周期的脈沖信號進(jìn)而控制其運(yùn)轉(zhuǎn)周期和旋轉(zhuǎn)角度，主控器通過驅(qū)動(dòng)器主軸電機(jī)連接并向其提供驅(qū)動(dòng)信號以調(diào)節(jié)主軸電機(jī)的電力供應(yīng)進(jìn)而調(diào)節(jié)主軸電機(jī)的負(fù)載能力，主控器與冷水泵上控制閥連接以控制冷水的供應(yīng)壓力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對筒體的有效冷卻，主控器與氣動(dòng)泵浦連接以控制粉料的流量。

主軸電機(jī)通過離合器與齒輪箱連接，齒輪箱的輸出軸上有齒輪從而與研磨機(jī)上的管軸齒輪相互嚙合，主控器與離合器連接從而在負(fù)載過大時(shí)使主軸電機(jī)與齒輪箱斷開，主控器與齒輪箱連接對轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向進(jìn)行調(diào)節(jié)。

進(jìn)一步的說，脈沖信號是由正弦信號調(diào)制生成的，并且每個(gè)周期內(nèi)具有兩個(gè)正負(fù)的脈寬相同的脈沖，主控器通過調(diào)節(jié)脈沖寬度的大小進(jìn)而控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度，通過調(diào)節(jié)脈沖信號周期調(diào)節(jié)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)周期，主控器將脈沖信號周期的一半作為對齒輪箱轉(zhuǎn)向調(diào)節(jié)的周期。

顯示裝置包括液晶顯示器和報(bào)警指示器，顯示裝置液晶顯示器與主控器連接，顯示各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)以及各個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的狀態(tài)，報(bào)警指示器與主控器連接，用于在出現(xiàn)故障時(shí)發(fā)出警報(bào)以提醒操作人員；

進(jìn)一步的說，故障為管線發(fā)生堵料，送料帶停轉(zhuǎn)，離合器發(fā)生分離，廢水出口水溫過高，機(jī)械振動(dòng)信號和噪聲信號異常；

主控器具有模糊控制裝置，模糊控制裝置包括差分器、微分器、模糊化接口、輸出量轉(zhuǎn)換模塊、推理機(jī)、知識庫，負(fù)載估計(jì)模塊將測得的主軸電機(jī)的測量負(fù)載電壓通過帶通濾波器提供給差分器，差分器將操作人員輸入的設(shè)定負(fù)載電壓與測量負(fù)載電壓相減得到誤差值E，誤差值E經(jīng)過微分器得到誤差變化率dE/dt，誤差值E和誤差變化率dE/dt提供給模糊化接口，對誤差值E和誤差變化率dE/dt進(jìn)行模糊化賦值，分別得到模糊化誤差值ME和模糊化誤差變化值MEC，模糊化誤差值ME和模糊化誤差變化值MEC提供給推理機(jī)，推理機(jī)根據(jù)知識庫中的輸入輸出隸屬度矢量值以及邏輯推理規(guī)則對模糊化誤差值ME和模糊化誤差變化值MEC進(jìn)行模糊推理得到模糊控制量MU，輸出量轉(zhuǎn)換模塊將模糊控制量MU轉(zhuǎn)換為實(shí)際控制量U，根據(jù)實(shí)際控制量U控制電源向主軸電機(jī)提供電壓。

其中，模糊化賦值的過程具體為：按照操作人員的語言變量的選取參量PL、PB、PM、PS、ZO、NS、NM、NB、BL分別表示正超大、正大、正中、正小、零、負(fù)小、負(fù)中、負(fù)大、負(fù)超大，對應(yīng)的模糊集{-n,-n+1,......,0,......,n-1,n},n＝4；

確定量化因子，k_e＝n/e,其中,k_e為誤差值量化因子，e為測量的最大誤差值，k_ec＝n/ec，k_ec為誤差變化率量化因子，ec為測量的最大誤差變化率，

如果m≤k_eE≤m+1,m＜n，則模糊化誤差值ME為經(jīng)過四舍五入的k_eE；

如果k_eE＜-n，則模糊化誤差值ME為-n；

如果k_eE＞n，則模糊化誤差值ME為n；

如果m≤k_ecE≤m+1,m＜n，則模糊化誤差變化值MEC為經(jīng)過四舍五入的k_ecE；

如果k_ecE＜-n，則模糊化誤差變化值MEC為-n；

如果k_ecE＞n，則模糊化誤差變化值MEC為n。

進(jìn)一步的說，知識庫包括數(shù)據(jù)庫以及規(guī)則庫，

數(shù)據(jù)庫中存放輸入、輸出變量的模糊隸屬度矢量值，此矢量值是輸入、輸出量經(jīng)過對應(yīng)論域等離散化后所對應(yīng)值的集合，所對應(yīng)論域若是連續(xù)的，則可作為為隸屬度函數(shù)，對于輸入的模糊變量，隸屬度函數(shù)保存于數(shù)據(jù)庫中，在模糊推理關(guān)系中向推理機(jī)提供數(shù)據(jù)。

規(guī)則庫中存儲有模糊規(guī)則，模糊規(guī)則是操作人員長期積累的經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合專家知識的基礎(chǔ)上形成的，由相關(guān)的邏輯關(guān)系的詞匯來表達(dá)，例如if-then、else、end、and、or等。

通過模糊控制可以自動(dòng)有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)負(fù)載的迅速設(shè)定，減少了人工設(shè)定的反復(fù)修改帶來的效率上浪費(fèi)以及精度的不準(zhǔn)確。

以上所述實(shí)施方式僅表達(dá)了本發(fā)明的一種實(shí)施方式，但并不能因此而理解為對本發(fā)明范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。