加药装置及其控制方法与流程

本发明涉及加药设备技术领域，具体涉及一种加药装置及其控制方法。

背景技术：

加药系统广泛应用于有色金属选矿、萃取和其它需要定量添加液体药剂的生产工艺过程。单板加药机是20世纪80年代末在国内大型选矿厂出现并广泛被其它选矿厂所借鉴推广使用，其优点是代替人工或计量器具，以单片机为核心实现恒定自动给药，并且流量调整时无需对设备阀门或量杯进行人工干涉只需在设备提供的输入操作器上进行流量设置操作，但其缺点也明显，单片机是以印刷电路板为主体，各加药机生产厂家都不具备大批量产能所以均使用通用单片机进行二次开发，由于技术手段及成本原因，此类加药机的主体——单片机印刷电路板无有效封装防护，IP等级无从谈起，在选矿药剂室这大湿度高腐蚀环境下使用寿命和可靠性无从保证；由于是厂家二次开发后产品，对于使用单位的维护和使用也带了很大的局限性。

计量泵加药机其主体设备为柱塞式计量泵，通过调整柱塞的冲程和脉冲来达到其输送药剂的计量添加。其优点是节省工作场地无需专用恒压箱，但其主体设备的工作寿命是其硬伤，在选矿工艺长时间不间断连续作业中，特别是在液体药剂中带有无可避免的微细颗粒时其工作寿命骤减，往往一两个月就需更换计量泵。为了解决柱塞式计量泵工作寿命问题，有部分厂家也选择了交流变频+化工泵或脉冲泵或蠕动泵，交流变频+化工泵初装成本较高且无法用于小流量添加，脉冲泵或蠕动泵由于药室不可调带来一次添加量过大也同样不能用于小流量药剂的添加。这样就给加药系统的使用带来了很大的局限性。

现在市场上还出现了PLC电磁阀式加药机，较好的解决了控制元件、添加装置的使用寿命问题，但其恒压装置选用了柱式浮阀仍没有很好解决电磁阀前端的液面稳定问题；其电磁阀工作原理是定频变脉宽方式，这种方式没有考虑电磁阀合开状态转变时孔口截面变化对流量的影响，当脉宽较长(大流量添加)时对流量影响不大，但对于脉宽很窄(小流量添加时)对实际流量的影响就表现的较为严重。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决上述技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种加药装置，提高设备稳定性和使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种加药装置，包括：药剂恒压箱，所述药剂恒压箱为密闭箱体，所述药剂恒压箱上设置有进药口，所述进药口处设置有浮球阀；加药电磁阀，所述加药电磁阀用于根据控制器发送的脉冲控制信号从所述药剂恒压箱释放药剂；所述控制器，所述控制器与所述加药电磁阀连接，所述控制器用于根据需求单位时间药剂量生成所述脉冲控制信号，并将所述脉冲控制信号发送至所述加药电磁阀；其中，所述脉冲控制信号包括多个周期，每个所述周期内包括一个单元脉冲信号，所述单元脉冲信号用于控制所述加药电磁阀从所述药剂恒压箱释放出固定流量的所述药剂，所述周期的数量小于启闭周期阈值。

根据本发明实施例的加药装置，药剂恒压箱保障阀门出口压力恒定；以定脉宽变频方式通过加药电磁阀以周期性启闭，精确控制药剂流量提高加药稳定性；以定频变脉宽方式对阀门参数进行修正，严格限制加药电磁阀动作频率避免不正常温升，提高加药电磁阀使用寿命。

另外，根据本发明上述实施例的加药装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述脉冲单元信号控制所述加药电磁阀从所述药剂恒压箱释放出的固定流量是通过试验标定得到的。

进一步地，所述药剂恒压箱包括：进药室；出药室；过滤网，所述过滤网设置在所述进药室和所述出药室之间；其中，所述加药电磁阀设置在所述出药室上。

进一步地，所述药剂恒压箱还包括：固定挡板，所述固定挡板设置在所述进药室和所述出药室之间，所述固定挡板的下侧与所述进药室的底部和所述出药室的底部齐平，所述固定挡板上设置有通孔；其中，所述固定挡板设置在所述进药室和所述过滤网之间。

进一步地，所述进药室的底壁上设置有沉渣迷宫，所述沉渣迷宫上设置有排污阀。

进一步地，还包括：贮药罐，所述贮药罐与所述进药口通过管道连通；过滤器，所述过滤器设置在所述管道上。

为此，本发明的另一个目的在于提出一种加药装置的控制方法，提高设备稳定性和使用寿命。

为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种加药装置的控制方法，包括上述实施例所述的加药装置，所述控制方法包括以下步骤：接收外部输入的需求单位时间药剂量；根据所述需求单位时间药剂量生成相应的脉冲控制信号；根据所述脉冲控制信号控制所述加药电磁阀释放药剂；其中，所述脉冲控制信号包括多个周期，每个所述周期内包括一个单元脉冲信号，每个所述单元脉冲信号用于控制所述加药电磁阀从所述药剂恒压箱释放出固定流量的所述药剂，所述周期大于等于第一预设时间，所述周期的数量小于需求单位时间内启闭周期阈值。

根据本发明实施例的加药装置的控制方法，药剂恒压箱保障阀门出口压力恒定；以定脉宽变频方式通过加药电磁阀以周期性启闭，精确控制药剂流量提高加药稳定性；以定频变脉宽方式对阀门参数进行修正，严格限制加药电磁阀动作频率避免不正常温升，提高加药电磁阀使用寿命。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本发明一个实施例的药剂恒压箱的俯视结构示意图；

图2是图1中A-A向的剖视图；

图3是图1中B-B向的剖视图；

图4是本发明实施例的加药装置的控制方法的流程图。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。

在介绍本发明的具体实施方式之前，本申请的发明人通过大量创造性的研究发现，相关技术中通过加药装置控制流量的两种方式分别存在以下问题：

定频变脉宽方式：对每一个加药点，根据每分钟加药量Q(ml)的大小，合理地选取每个加药点的加药周期T，加药阀的导通时间t由下式决定(其中q为加药阀的阀能力，即单位时间阀的流通量，ml/min)：t＝QT/q通过人机界面，将各点的加药量Q、加药周期T、加药阀能力q的数值输入，加药机计算出各加药点的导通时间，PLC根据此时间输出定频变脉宽的控制信号，经驱动器控制加药阀的通、断电，实施定量加药。但孔口本身的壁厚及形状与孔口流量有关联。在阀门开启的过程孔口是从小到大孔口出来的流量也就从小到大但这个比例并不是一个简单的一次方正比例关系；阀门开启完毕其孔口不变其流量也不会产生变化；阀门关闭时下开启过程相反。在此做个数值假设进一步说明：假设电磁门开启和关闭过程均为0.2秒(小口径直动式电磁阀开关时间一般在0.3秒左右，此假设已将其理论化)，完全开启后1分钟流出的药量测量值是300毫升，以定频变脉宽方式工作的加药机(后简述为定频机)就将其标定为阀门通过能力为5毫升/秒，如果此时定频设定为每分钟动作二次，以常用的起泡剂5毫升/分钟为例，定频机就会通过程序运算后将此阀门设为一分钟内动作二次，每次0.5秒，但实际情况中0.5秒工作中只有中间的0.1秒是5毫升/秒，其余的开启和关闭过程中的0.4秒是2.5毫升/秒(实际中可能更低，取个理论平均值)。定频机理论上认为阀门开启0.5秒流出来的药剂量是0.5秒×5毫升/秒＝2.5毫升，但实际是0.1秒×5毫升/秒+0.4×2.5毫升/秒＝1.5毫升，此时的添加量的绝对误差就达到了40％，此时误差还是在可以保证阀门完全开启的条件下的误差，当脉宽时间短于阀门开启时间时，其误差值会更大。所以此种方式只能用于大流量控制无法对小流量进行准确添加。

定脉宽变频方式：预先确定阀门开启时间，再以阀门开启时间段内(次时间)流出来的液体药剂体积量作为阀门一次量(药剂液位恒定后，经多次测量其实际误差≤±2％)进行标定将值输入到程序中作为基数使用。频率(次/分钟)＝待设定量(毫升/分钟)/一次量(ml)，周期(毫秒/次)＝6000*一次量/待设定量，加药电磁阀就按计算出来的周期约束通电开启时间流出固定的一次量，周而复始的动作将液体药剂添加到缓冲漏斗中，一定长度的输送管道将药剂连续和均匀输送到现场添加点。这种方式对于小流量的计量精度在技术上提供了保证，但也有缺陷就是对于大流量而言，如果参数设置有误，无形将后续设计的直通电磁阀改作为高速开关阀使用，从而大幅增加了温升，严重影响了阀门使用寿命。具体示例：某阀门次时间设定为0.5秒，一次量为1.5毫升，如果所需添加量为150毫升/分钟，阀门在一分钟内就必须以每0.6秒中通电0.5秒停0.1秒的模式动作100次，从而造成上一次动作所产生的热量未能发散，第二次启动的瞬间发热又带来一定的温升，实验中此阀门无实际药剂添加时约3分钟有实际添加时约15分钟电磁线圈温度已达到70℃+(有实际添加时液体药剂介质能带走很大一部分热量)，与电磁线圈接触的PVC材料出现了明显的软化现象，阀门的结构强度及密封性受到了严重影响。

以下结合附图描述本发明。

图1是本发明一个实施例的加药装置的俯视结构示意图，图2是图1中A-A向的剖视图。如图1和图2所示，一种加药装置，包括：药剂恒压箱4、加药电磁阀6和控制器(图中未示出)。药剂恒压箱4为密闭箱体，药剂恒压箱4设置有进药口4.3，在进药口4.3处设置有浮球阀3。控制器与加药电磁阀6连接，控制器用于根据需求单位时间药剂量生成脉冲控制信号，并将脉冲控制信号发送至加药电磁阀6。其中，脉冲控制信号包括多个周期，每个周期内包括一个单元脉冲信号，每个单元脉冲信号用于控制加药电磁阀从药剂恒压箱释放出固定流量的药剂，周期的数量小于需求单位时间内启闭周期阈值。

具体地，药剂通过进药口4.3流入药剂恒压箱4，通过在进药口4.3内设置浮球阀3可以保证药剂恒压箱4内具有固定的药剂存量的高度，由于药剂恒压箱4是一个密闭箱体，药剂恒压箱4的压力值固定。本发明的加药装置在实际使用时，首先接收外部输入的需求单位时间药剂量，其单位可为X毫升/分钟。然后再以加药电磁阀6开启时间段内流出来的液体药剂体积量作为阀门一次量输入到程序中作为基数使用，然后关闭加药电磁阀6。每次开启加药电磁阀6和关闭加药电磁阀6的过程称为一个周期。每个周期内包括一个单元脉冲信号和关闭加药电磁阀6的停止时间，每个单元脉冲信号控制开启一次加药电磁阀6，每次开启加药电磁阀6流出固定流量的药剂。其中，周期的长度根据需求单位时间药剂量计算得到的。启闭周期阈值是根据加药电磁阀6材料和与之相连的管道材料决定的，为的是通过设定启闭周期阈值防止由于加药电磁阀6在单位时间内多次启闭造成与之连接的管道发生软化，降低加药电磁阀6的结构强度及密封性。在本发明的一个示例中，在需求单位时间为1分钟时，启闭周期阈值为15，需求单位时间药剂量为150毫升/分钟，则上述周期的数量小于需求单位时间内启闭周期阈值，即为1分钟内的周期数量小于15个，则对应每次开启和关闭加药电磁阀6的周期不得小于4秒。以周期为6秒为例，1分钟内共10个周期，每次周期内通过加药电磁阀6释放的药剂量为15毫升。在本发明的一个实施例中，脉冲单元信号控制加药电磁阀6从药剂恒压箱4释放出的固定流量是通过试验标定得到的，药剂液位恒定后，经多次测量其实际误差低于误差阈值，进行标定将值输入到程序中作为基数使用。

在本发明的一个实施例中，控制器还用于当周期的长度大于第一预设时间，控制加药电磁阀4的停电时间大于第二预设时间。其中，第一预设时间是根据加药电磁阀6材料和与之相连的管道材料决定的，为的是通过设定单位时间启闭周期阈值防止由于加药电磁阀6在单位时间内多次启闭造成与之连接的管道发生软化，降低加药电磁阀6的结构强度及密封性。在本发明的一个示例中，第一预设时间为10秒，第二预设时间为2秒。即控制器依据经验公式推算周期大于10秒时，控制加药电磁阀6每次释放药剂后，停电时间大于2秒。

在本发明的一个实施例中，药剂恒压箱4包括：进药室4.1、出药室4.2和过滤网10。其中，进药室4.1和出药室4.2可以是工具工艺需求制作的固定尺寸，也可以通过过滤网10分隔出来的。过滤网10设置在进药室4.1和出药室4.2之间，用于滤除进药室内药剂中的固体杂质。加药电磁阀6设置在出药室4.2上。在进药室4.1上设置有进药口4.3，进药口4.3处安装有浮球阀3。通过在进药室4.1内设置浮球阀3，保证每次开启加药电磁阀6时进药室4.1和出药室4.2的药剂液面维持同一高度，进而保证开启加药电磁阀6时药剂恒压箱内的压力恒定，进而提升每次流出固定流量药剂的精度。在加药电磁阀6的前侧管道上设置有截止阀5，当维护设备时，关闭截止阀5。

图3是图1中B-B向的剖视图。在本发明的一个实施例中，药剂恒压箱4还包括固定挡板4.5。固定挡板4.4设置在出药室4.1和过滤网10之间，固定挡板4.4上设置有供药剂通过的通孔4.6，且固定挡板4.4的下侧与进药室4.1的底部和出药室4.2的底部齐平，将进药室4.1和出药室4.2的底部隔断。进药室4.1中的药剂只能通过通孔4.6流向出药室4.2，被过滤网10滤除的固定杂质由于竖直向下运动至固定挡板4.5的下端。由于固定挡板4.4的下端将将进药室4.1和出药室4.2的底部隔断，从而使得杂质不会进入出药室，避免对后续电磁阀6和输送管道的堵塞。

在本发明的一个实施例中，进药室4.1的底壁上设置有沉渣迷宫4.5和排污阀8。在本发明的一个示例中，沉渣迷宫4.5为设置在进药室4.1底部的Z字铁，沉渣迷宫4.5用于收集沉渣和被过滤网10滤除的固定杂质。在进药室壁设置有排污阀8，在药剂恒压箱4的底部设置有支架9。通过开启排污阀8排出沉积在进药室里的固体杂质。

在本发明的一个实施例中，还包括贮药罐1和过滤器2。贮药罐1与进药口4.3通过管道连通，过滤器2设置上述管道上对流入进药室4.1的药剂进行粗过滤。

本发明实施例的加药装置，药剂恒压箱保障阀门出口压力恒定；以定脉宽变频方式通过加药电磁阀以周期性启闭，精确控制药剂流量提高加药稳定性；以定频变脉宽方式对阀门参数进行修正，严格限制加药电磁阀动作频率避免不正常温升，提高加药电磁阀使用寿命。

本发明还公开了一种加药装置的控制方法。其中，加药装置为上述实施例所述的加药装置。图4是本发明一个实施例的加药装置的控制方法的流程图。如图4所示，一种加药装置的控制方法，包括以下步骤：

S210：接收外部输入的需求单位时间药剂量；

S220：根据需求单位时间药剂量生成相应的脉冲控制信号；

S230：根据所述脉冲控制信号控制加药电磁阀释放药剂。

其中，脉冲控制信号包括多个周期，每个周期内包括一个单元脉冲信号，每个单元脉冲信号用于控制加药电磁阀从药剂恒压箱释放出固定流量的药剂，周期的数量小于需求单位时间内启闭周期阈值。

根据本发明实施例的加药装置的控制方法，药剂恒压箱保障阀门出口压力恒定；以定脉宽变频方式通过加药电磁阀以周期性启闭，精确控制药剂流量提高加药稳定性；以定频变脉宽方式对阀门参数进行修正，严格限制加药电磁阀动作频率避免不正常温升，提高加药电磁阀使用寿命。

需要说明的是，本发明实施例的加药装置的控制方法的具体实施方式与上述实施例的加药装置的具体实施方式中药剂流量控制的方式类似，为了减少冗余，不再赘述。

另外，本发明实施例的加药装置及其控制方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。