CN104923377A - 纳米研磨设备智能控制及监测*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及分散、预混、搅拌及超细纳米研磨工程智能装备，具体说是纳米研磨设备智能控制及监测***，包括监测中心、采集单元、控制中心、人机界面，其中控制中心，接收对应采集单元传送的信息，同时将信息传送至监测中心，并根据监测中心发送的指令控制研磨设备的运转；监测中心，接收每一个控制中心传送的信息，将传送的信息与预设信息比较后向对应的控制中心发送指令。本发明可存储最优的研磨方案，并通过信号的比较使研磨的产品始终以最优的参数进行研磨，从而大大提高研磨产品的质量和效率，还可用于有防爆要求的区域，且安装和维修方便，设备整体运行平稳、噪音小、故障率低、良品率高。

Description

纳米研磨设备智能控制及监测***

技术领域

    本发明涉及机电一体化和先进制造纳米研磨科技及控制***技术领域，具体地说是纳米研磨设备智能控制及监测***。

背景技术

目前，中国成为世界化学产品生产制造的中心，砂磨机、分散机已经成为该行业主要的加工设备和技术手段。随着社会经济发展和生活水平的提高，传统的设备已无法满足人们对智能化、自动化的要求，在生活中人们对家用电器的安全性、舒适性、节能和智能的要求越来越高；同样，在工业生产中，人们对所使用的电器设备的自动化程度、安全性能的要求也越来越高，理想的状态是电器设备既能够能根据生活和生产作业的环境及要求智能地开启、关闭并进行自我调节。近年来自动化、智能化、纳米材料产业迅速发展，使用者对于人力成本与生产效率、产品精度与颗粒细度的要求也越来越高，使用者为了提高生产效率、产品精度、颗粒细度、效率与降低人力成本，大规模的使用砂磨机。

现行砂磨机控制器操作***架构，该架构为砂磨机机体上装配有一包含带变频器和PLC模块化核心的电气控制柜与按钮式操作操控面板，由此可知，使用者若要监控与操作此砂磨机***，必定需要有操作员在机台旁才可动作，因此，使用者将在所负责的机台旁等待，如果有其它事情需要处理，往往就会顾此失彼，如果产能大，机台数量多则需要更多的操作员来控制和操作机台。倘若生产在线遭遇厂内操作员或工程师无法自行处理的问题，必须请厂商协助处理时，或厂商必须实际看到才能了解问题，有时因为口述不清楚、不完整或认知与沟通上的落差，造成厂商对于问题的错误判读，浪费维修时间与等待维修成本等。

卧式砂磨机是一种水平湿式连续性生产的研磨设备，其工作原理如下：在砂磨机研磨腔中填充适量的研磨介质，如氧化锆珠等，利用输料泵如隔膜泵、齿轮泵等，将预先准备好的原料送入砂磨机的研磨腔，经由主轴带动转子高速旋转带动研磨介质高速运动，赋予其足够的线速度与动能，从而与液体物料颗粒产生碰撞，将大的物料颗粒击碎成微小颗粒，最终达到研磨效果。

现行国产砂磨机使用按钮式操作控制年限较长，技术落后，现阶段有很多国外引进的自动化控制纳米砂磨机，主机与电气控制柜的通信方式基本依靠变频器和PLC模块实现，编程方式落后。随着在20世纪70年代末，且特别是80 年代计算机控制***的出现，砂磨机从机械按钮方式控制型机台或配备模拟技术的机台而逐步地发展。在实现计算机控制***之前，在机械方式控制的机台中使用机电控制***。由于在控制***技术的开始，即便在这些机电***并不令人满意地具有常规的、电或机电开关等的情况下，常规手动操作的砂磨机***具备携式且可连接的控制台，这样的控制台利用模拟开关技术。从而使得能实现特定自动化程度( 实际上由于当前标准而很有限)。显然，这样一种便携式控制***的主要优点为，其能用于多种砂磨机***操作和控制。另一方面，在US 3,733,961 的意义中，改进的砂磨机操作，即自动化操作仅当可连接的控制台连接到并保持连接到相应砂磨机时才有可能，并且这种操作也持续与可连接的控制台连接到并保持连接到相应砂磨机一样长的时间。

当计算机技术到来时，模拟开关技术不再用于机器控制***。由于在存储器中存储的能力，甚至复杂的构件能以自动化方式生产出来。在过去的数十年中，已逐步发展了更加现代且更高性能的纳米砂磨机核心技术。但对于它们中的每个而言都是保留的，是它们连接到计算机：所有已知的器具具有用于控制砂磨机的操作面板。此操作面板通常非常类似于计算机，且具有显示器和用于操作纳米砂磨机的按键( 可能呈触摸屏的形式)。

在传统研磨过程中，工作人员主要凭借经验或粗略估算物料的研磨时间和循环次数等，由于对研磨的物料缺乏监测，一旦工况、原料或工艺流程发生变化后，研磨后的产品很容易出现不合格的现象，例如：沉淀分层、反粗结晶等现象；且在现有研磨过程中，先将物料通过搅拌机配料、混料、分散后，通过人工或移动物料缸将分散的物料输送至砂磨机研磨，砂磨机研磨后的物料再通过人工输送至搅拌机再次混合、调粘、配料、包装，这种方式的缺点是显而易见的，主要是效率不高。目前，使用两台及以上搅拌机做批次研磨时需要实时观察物料缸内物料的多少，因此一台搅拌机供料完成以后需要手动转换阀门或管道，切换批次循环研磨方向，并且需要人工计时或计算循环次数以判断研磨是否完成，显然这样很不方便又很浪费人力、且不科学。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供纳米研磨设备智能控制及监测***，本***通过检测物料缸内物料状况变化来实现批次研磨过程中循环方向的阀门、管道的自动切换，通过液位监测、计算研磨循环次数、研磨时间、电流、转速和研磨单位小时所消耗的能量来实现研磨，并完成自动停机。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

纳米研磨设备智能控制及监测***，其包括一个监测中心、至少一组采集单元、至少一个控制中心和至少一个人机界面，其中：

采集单元，采集对应研磨设备上的信息，并将信息传送至对应的控制中心；

控制中心，接收对应采集单元传送的信息，同时将信息传送至监测中心，并根据监测中心发送的指令控制研磨设备的运转；

监测中心，接收每一个控制中心传送的信息，将传送的信息与预设信息比较后向对应的控制中心发送指令；

人机界面，与对应的控制中心通信，操作人员通过人机界面向控制中心输入或修改研磨参数，并监控研磨设备的运行状况。

进一步地，还包括至少一个移动客户端，每一移动客户端接收监测中心发送的信息。

作为优选，所述研磨设备包括至少一台砂磨机和至少一台搅拌机，每一组所述采集单元包括分别设置在每一台砂磨机和每一台搅拌机上的数个传感器，每一组采集单元将传感器检测的信号传送至对应的控制中心。

作为优选，每一控制中心包括PLC和分别设置在搅拌机物料管、砂磨机物料管上的阀门，每一控制中心的PLC将信号传感器检测的信号传送至所述监测中心，监测中心将所述信号与预设配方、工艺条件值比较后，向对应的PLC发送相应指令，PLC根据指令控制砂磨机、搅拌机的启停及阀门的动作。

作为优选，所述传感器包括物位检测开关，PLC将物位检测开关的检测信号传送至监测中心，监测中心比较检测信号后向PLC发送指令，PLC根据该指令通过继电器控制阀门的动作。

作为优选，所述PLC通过扩展接口连接有模拟量模块，所述传感器包括温度、压力和流量变送器，温度、压力和流量变送器将检测的温度、压力和流量信号通过配电器传送至模拟量模块，PLC将此信号传递至监测中心，监测中心比较信号后向PLC发送至指令，PLC根据接收的指令控制每一台砂磨机和每一台搅拌机的启停。

作为优选，所述监测中心包括CPU、输入显示模块、通信模块、储存模块、对比模块，其中，

通信模块，与PLC和模拟量模块通信；

存储模块，存储预设值；

对比模块，将PLC传送信号与预设值比较后形成指令；

输入显示模块，显示数据并输入预设值；

CPU，处理通信模块、储存模块、对比模块和输入显示模块的信息和指令。

作为优选，所述移动客户端为移动APP,CPU的处理信息和结果通过APP显示在移动显示设备上。

作为优选，一台砂磨机和一台搅拌机组成一组研磨生产线，每一组研磨生产线上设置有一组采集单元；待研磨物料输送至搅拌机后，PLC将采集单元采集的信号传送至CPU, CPU通过对比运算后向PLC发送指令，PLC根据指令启动搅拌机分散物料，分散后的物料输送至砂磨机，砂磨机研磨物料后再将物料输送至搅拌机，如此直至物料达到标准。

作为优选，一台砂磨机和两台或多台搅拌机组成一组研磨生产线，每一组研磨生产线上设置有一组采集单元；待研磨物料输送至一台或多台供料的搅拌机后，PLC将采集单元采集的信号传送至CPU, CPU经过对比运算后向PLC发送指令，PLC根据指令启动供料的搅拌机分散物料，分散的物料输送至对应砂磨机，砂磨机对物料研磨后，将研磨物料输送至一台或多台接料的搅拌机，接料的搅拌机对物料进行再次搅拌、分散；当供料搅拌机里的物料全部输送至砂磨机后，CPU根据采集单元采集的信号向PLC发送指令，PLC根据指令控制相应阀门动作，将再次分散后的物料输送至对应的砂磨机再次研磨，砂磨机将再次研磨后的物料输送至供料的搅拌机或另一台接料搅拌机，如此直至物料达到标准。

与现有技术相比，本发明可存储各行业最优的研磨工艺流程和配方方案，并通过信号的比较使研磨的产品始终以最优的参数进行研磨，从而大大提高研磨产品的质量和效率；本发明为了实现在批次研磨过程设备适时自动转换循环方向，采用物位检测开关感应砂磨机和搅拌机内物料情况，进而确定切换时间，然后通过PLC控制气动阀门切换循环方向；同时还可以通过人机界面预设定研磨循环次数或研磨时间或能量消耗值来判断研磨作业是否完成，并执行停机动作。

附图说明

图1为本发明的***结构框图。

图2为本发明控制中心的示意图。

具体实施方式

下面将结合图1和图2以及具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。本发明的砂磨机采用Lei.iMO Smart gM(雷·智能易磨)，其是一种纳米研磨设备装有程序控制***的智能砂磨机。

本发明的纳米研磨设备智能控制及监测***包括一个监测中心1、至少一组采集单元2、至少一个控制中心3和至少一个人机界面4，其中：

采集单元2，采集对应研磨设备上的信息，并将信息传送至对应的控制中心；每一组采集单元包括分别设置在一台砂磨机和至少一台搅拌机上的传感器，传感器包括物位温度、压力、流量变送器21、检测开关22，每一组采集单元将传感器检测的信号传送至对应的控制中心；采集单元除了采集温度、压力、流量信号、物位信号外，还可采集电流、转速、比能量、累计能耗、累计时间、瞬时功率等信号，这些信号传送至控制中心作为智能控制的参考因素。

控制中心3，接收对应采集单元传送的信息，同时将信息传送至监测中心，并根据监测中心发送的指令控制研磨设备的运转；每一控制中心3包括PLC31和分别设置在搅拌机物料管、砂磨机物料管上的阀门32，如蝶阀，每一控制中心的PLC将传感器检测的信号传送至所述监测中心，监测中心将所述信号与预设预设配方、工艺条件值比较后，向对应的PLC发送相应指令，PLC根据指令控制砂磨机、搅拌机的启停及阀门的动作；具体来说，PLC将物位检测开关的检测信号传送至监测中心，监测中心比较检测信号后向PLC发送指令，PLC根据该指令通过继电器33控制阀门的动作；PLC通过扩展接口连接有模拟量模块34，温度、压力和流量变送器21将检测的温度、压力和流量信号通过配电器35传送至模拟量模块，PLC将信号传递至监测中心，监测中心比较信号后向PLC发送至指令，PLC根据接收的指令通过变频器36控制每一台砂磨机和每一台搅拌机的电机启停。具体来说，当砂磨机研磨腔内的温度、压力达到一定值时，PLC就会控制该砂磨机机停止研磨，一方面可保证产品质量、避免损害设备，另一方面可节约能量。

监测中心1，接收每一个控制中心传送的信息，将传送的信息与预设信息比较后向对应的控制中心发送指令；所述监测中心包括CPU11、输入显示模块12、通信模块13、储存模块14、对比模块15，其中，

通信模块，与PLC和模拟量模块通信；

存储模块，存储预设值；

对比模块，将PLC传送信号与预设值比较后形成指令；

输入显示模块，显示数据并输入预设值；

CPU，处理通信模块、储存模块、对比模块和输入显示模块的信息和指令。

人机界面4，与对应的控制中心通信，操作人员通过人机界面向控制中心输入或修改研磨参数，并监控研磨***运行状况。

本***还包括至少一个移动客户端5，每一移动客户端接收监测中心发送的信息；所述移动客户端为移动APP,CPU的处理信息和结果通过APP显示在移动显示设备上；通过移动客户端可远程了解机器的运行状态。

在实施过程中，首先根据待物料的配方、生产的产品精度确定物料的最佳研磨时间、循环次数、流量、转速、电流及消耗的能量，这些最佳值在研磨之前可通过实验得出，确定最佳值后将其存储至存储模块中；然后将物料输送至研磨设备内，采集单元采集物位、温度、压力和流量等信号，并将信号传递至PLC,PLC再将信号传递至CPU,CPU将该信号与存储模块中的预设值对比，调出对应的研磨时间、循环次数、流量、转速、电流及能量消耗值，将其以指令形式发送至PLC,PLC根据指令启动研磨设备，从而对物料进行研磨。当研磨设备达到预定的研磨时间、循环次数及能量消耗等值时，***停止工作。在实施过程中，如发现按照预定值不能达到产品质量要求，可通过人机界面修改相应的参数值，如修改的参数值可达产品质量要求，可将该值通过PLC和CPU存储在存储模块中，直至最优方案。

本发明中，具体的研磨循环过程是这样的：当一台砂磨机和一台搅拌机组成一组研磨生产线时，每一组研磨设备上设置有一组采集单元；待研磨物料输送至搅拌机后，PLC将采集单元采集的信号传送至CPU, CPU通过对比模块向PLC发送指令，PLC根据指令启动搅拌机分散物料，分散后的物料输送至砂磨机，砂磨机研磨物料后再将物料输送至搅拌机，如此完成一次单桶循环，实现了自动循环控制。

另一种循环过程是这样的：当一台砂磨机和两台或多台搅拌机组成一组研磨生产线时，每一组研磨设备上设置有一组采集单元；待研磨物料输送至一台或多台供料的搅拌机后，PLC将采集单元采集的信号传送至CPU, CPU经过对比运算后向PLC发送指令，PLC根据指令启动供料的搅拌机分散物料，分散的物料输送至对应砂磨机，砂磨机对物料研磨后，将研磨物料输送至一台或多台接料的搅拌机，接料的搅拌机对物料进行再次分散；当供料搅拌机里的物料全部输送至砂磨机后，CPU根据采集单元采集的信号向PLC发送指令，PLC根据指令控制接料的搅拌机物料管上的阀门动作，将再次分散后的物料输送至对应的砂磨机，经过研磨后将物料输送至原供料的搅拌机或另一台接料搅拌机；如此循环，实现了双桶或多桶自动切换供料中转。本发明可通过多台搅拌机不间断地供料，提高了研磨效率；同时，搅拌机的供料与接料分开，可避免研磨过的物料和没有研磨过的物料混合导致细度不均匀现象，从而达到提高产品质量的稳定性。

在实施过程中，物位检测开关用于监测搅拌机和砂磨机缸内物料变化情况，PLC根据物位检测开关的检测信号通过继电器控制阀门的动作。如当物位检测开关检测供料的搅拌机缸内没有物料后，就会启动再次分散物料管上的阀门，使接料的搅拌机内物料流入砂磨机内再次研磨；或者启动分散物料管上的阀门使另一台供料的搅拌机向砂磨机供料，从而实现不间断地向砂磨机供料。

在研磨循环过程中，除了砂磨机和搅拌机外，还有送料泵。在原料和助剂输送至储料罐后，由控制中心控制阀门或送料泵将定量的原料和助剂输送至称量罐，达到配方标准后控制中心将配好的物料和助剂输送到高速强力搅拌机进行分散，该搅拌机对物料分散后，控制中心将分散物料输送至砂磨机，砂磨机对物料研磨后，控制中心将研磨物料输送至另一台搅拌机，搅拌机对物料进行搅拌，待本批物料磨完一遍后通过控制中心控制阀门动作，再次将物料输送至砂磨机进行研磨，直至物料达到标准，然后控制中心将达标产品输送至灌装机封装成品。本发明可实现自动配料、自动分散、自动输送物料、自动对物料进行研磨，减少人工成本，提高了研磨效率。

在实施过程中，称量仪、物位检测开关用于监测称量罐、搅拌机和砂磨机缸内物料变化情况，PLC根据称量仪、物位检测开关的检测信号通过继电器控制阀门和送料电机的动作。例如当称量罐内原料或助剂到达配方要求数量后，称量仪向控制中心发送信号，然后控制中心控制相应阀门和送料电机将配好的物料和助剂输送到指定高速强力分散机进行分散等；控制中心根据模拟量模块接收的信号监控每一台砂磨机和每一台搅拌机的工作状态以及物料情况。当砂磨机或搅拌机缸内物料的温度、压力和流量超出工艺允许范围时，控制中心会停止设备运行，并发出报警信息，提示工作人员及时处理相关故障。

在本***中，所述PLC连接有显示PLC信息的人机界面，操作人员通过人机界面向PLC输入或选择每一台砂磨机和每一台搅拌机的分散与研磨参数。如有进一步需要，可以通过DCS将信号转送至电脑，并安装APP 软件至手机，通过远程对设备和生产线的所有动作进行监控和操作，实现真正的智能化管理。

在本***中，所述PLC连接有显示PLC信息的人机界面，操作人员通过人机界面向PLC输入或选择每一台砂磨机和每一台搅拌机的分散与研磨参数。具体操作如下：

1、人机界面第一部分为***自动停机的计数方式选择区。如选择“无计”，***的启动和停止由操作人员手动操作完成；选择“计次”，***在运行达到设定研磨次数后自动停止研磨，此计数方式只对双桶研磨操作有效，1次定义为A桶或B桶完成一次排料；选择“时间计时”，***在运行达到设定时间后自动停止研磨；选择“能耗计时”，***在运行所消耗的电能达到设定值后自动停止研磨。

2、人机界面第二部分为单桶研磨参数设定区域。单桶研磨定义为：***启动后物料先由B桶循环到A桶，B桶没有物料后切换为A桶单循环。在此区域可以设定不同制程编号对应的运行参数，通过“上一组”和“下一组”按钮切换制程编号，点击相应数据框可以分别设定出料温度上限值、研磨能耗设定值、研磨时间设定值、研磨主机转速设定值、进料泵电机转速设定值、A桶搅拌转速设定值、B桶搅拌转速设定值、B桶高速分散转速设定值，参数设定或修改完成后，点击“单桶参数保存”来保存所修改参数。

3、人机界面第三部分为双桶研磨参数设定区域。双桶研磨定义为：***启动后物料先由B桶循环到A桶，B桶没有物料后切换为由A桶到B桶，以后每当出料桶没有物料后就在双桶间自动切换。在此区域可以设定不同制程编号对应的运行参数，通过“上一组”和“下一组”按钮切换制程编号，点击相应数据框可以分别设定出料温度上限值、研磨能耗设定值、研磨次数设定值、研磨时间设定值、研磨主机转速设定值、进料泵电机转速设定值、A桶搅拌转速设定值、B桶搅拌转速设定值、B桶高速分散转速设定值，参数设定或修改完成后，点击“双桶参数保存”来保存所修改参数。

4、人机界面第四部分包括菜单按钮、下料设定区域和预拌设定区域。点击菜单按钮可切换到其它界面；下料设定区域中可设定下料过程中进料泵电机转速、A桶和B桶的搅拌转速；预拌设定区域中可设定预拌过程中A桶和B桶的搅拌转速，以及B桶高速分散转速。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.纳米研磨设备智能控制及监测***，其特征在于：包括一个监测中心、至少一组采集单元、至少一个控制中心和至少一个人机界面，其中：

采集单元，采集对应研磨设备上的信息，并将信息传送至对应的控制中心；

控制中心，接收对应采集单元传送的信息，同时将信息传送至监测中心，并根据监测中心发送的指令控制研磨设备的运转；

监测中心，接收每一个控制中心传送的信息，将传送的信息与预设信息比较后向对应的控制中心发送指令；

人机界面，与对应的控制中心通信，操作人员通过人机界面向控制中心输入或修改研磨参数，并监控研磨设备的运行状况。

2.如权利要求1所述智能控制及监测***，其特征在于：还包括至少一个移动客户端，每一移动客户端接收监测中心发送的信息。

3.如权利要求2所述智能控制及监测***，其特征在于：所述研磨设备包括至少一台砂磨机和至少一台搅拌机，每一组所述采集单元包括分别设置在每一台砂磨机和每一台搅拌机上的数个传感器，每一组采集单元将传感器检测的信号传送至对应的控制中心。

4.如权利要求3所述智能控制及监测***，其特征在于：每一控制中心包括PLC和分别设置在搅拌机物料管、砂磨机物料管上的阀门，每一控制中心的PLC将信号传感器检测的信号传送至所述监测中心，监测中心将所述信号与预设配方、工艺条件值比较后，向对应的PLC发送相应指令，PLC根据指令控制砂磨机、搅拌机的启停及阀门的动作。

5.如权利要求4所述智能控制及监测***，其特征在于：所述传感器包括物位检测开关，PLC将物位检测开关的检测信号传送至监测中心，监测中心比较检测信号后向PLC发送指令，PLC根据该指令通过继电器控制阀门的动作。

6.如权利要求5所述智能控制及监测***，其特征在于：所述PLC通过扩展接口连接有模拟量模块，所述传感器包括温度、压力和流量变送器，温度、压力和流量变送器将检测的温度、压力和流量信号通过配电器传送至模拟量模块，PLC接收模拟量模块的信号后将信号传递至监测中心，监测中心比较信号后向PLC发送指令，PLC根据接收的指令控制每一台砂磨机和每一台搅拌机的启停。

7.如权利要求6所述智能控制及监测***，其特征在于：所述监测中心包括CPU、输入显示模块、通信模块、储存模块、对比模块，其中，

通信模块，与PLC和模拟量模块通信；

存储模块，存储预设值；

对比模块，将PLC和模拟量模块传送信号与预设值比较后形成指令；

输入显示模块，显示数据并输入预设值；

CPU，处理通信模块、储存模块、对比模块和输入显示模块的信息和指令。

8.如权利要求7所述智能控制及监测***，其特征在于：所述移动客户端为移动APP,CPU的处理信息和结果通过APP显示在移动显示设备上。

9.如权利要求7所述智能控制及监测***，其特征在于：一台砂磨机和一台搅拌机组成一组研磨生产线，每一组研磨生产线上设置有一组采集单元；待研磨物料输送至搅拌机后，PLC将采集单元采集的信号传送至CPU, CPU通过对比运算后向PLC发送指令，PLC根据指令启动搅拌机分散物料，分散后的物料输送至砂磨机，砂磨机研磨物料后再将物料输送至搅拌机。

10.如权利要求7所述智能控制及监测***，其特征在于：一台砂磨机和两台或多台搅拌机组成一组研磨生产线，每一组研磨生产线上设置有一组采集单元；待研磨物料输送至一台或多台供料的搅拌机后，PLC将采集单元采集的信号传送至CPU, CPU经过对比运算后向PLC发送指令，PLC根据指令启动供料的搅拌机分散物料，分散的物料输送至对应砂磨机，砂磨机对物料研磨后，将研磨物料输送至一台或多台接料的搅拌机，接料的搅拌机对物料进行再次搅拌、分散；当供料搅拌机里的物料全部输送至砂磨机后，CPU根据采集单元采集的信号向PLC发送指令，PLC根据指令控制相应阀门动作，将再次分散后的物料输送至对应的砂磨机再次研磨，砂磨机将再次研磨后的物料输送至供料的搅拌机或另一台接料搅拌机。