密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法及其控制裝置的制造方法
【專利摘要】一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法及其控制裝置，涉及行星式攪拌器攪拌效果進行評估的方法和裝置。該方法，包括以下步驟：采集自轉電機的電流曲線波動數據；采集電流曲線的波峰值和波谷值，得出兩值之間差值的絕對值和對應的波動值函數；得出波動值函數變化比值K1，當K1大于第一設定值，則停止下料，當K1小于第二設定值，則恢復下料、當下料完成后，將加料結束前n個攪拌周期T內波谷值均值作為電流基準值，并計算出電流采樣值的偏離值K2；當K2小于第三設定值，認為攪拌均勻完成攪拌。本發(fā)明能實現閉環(huán)控制，自動調整攪拌方法，從而改善攪拌的控制過程。
【專利說明】
密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法及其控制裝置
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及行星式攪拌器攪拌效果進行評估的方法和裝置。
【背景技術】
[0002]在放射性廢物水泥固化密封攪拌過程中，攪拌是按照自控程序機械執(zhí)行的，沒有可用于監(jiān)測攪拌程度的傳感器，水泥固化物的攪拌效果無法完全保證，存在一定的幾率要進行二次處理，不但增加了放射性物質外泄的風險，也增加了運行的成本。
[0003]在核電站的廢物處理系統(tǒng)中，部分放射性廢物需要用水泥封裝固化，在封裝固化之前要對廢物和水泥進行混合攪拌，攪拌的效果很大程度上決定了放射性廢物水泥固化結果是否合格。
[0004]在對核電站放射性固體廢物進行水泥固化時，一般采用桶內混合法，將廢料、水泥和石灰等按一定比例分批次加到金屬桶內，加蓋密封后通過行星式攪拌器攪拌使它們混勻。而攪拌過程中下料的速度，攪拌的頻度和時間是根據實驗得出的經驗數據預先在自控程序中設定好。行星式攪拌器在化學品(密封膠，合成樹脂等)、食品(果醬，糊狀物等)以及醫(yī)藥品(各類軟膏，高分子凝膠等)等領域的生產過程中也有類似的應用。
[0005]桶內混合法，廢液、樹脂、水泥和石灰等按比例加到金屬桶內，加蓋密封后用行星式攪拌器對物料進行攪勻，設計方根據待處理廢物的性質，確定水泥的型號，計算好添加劑、石灰、水和其他化學物質的用量和加料的批次，這種技術需滿足如下幾個假設條件的:所用水泥的型號批次都一致;每批次待處理廢物的物理性質基本相同；忽略外界的環(huán)境對攪拌過程的影響；在上述的基礎上，對水泥混合物直接進行攪拌處理，經過一定時間，使物料的均勻程度、密度等物理性質達到要求，攪拌完成。
[0006]在現存的處理方法，有幾個比較明顯的缺陷:1、水泥和待處理廢物的物理性質有可能由于生產批次、存放時間的原因發(fā)生變異，如果攪拌程序不作改變，有可能產出不合格產品。2、外界環(huán)境(如不同季節(jié)氣溫)變化可能導致物料性質改變，從而影響攪拌效果。3、由試驗得出的攪拌過程控制程序一般只適用于處理物性相近的某幾種物質，在應用到其他物料的攪拌過程時難以保證效果。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明的目的之一在于提供一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法。
[0008]本發(fā)明的目的之二在于提供一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌控制裝置。
[0009]本發(fā)明的目的之一可以這樣實現，設計一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，包括以下步驟:
[0010]Al、電機運轉開始攪拌下料，采集自轉電機的電流曲線波動數據；
[0011 ] A2、采集電流曲線的波峰值和波谷值，得出波峰值和波谷值之間差值的絕對值和對應的波動值函數；
[0012]A3、由波動值函數得出波動值函數變化比值Kl，當該變化比值Kl大于第一設定值，則停止下料，當該變化比值Kl小于第一設定值，則恢復下料;重復步驟A2、A3直至下料完成；
[0013]A4、當下料完成后，繼續(xù)攪拌，將加料結束前η個攪拌周期T內波谷值均值作為電流基準值，根據電流基準值計算出電流采樣值的偏離值Κ2;
[0014]Α5、當偏離值Κ2小于第二設定值，認為攪拌均勻完成攪拌;否則，繼續(xù)步驟Α4。
[0015]進一步地，1(1= [4(04(0]/^(0，其中4(0為離當前攪拌時間最近的波谷18的左側波動值，A(t ’)則為波谷右側的波動值；
[0016]A(t)=|lf(t)-1g(t)|，其中If⑴為波峰值，Ig⑴為波谷值。
[0017]進一步地，K2=E[Ig(t)-Z]V(n*T/At_l)，其中Z為電流基準值，T為攪拌器的攪拌周期，n*T為η個攪拌周期T，At為電流采樣周期；
[0018]電流基準值Z= avg(Ig(t))，其中avg為求均值函數，Ig(t)為t時段內測得的所有電流波谷值，t為加料結束之前n*T的這段時間。
[0019]本發(fā)明的目的之一也可以這樣實現，設計一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，包括以下步驟:
[0020]B1、電機運轉開始攪拌，采集自轉電機的電流曲線波動數據；
[0021]Β2、通過循環(huán)查找的方法，揀選出所有對應時間的峰值數據點，即近加料端的離散數據點，揀選出所有對應時間的谷值數據點，即遠加料端的離散數據點；通過再循環(huán)的方式，在所有峰值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值，在所有谷值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值；
[0022]Β3、當峰值數據中下降區(qū)間到最低值的點，與同時間谷值數據中上升區(qū)間到最高值的點之間的差值到達設定范圍，攪拌趨向于均勻。
[0023]本發(fā)明的目的之二可以這樣實現，設計一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌控制裝置，包括處理器、模數轉換器、參數設置端口、數字輸出模塊，
[0024]處理器，通過模數轉換器獲取來自設備的電流信號進行處理，通過數字輸出模塊將處理結果輸出，參數設置端口連接處理器對參數進行修改以適應不同的攪拌需求；
[0025]模數轉換器，對設備輸入信號進行模/數轉換；
[0026]參數設置端口，用于連接PC和處理器的端口引腳，連接處理器對參數進行修改以適應不同的攪拌需求；
[0027]數字輸出模塊，將處理結果以模擬信號的形式輸出到進料控制系統(tǒng)或攪拌器電機控制裝置。
[0028]本發(fā)明能使控制程序實現閉環(huán)控制，能根據實際攪拌的情況自動調整攪拌方法，從而改善攪拌的控制過程，提高水泥固化物的合格率，減低固體廢物放射性物質外泄的風險。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明較佳實施例的攪拌螺旋槳及下料位置示意圖；
[0030]圖2是本發(fā)明較佳實施例的自轉電機電流波動變化圖；
[0031 ]圖3是本發(fā)明較佳實施例有標注的電機電流波動變化圖；
[0032]圖4是本發(fā)明較佳實施例的方框圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0034]行星式攪拌器由公轉電機和自轉電機帶動螺旋槳旋轉運行，兩個電機都帶有變頻器控制，攪拌器控制系統(tǒng)把電機運行時候的電流檢測出來，并傳輸到處理總控制系統(tǒng)，處理總控制系統(tǒng)便可根據電流的實時變化進行加料和攪拌的控制。攪拌器加料口在攪拌桶上方側壁，攪拌桶內攪拌螺旋槳及下料位置如圖1所示。
[0035]由變頻電機的電氣特性可知，攪拌器電機的輸出功率是跟隨攪拌的負荷變化而變化的，攪拌進行過程中，自轉電機的轉速(頻率)和電壓保持不變，所以電流值的變化直接反映出攪拌器轉矩的變化，且轉矩越大，電機的電流就越大。在下料和攪拌過程中，攪拌器螺旋槳與周圍物質產生切割擠壓的相互作用，攪拌物料的粘性和密度發(fā)生變化，從而影響自轉電機轉矩的負荷。攪拌器繞中心軸公轉的同時，兩個自轉電機也在獨立旋轉攪拌，而自轉電機電流值的波動變化，反映了在不同位置攪拌器輸出的轉矩不斷變化，也就意味著所攪拌的物料尚未達到各處均勻。如經過一定時間攪拌，電流曲線趨于平緩，表明攪拌器在各個位置的負荷基本相同，則可認為攪拌物質已經混合均勻。圖2為攪拌過程某一時刻至攪拌均勻后的自轉電機電流波動變化圖。
[0036]—種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，包括以下步驟:
[0037]Al、電機運轉開始攪拌下料，采集自轉電機的電流曲線波動數據；
[0038]A2、采集電流曲線的波峰值和波谷值，得出波峰值和波谷值之間差值的絕對值和對應的波動值函數；
[0039]A3、由波動值函數得出波動值函數變化比值Kl，當該變化比值Kl大于第一設定值，則停止下料，當該變化比值Kl小于第一設定值，則恢復下料;重復步驟A2、A3直至下料完成；
[0040]A4、當下料完成后，繼續(xù)攪拌，將加料結束前η個攪拌周期T內波谷值均值作為電流基準值，根據電流基準值計算出電流采樣值的偏離值Κ2;
[0041 ] Α5、當偏離值Κ2小于第二設定值，認為攪拌均勻完成攪拌;否則，繼續(xù)步驟Α4。
[0042]在電流信號采樣過程中，利用電流波動時的波峰和波谷之間的差值(取絕對值)A=I If-1g I來作為表征電流波動的基本單元量。理想情況下，電流值保持不變時，A的值為O表明電流沒有出現波動;而在加料攪拌過程中，A值伴隨電流波動不斷變化的，它的大小反映了負載電流曲線的后一個波峰(波谷)對比前一個波谷(波峰)的變化程度。因此，在同一個加料階段里，隨著攪拌的進行，物料趨于均勻，對應的波動值函數A(t)= I If(t)-1g(t) I表現出遞減趨勢。
[0043]可以根據工藝需要設定一個自動控制攪拌下料速度的準則一一波動值函數變化比值K1，
[0044]Kl = [A(t’)_A(t)]/A(t)，其中A(t)為離當前攪拌時間最近的波谷Ig的左側波動值，A(t’)則為波谷右側的波動值；
[0045]A(t)=|lf(t)_Ig(t)|，其中If⑴為波峰值，Ig⑴為波谷值。
[0046]當Kl超過第一設定值時，認為電流波動過大，應該停止下料并讓攪拌器進行一定時間的攪拌。等待A(t)值減少之后，再繼續(xù)加料。這就能實現攪拌加料的自動控制。第一設定值可由試樣攪拌結果得出。
[0047]如果加料已經完成，為保證攪拌質量，通常需要再進行一定時間的攪拌。因為所有加料已經完成，攪拌器的負荷波動將會圍繞某一個均值上下波動，考慮到加料結束之前桶內物料已經有較大程度混合，把加料結束前η個攪拌周期T內，電流曲線的波谷值均值作為最后攪拌過程中的電流基準值Z，如圖3所示。
[0048]電流基準值Z= avg(Ig(t))，其中avg為求均值函數，Ig(t)為t時段內測得的所有電流波谷值，t為加料結束之前n*T的這段時間。
[0049]得出Z的值后，可根據最后攪拌過程(η個攪拌周期Τ)中電流采樣值偏離Z值的偏離值Κ2，來作為是否完成攪拌的判據準則，
[0050]K2=E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)，其中Z為電流基準值，T為攪拌器的攪拌周期，η*T為η個攪拌周期T，At為電流采樣周期。
[0051]如果Κ2小于第二設定值，則認為電流已經足夠平穩(wěn)，攪拌的物料也達到了均勻。第二設定值可由試樣攪拌結果得出。
[0052]上述的Kl主要用于控制進料，Κ2用于判斷是否攪拌均勻，Kl的第一設定值、Κ2的第二設定值、η、Τ、At等參數可以根據不同的攪拌工藝進行適當調整，因此本發(fā)明在其他的攪拌工藝中可做出適應性的修正和推廣。
[0053]本發(fā)明的另一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，包括以下步驟:
[0054]B1、電機運轉開始攪拌，采集自轉電機的電流曲線波動數據；
[0055]Β2、通過循環(huán)查找的方法，揀選出所有對應時間的峰值數據點，即近加料端的離散數據點，揀選出所有對應時間的谷值數據點，即遠加料端的離散數據點；通過再循環(huán)的方式，在所有峰值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值，在所有谷值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值；
[0056]Β3、當峰值數據中下降區(qū)間到最低值的點，與同時間谷值數據中上升區(qū)間到最高值的點之間的差值到達設定范圍，攪拌趨向于均勻。
[0057]峰值數據中下降區(qū)間到最低值的點，與同時間谷值數據中上升區(qū)間到最高值的點之間的差值到達設定精度范圍，即可證明近加料端與遠加料端趨向于均勻。這不僅可以應用于加料結束后攪拌效果的判定，中間加料過程也一樣適用。根據具體情況，可以分別對每次加料的精度設定不同值，從而實現對整個攪拌過程的實時控制。差值的設定范圍根據物料進行
[0058]本發(fā)明具有以下優(yōu)點:1.能較好的保證攪拌的品質和效果，提供產品合格率。2.可適用于不同批次的水泥或其他攪拌介質。3.能適應不同的工作環(huán)境。4.整個攪拌過程實現自動化閉環(huán)控制，攪拌過程的攪拌頻度，攪拌時間及加料過程的速度和次數能根據不同的攪拌物質自動調整。
[0059]如圖4所示，一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌控制裝置，包括處理器1、模數轉換器2、參數設置端口 3、數字輸出模塊4，
[0060]處理器I，通過模數轉換器2獲取來自設備的電流信號進行處理，通過數字輸出模塊4將處理結果輸出，參數設置端口 3連接處理器I對參數進行修改以適應不同的攪拌需求；[0061 ]模數轉換器2，對設備輸入信號進行模/數轉換；
[0062]參數設置端口 3，用于連接PC和處理器I的端口引腳，連接處理器I對參數進行修改以適應不同的攪拌需求；
[0063]數字輸出模塊4，將處理結果以模擬信號的形式輸出到進料控制系統(tǒng)或攪拌器電機控制裝置。
[0064]—種是，處理器 I 的處理計算公式為 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)為離當前攪拌時間最近的波谷Ig的左側波動值，A(t’)則為波谷右側的波動值；
[0066]A(t)=|lf(t)-1g(t)|，其中If⑴為波峰值，Ig⑴為波谷值。
[0067]電流基準值Z= aVg (Ig (t))，其中aVg為求均值函數，Ig (t)為t時段內測得的所有電流波谷值，t為加料結束之前n*T的這段時間。
[0068]得出Z的值后，可根據最后攪拌過程(η個攪拌周期Τ)中電流采樣值偏離Z值的偏離值Κ2，來作為是否完成攪拌的判據準則，K2=E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)，其中Z為電流基準值，T為攪拌器的攪拌周期，n*T為η個攪拌周期T，At為電流采樣周期。
[0069]另一種是，處理器I設有循環(huán)查找模塊，通過循環(huán)查找模塊，揀選出所有對應時間的峰值數據點和谷值數據點，在所有峰值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值，在所有谷值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值；當峰值數據中下降區(qū)間到最低值的點，與同時間谷值數據中上升區(qū)間到最高值的點之間的差值到達設定范圍，攪拌趨向于均勻。
[0070]本發(fā)明直接利用攪拌過程攪拌機本身電流信號進行實時監(jiān)控，能較好的保證攪拌的品質和效果，提供產品合格率;通過參數設置端口修改內部參數，可適用于不同批次的水泥或其他攪拌介質;能適應不同的工作環(huán)境;體積小，結構簡單，安裝簡易，應用靈活。
【主權項】
1.一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，其特征在于，包括以下步驟: Al、電機運轉開始攪拌下料，采集自轉電機的電流曲線波動數據； A2、采集電流曲線的波峰值和波谷值，得出波峰值和波谷值之間差值的絕對值和對應的波動值函數； A3、由波動值函數得出波動值函數變化比值Kl，當該變化比值Kl大于第一設定值，則停止下料，當該變化比值Kl小于第一設定值，則恢復下料;重復步驟A2、A3直至下料完成； A4、當下料完成后，繼續(xù)攪拌，將加料結束前η個攪拌周期T內波谷值均值作為電流基準值，根據電流基準值計算出電流采樣值的偏離值Κ2; Α5、當偏離值Κ2小于第二設定值，認為攪拌均勻完成攪拌;否則，繼續(xù)步驟Α4。2.根據權利要求1所述的密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，其特征在于:K1=[厶(04(0]/^(0，其中4(0為離當前攪拌時間最近的波谷18的左側波動值4(0則為波谷右側的波動值； A⑴=I If(t)-1g(t) I，其中If⑴為波峰值，Ig⑴為波谷值。3.根據權利要求1所述的密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，其特征在于:K2= E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)，其中Z為電流基準值，T為攪拌器的攪拌周期，η*Τ為η個攪拌周期T，At為電流采樣周期； 電流基準值Z = avg(Ig(t))，其中avg為求均值函數，Ig(t)為t時段內測得的所有電流波谷值，t為加料結束之前n*T的這段時間。4.一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌效果判定方法，其特征在于，包括以下步驟: B1、電機運轉開始攪拌，采集自轉電機的電流曲線波動數據； Β2、通過循環(huán)查找的方法，揀選出所有對應時間的峰值數據點，即近加料端的離散數據點，揀選出所有對應時間的谷值數據點，即遠加料端的離散數據點；通過再循環(huán)的方式，在所有峰值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值，在所有谷值數據點中查找出相應的上升區(qū)間值、下降區(qū)間值； Β3、當峰值數據中下降區(qū)間到最低值的點，與同時間谷值數據中上升區(qū)間到最高值的點之間的差值到達設定范圍，攪拌趨向于均勻。5.一種密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌控制裝置，其特征在于:包括處理器(I)、模數轉換器(2)、參數設置端口(3)、數字輸出模塊(4)， 處理器(I)，通過模數轉換器(2)獲取來自設備的電流信號進行處理，通過數字輸出模塊(4)將處理結果輸出，參數設置端口(3)連接處理器(I)對參數進行修改以適應不同的攪拌需求； 模數轉換器(2 )，對設備輸入信號進行模/數轉換； 參數設置端口( 3)，用于連接處理器(I)對參數進行修改以適應不同的攪拌需求； 數字輸出模塊(4)，將處理結果以模擬信號的形式輸出到進料控制系統(tǒng)或攪拌器電機控制裝置。6.根據權利要求5所述的密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌控制裝置，其特征在于:處理器(I)的數據處理計算公式為 Kl = [A(t’)-A(t)]/A(t)、K2=E[Ig(t)-Z]2/(n*T/At-l)。7.根據權利要求5所述的密閉環(huán)境下行星式攪拌器攪拌控制裝置，其特征在于:處理器(I)設有循環(huán)查找模塊。
【文檔編號】B28C7/02GK105946119SQ201610242824
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月18日
【發(fā)明人】郝富強, 趙國河, 何偉德
【申請人】深圳市行健自動化股份有限公司