密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法及其控制装置的制造方法
【专利摘要】一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法及其控制装置，涉及行星式搅拌器搅拌效果进行评估的方法和装置。该方法，包括以下步骤：采集自转电机的电流曲线波动数据；采集电流曲线的波峰值和波谷值，得出两值之间差值的绝对值和对应的波动值函数；得出波动值函数变化比值K1，当K1大于第一设定值，则停止下料，当K1小于第二设定值，则恢复下料、当下料完成后，将加料结束前n个搅拌周期T内波谷值均值作为电流基准值，并计算出电流采样值的偏离值K2；当K2小于第三设定值，认为搅拌均匀完成搅拌。本发明能实现闭环控制，自动调整搅拌方法，从而改善搅拌的控制过程。
【专利说明】
密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法及其控制装置
技术领域
[0001 ]本发明涉及行星式搅拌器搅拌效果进行评估的方法和装置。
【背景技术】
[0002]在放射性废物水泥固化密封搅拌过程中，搅拌是按照自控程序机械执行的，没有可用于监测搅拌程度的传感器，水泥固化物的搅拌效果无法完全保证，存在一定的几率要进行二次处理，不但增加了放射性物质外泄的风险，也增加了运行的成本。
[0003]在核电站的废物处理系统中，部分放射性废物需要用水泥封装固化，在封装固化之前要对废物和水泥进行混合搅拌，搅拌的效果很大程度上决定了放射性废物水泥固化结果是否合格。
[0004]在对核电站放射性固体废物进行水泥固化时，一般采用桶内混合法，将废料、水泥和石灰等按一定比例分批次加到金属桶内，加盖密封后通过行星式搅拌器搅拌使它们混匀。而搅拌过程中下料的速度，搅拌的频度和时间是根据实验得出的经验数据预先在自控程序中设定好。行星式搅拌器在化学品(密封胶，合成树脂等)、食品(果酱，糊状物等)以及医药品(各类软膏，高分子凝胶等)等领域的生产过程中也有类似的应用。
[0005]桶内混合法，废液、树脂、水泥和石灰等按比例加到金属桶内，加盖密封后用行星式搅拌器对物料进行搅匀，设计方根据待处理废物的性质，确定水泥的型号，计算好添加剂、石灰、水和其他化学物质的用量和加料的批次，这种技术需满足如下几个假设条件的:所用水泥的型号批次都一致;每批次待处理废物的物理性质基本相同；忽略外界的环境对搅拌过程的影响；在上述的基础上，对水泥混合物直接进行搅拌处理，经过一定时间，使物料的均匀程度、密度等物理性质达到要求，搅拌完成。
[0006]在现存的处理方法，有几个比较明显的缺陷:1、水泥和待处理废物的物理性质有可能由于生产批次、存放时间的原因发生变异，如果搅拌程序不作改变，有可能产出不合格产品。2、外界环境(如不同季节气温)变化可能导致物料性质改变，从而影响搅拌效果。3、由试验得出的搅拌过程控制程序一般只适用于处理物性相近的某几种物质，在应用到其他物料的搅拌过程时难以保证效果。
【发明内容】
[0007]本发明的目的之一在于提供一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法。
[0008]本发明的目的之二在于提供一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌控制装置。
[0009]本发明的目的之一可以这样实现，设计一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，包括以下步骤:
[0010]Al、电机运转开始搅拌下料，采集自转电机的电流曲线波动数据；
[0011 ] A2、采集电流曲线的波峰值和波谷值，得出波峰值和波谷值之间差值的绝对值和对应的波动值函数；
[0012]A3、由波动值函数得出波动值函数变化比值Kl，当该变化比值Kl大于第一设定值，则停止下料，当该变化比值Kl小于第一设定值，则恢复下料;重复步骤A2、A3直至下料完成；
[0013]A4、当下料完成后，继续搅拌，将加料结束前η个搅拌周期T内波谷值均值作为电流基准值，根据电流基准值计算出电流采样值的偏离值Κ2;
[0014]Α5、当偏离值Κ2小于第二设定值，认为搅拌均匀完成搅拌;否则，继续步骤Α4。
[0015]进一步地，1(1= [4(04(0]/^(0，其中4(0为离当前搅拌时间最近的波谷18的左侧波动值，A(t ’)则为波谷右侧的波动值；
[0016]A(t)=|lf(t)-1g(t)|，其中If⑴为波峰值，Ig⑴为波谷值。
[0017]进一步地，K2=E[Ig(t)-Z]V(n*T/At_l)，其中Z为电流基准值，T为搅拌器的搅拌周期，n*T为η个搅拌周期T，At为电流采样周期；
[0018]电流基准值Z= avg(Ig(t))，其中avg为求均值函数，Ig(t)为t时段内测得的所有电流波谷值，t为加料结束之前n*T的这段时间。
[0019]本发明的目的之一也可以这样实现，设计一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，包括以下步骤:
[0020]B1、电机运转开始搅拌，采集自转电机的电流曲线波动数据；
[0021]Β2、通过循环查找的方法，拣选出所有对应时间的峰值数据点，即近加料端的离散数据点，拣选出所有对应时间的谷值数据点，即远加料端的离散数据点；通过再循环的方式，在所有峰值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值，在所有谷值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值；
[0022]Β3、当峰值数据中下降区间到最低值的点，与同时间谷值数据中上升区间到最高值的点之间的差值到达设定范围，搅拌趋向于均匀。
[0023]本发明的目的之二可以这样实现，设计一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌控制装置，包括处理器、模数转换器、参数设置端口、数字输出模块，
[0024]处理器，通过模数转换器获取来自设备的电流信号进行处理，通过数字输出模块将处理结果输出，参数设置端口连接处理器对参数进行修改以适应不同的搅拌需求；
[0025]模数转换器，对设备输入信号进行模/数转换；
[0026]参数设置端口，用于连接PC和处理器的端口引脚，连接处理器对参数进行修改以适应不同的搅拌需求；
[0027]数字输出模块，将处理结果以模拟信号的形式输出到进料控制系统或搅拌器电机控制装置。
[0028]本发明能使控制程序实现闭环控制，能根据实际搅拌的情况自动调整搅拌方法，从而改善搅拌的控制过程，提高水泥固化物的合格率，减低固体废物放射性物质外泄的风险。
【附图说明】
[0029]图1是本发明较佳实施例的搅拌螺旋桨及下料位置示意图；
[0030]图2是本发明较佳实施例的自转电机电流波动变化图；
[0031 ]图3是本发明较佳实施例有标注的电机电流波动变化图；
[0032]图4是本发明较佳实施例的方框图。
【具体实施方式】
[0033]以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
[0034]行星式搅拌器由公转电机和自转电机带动螺旋桨旋转运行，两个电机都带有变频器控制，搅拌器控制系统把电机运行时候的电流检测出来，并传输到处理总控制系统，处理总控制系统便可根据电流的实时变化进行加料和搅拌的控制。搅拌器加料口在搅拌桶上方侧壁，搅拌桶内搅拌螺旋桨及下料位置如图1所示。
[0035]由变频电机的电气特性可知，搅拌器电机的输出功率是跟随搅拌的负荷变化而变化的，搅拌进行过程中，自转电机的转速(频率)和电压保持不变，所以电流值的变化直接反映出搅拌器转矩的变化，且转矩越大，电机的电流就越大。在下料和搅拌过程中，搅拌器螺旋桨与周围物质产生切割挤压的相互作用，搅拌物料的粘性和密度发生变化，从而影响自转电机转矩的负荷。搅拌器绕中心轴公转的同时，两个自转电机也在独立旋转搅拌，而自转电机电流值的波动变化，反映了在不同位置搅拌器输出的转矩不断变化，也就意味着所搅拌的物料尚未达到各处均匀。如经过一定时间搅拌，电流曲线趋于平缓，表明搅拌器在各个位置的负荷基本相同，则可认为搅拌物质已经混合均匀。图2为搅拌过程某一时刻至搅拌均匀后的自转电机电流波动变化图。
[0036]—种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，包括以下步骤:
[0037]Al、电机运转开始搅拌下料，采集自转电机的电流曲线波动数据；
[0038]A2、采集电流曲线的波峰值和波谷值，得出波峰值和波谷值之间差值的绝对值和对应的波动值函数；
[0039]A3、由波动值函数得出波动值函数变化比值Kl，当该变化比值Kl大于第一设定值，则停止下料，当该变化比值Kl小于第一设定值，则恢复下料;重复步骤A2、A3直至下料完成；
[0040]A4、当下料完成后，继续搅拌，将加料结束前η个搅拌周期T内波谷值均值作为电流基准值，根据电流基准值计算出电流采样值的偏离值Κ2;
[0041 ] Α5、当偏离值Κ2小于第二设定值，认为搅拌均匀完成搅拌;否则，继续步骤Α4。
[0042]在电流信号采样过程中，利用电流波动时的波峰和波谷之间的差值(取绝对值)A=I If-1g I来作为表征电流波动的基本单元量。理想情况下，电流值保持不变时，A的值为O表明电流没有出现波动;而在加料搅拌过程中，A值伴随电流波动不断变化的，它的大小反映了负载电流曲线的后一个波峰(波谷)对比前一个波谷(波峰)的变化程度。因此，在同一个加料阶段里，随着搅拌的进行，物料趋于均匀，对应的波动值函数A(t)= I If(t)-1g(t) I表现出递减趋势。
[0043]可以根据工艺需要设定一个自动控制搅拌下料速度的准则一一波动值函数变化比值K1，
[0044]Kl = [A(t’)_A(t)]/A(t)，其中A(t)为离当前搅拌时间最近的波谷Ig的左侧波动值，A(t’)则为波谷右侧的波动值；
[0045]A(t)=|lf(t)_Ig(t)|，其中If⑴为波峰值，Ig⑴为波谷值。
[0046]当Kl超过第一设定值时，认为电流波动过大，应该停止下料并让搅拌器进行一定时间的搅拌。等待A(t)值减少之后，再继续加料。这就能实现搅拌加料的自动控制。第一设定值可由试样搅拌结果得出。
[0047]如果加料已经完成，为保证搅拌质量，通常需要再进行一定时间的搅拌。因为所有加料已经完成，搅拌器的负荷波动将会围绕某一个均值上下波动，考虑到加料结束之前桶内物料已经有较大程度混合，把加料结束前η个搅拌周期T内，电流曲线的波谷值均值作为最后搅拌过程中的电流基准值Z，如图3所示。
[0048]电流基准值Z= avg(Ig(t))，其中avg为求均值函数，Ig(t)为t时段内测得的所有电流波谷值，t为加料结束之前n*T的这段时间。
[0049]得出Z的值后，可根据最后搅拌过程(η个搅拌周期Τ)中电流采样值偏离Z值的偏离值Κ2，来作为是否完成搅拌的判据准则，
[0050]K2=E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)，其中Z为电流基准值，T为搅拌器的搅拌周期，η*T为η个搅拌周期T，At为电流采样周期。
[0051]如果Κ2小于第二设定值，则认为电流已经足够平稳，搅拌的物料也达到了均匀。第二设定值可由试样搅拌结果得出。
[0052]上述的Kl主要用于控制进料，Κ2用于判断是否搅拌均匀，Kl的第一设定值、Κ2的第二设定值、η、Τ、At等参数可以根据不同的搅拌工艺进行适当调整，因此本发明在其他的搅拌工艺中可做出适应性的修正和推广。
[0053]本发明的另一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，包括以下步骤:
[0054]B1、电机运转开始搅拌，采集自转电机的电流曲线波动数据；
[0055]Β2、通过循环查找的方法，拣选出所有对应时间的峰值数据点，即近加料端的离散数据点，拣选出所有对应时间的谷值数据点，即远加料端的离散数据点；通过再循环的方式，在所有峰值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值，在所有谷值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值；
[0056]Β3、当峰值数据中下降区间到最低值的点，与同时间谷值数据中上升区间到最高值的点之间的差值到达设定范围，搅拌趋向于均匀。
[0057]峰值数据中下降区间到最低值的点，与同时间谷值数据中上升区间到最高值的点之间的差值到达设定精度范围，即可证明近加料端与远加料端趋向于均匀。这不仅可以应用于加料结束后搅拌效果的判定，中间加料过程也一样适用。根据具体情况，可以分别对每次加料的精度设定不同值，从而实现对整个搅拌过程的实时控制。差值的设定范围根据物料进行
[0058]本发明具有以下优点:1.能较好的保证搅拌的品质和效果，提供产品合格率。2.可适用于不同批次的水泥或其他搅拌介质。3.能适应不同的工作环境。4.整个搅拌过程实现自动化闭环控制，搅拌过程的搅拌频度，搅拌时间及加料过程的速度和次数能根据不同的搅拌物质自动调整。
[0059]如图4所示，一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌控制装置，包括处理器1、模数转换器2、参数设置端口 3、数字输出模块4，
[0060]处理器I，通过模数转换器2获取来自设备的电流信号进行处理，通过数字输出模块4将处理结果输出，参数设置端口 3连接处理器I对参数进行修改以适应不同的搅拌需求；[0061 ]模数转换器2，对设备输入信号进行模/数转换；
[0062]参数设置端口 3，用于连接PC和处理器I的端口引脚，连接处理器I对参数进行修改以适应不同的搅拌需求；
[0063]数字输出模块4，将处理结果以模拟信号的形式输出到进料控制系统或搅拌器电机控制装置。
[0064]—种是，处理器 I 的处理计算公式为 Kl = [A(t’)-A(t)]/A(t)、K2=E[Ig(t)_Z]2/(n*T/At-l)0
[0065]Kl = [A(t’)_A(t)]/A(t)，其中A(t)为离当前搅拌时间最近的波谷Ig的左侧波动值，A(t’)则为波谷右侧的波动值；
[0066]A(t)=|lf(t)-1g(t)|，其中If⑴为波峰值，Ig⑴为波谷值。
[0067]电流基准值Z= aVg (Ig (t))，其中aVg为求均值函数，Ig (t)为t时段内测得的所有电流波谷值，t为加料结束之前n*T的这段时间。
[0068]得出Z的值后，可根据最后搅拌过程(η个搅拌周期Τ)中电流采样值偏离Z值的偏离值Κ2，来作为是否完成搅拌的判据准则，K2=E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)，其中Z为电流基准值，T为搅拌器的搅拌周期，n*T为η个搅拌周期T，At为电流采样周期。
[0069]另一种是，处理器I设有循环查找模块，通过循环查找模块，拣选出所有对应时间的峰值数据点和谷值数据点，在所有峰值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值，在所有谷值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值；当峰值数据中下降区间到最低值的点，与同时间谷值数据中上升区间到最高值的点之间的差值到达设定范围，搅拌趋向于均匀。
[0070]本发明直接利用搅拌过程搅拌机本身电流信号进行实时监控，能较好的保证搅拌的品质和效果，提供产品合格率;通过参数设置端口修改内部参数，可适用于不同批次的水泥或其他搅拌介质;能适应不同的工作环境;体积小，结构简单，安装简易，应用灵活。
【主权项】
1.一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，其特征在于，包括以下步骤: Al、电机运转开始搅拌下料，采集自转电机的电流曲线波动数据； A2、采集电流曲线的波峰值和波谷值，得出波峰值和波谷值之间差值的绝对值和对应的波动值函数； A3、由波动值函数得出波动值函数变化比值Kl，当该变化比值Kl大于第一设定值，则停止下料，当该变化比值Kl小于第一设定值，则恢复下料;重复步骤A2、A3直至下料完成； A4、当下料完成后，继续搅拌，将加料结束前η个搅拌周期T内波谷值均值作为电流基准值，根据电流基准值计算出电流采样值的偏离值Κ2; Α5、当偏离值Κ2小于第二设定值，认为搅拌均匀完成搅拌;否则，继续步骤Α4。2.根据权利要求1所述的密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，其特征在于:K1=[厶(04(0]/^(0，其中4(0为离当前搅拌时间最近的波谷18的左侧波动值4(0则为波谷右侧的波动值； A⑴=I If(t)-1g(t) I，其中If⑴为波峰值，Ig⑴为波谷值。3.根据权利要求1所述的密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，其特征在于:K2= E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)，其中Z为电流基准值，T为搅拌器的搅拌周期，η*Τ为η个搅拌周期T，At为电流采样周期； 电流基准值Z = avg(Ig(t))，其中avg为求均值函数，Ig(t)为t时段内测得的所有电流波谷值，t为加料结束之前n*T的这段时间。4.一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌效果判定方法，其特征在于，包括以下步骤: B1、电机运转开始搅拌，采集自转电机的电流曲线波动数据； Β2、通过循环查找的方法，拣选出所有对应时间的峰值数据点，即近加料端的离散数据点，拣选出所有对应时间的谷值数据点，即远加料端的离散数据点；通过再循环的方式，在所有峰值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值，在所有谷值数据点中查找出相应的上升区间值、下降区间值； Β3、当峰值数据中下降区间到最低值的点，与同时间谷值数据中上升区间到最高值的点之间的差值到达设定范围，搅拌趋向于均匀。5.一种密闭环境下行星式搅拌器搅拌控制装置，其特征在于:包括处理器(I)、模数转换器(2)、参数设置端口(3)、数字输出模块(4)， 处理器(I)，通过模数转换器(2)获取来自设备的电流信号进行处理，通过数字输出模块(4)将处理结果输出，参数设置端口(3)连接处理器(I)对参数进行修改以适应不同的搅拌需求； 模数转换器(2 )，对设备输入信号进行模/数转换； 参数设置端口( 3)，用于连接处理器(I)对参数进行修改以适应不同的搅拌需求； 数字输出模块(4)，将处理结果以模拟信号的形式输出到进料控制系统或搅拌器电机控制装置。6.根据权利要求5所述的密闭环境下行星式搅拌器搅拌控制装置，其特征在于:处理器(I)的数据处理计算公式为 Kl = [A(t’)-A(t)]/A(t)、K2=E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)。7.根据权利要求5所述的密闭环境下行星式搅拌器搅拌控制装置，其特征在于:处理器(I)设有循环查找模块。
【文档编号】B28C7/02GK105946119SQ201610242824
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】郝富强, 赵国河, 何伟德
【申请人】深圳市行健自动化股份有限公司