一种水力旋流器的自动监测控制系统的制作方法

本发明涉及水力旋流器应用及其自动控制技术领域，具体而言，尤其涉及一种水力旋流器的自动监测控制系统。

背景技术：

水力旋流器是一种利用离心力场分离不同密度、不同粒度混合物的高效分离设备，也可用于分级、脱泥、浓缩、澄清、选别和洗涤，其具有构造简单，操作方便、无转动部件、占地面积小、处理量大、分离效率高等优点。因此，水力旋流器在矿物加工、生物工程、环保、化工和药剂生产等分离领域有着广泛的应用。

水力旋流器的分离性能由结构参数、操作参数和物性参数共同决定的。一般情况下，水力旋流器的结构参数是通过选型设计预先确定且基本保持不变的，因此，水力旋流器的分离性能主要与操作参数和物性参数有关。其中，操作参数主要包括浓度、处理量和压力，而物性参数主要是指所处理物料的密度和粒度组成。在实际生产工程中，给料浓度和物性参数通常会随矿石特性或磨机工作状态的变化而产生波动，对水力旋流器的分离性能及后续作业造成了严重的影响。目前，对于水力旋流器工作状态的评定主要是通过人工对给料和产品分别进行取样、烘干和化验后计算相应指标来判断，存在现场工况恶劣、检测周期长、检测结果与实际工况不同步等问题。因此，采用传统的评定方法无法实现对水力旋流器的实时监测和调控。

近年来，国内外学者研究发现，水力旋流器底流排料形状与给料浓度、压力、物料粒度组成等参数密切相关，在一定程度上可以反映旋流器的工作状态。此外，随着测试技术和单片机控制技术的普及与发展，通过实时监测水力旋流器操作参数和底流排料情况共同判断水力旋流器工作状态并依据数据库和优化算法进行相应调整，为水力旋流器的自动监测控制提供了可能。

技术实现要素：

根据上述提出的技术问题，而提供一种智能高效、安全稳定的水力旋流器的自动监测控制系统。本发明主要利用超声测距的原理对水力旋流器沉砂口处的矿浆散射角进行实时监控，克服了实时监控水力旋流器工作状态的技术问题；通过在单片机中集成主控模块、数据转化和储存模块、显示模块、语音报警模块、紧急制动模块、调整模块和电信号处理模块，分析并预测水力旋流器的工作状态，为各种异常情况提供了调整方案，保证水力旋流器参数及时恢复到正常范围，进而提高水力旋流器自动控制水平和工作效率。

本发明采用的技术手段如下：

一种水力旋流器的自动监测控制系统，包括：主控模块、测量模块、数据转化和储存模块、电信号处理模块、调整模块、显示模块、语音报警模块、紧急制动模块以及水力旋流器配套设备；所述主控模块分别连接数据转化和储存模块、语音报警模块、显示模块、调整模块；所述数据转化和储存模块连接测量模块，所述测量模块连接水力旋流器配套设备，所述调整模块连接紧急制动模块，所述紧急制动模块连接电信号处理模块。

进一步地，所述水力旋流器配套设备包括泵池、给料泵、水力旋流器、压力检测元件、储水池、给水阀、流量检测元件和超声测距元件，所述的水力旋流器为实验室小型设备或现场大型设备，所述的给料泵为变频泵机，所述的压力检测元件安装于水力旋流器入口管道，用于监测水力旋流器进口压力，所述的给水阀用于控制补加水量，所述的流量检测元件用于测量补加水量。

进一步地，所述超声测距元件对称布置于水力旋流器沉砂口下部两侧，且超声发射方向垂直于水力旋流器轴线。

进一步地，所述主控模块内置散射角、水力旋流器工作状态数据库和预设的智能算法，通过接收数据转化和储存模块传入的数据对水力旋流器的工作状态进行分析，并控制显示模块显示系统的工作状态及工作参数，控制自动调整模块对给料泵机频率和补加水流量进行分布调控，控制语音报警模块对非正常工作状态进行实时报警。

进一步地，所述测量模块连接流量检测元件、压力检测元件和超声测距元件，所述测量模块将实时采集的数据打包上传至数据转化和储存模块。

进一步地，所述数据转化与储存模块内置优化算法，将所述超声波测距元件所测距离值转换为散射角值并传输至所述主控模块。

进一步地，所述调整模块分为自动调整模块和手动调整模块，当系统处于可调状态时，所述自动调整模块通过控制电信号处理模块对给料泵机频率和补加水流量进行分步优化调整；当系统处于不可调状态时，所述自动调整模块将对给料泵机和补加水阀门进行紧急处理，并自动切换至手动调整模块。

进一步地，所述电信号处理模块用于将数值信号转化为电信号，由所述调整模块控制，用于调控给料泵机频率、补加水流量；在紧急情况下可触发所述紧急制动模块。

进一步地，所述显示模块用于实时显示系统中各设备的工作参数及状态；所述语音报警模块用于当水力旋流器处于非可调工作状态时进行语音报警提示；所述紧急制动模块用于对泵机和补加水进行紧急制动。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明提供的水力旋流器的自动监测控制系统，采用实时监测水力旋流器底流排料情况与常规监测数据相结合的方法，更加准确和及时的反映了水力旋流器的工作状态，为水力旋流器的调控奠定了基础；

2、本发明提供的水力旋流器的自动监测控制系统，采用超声测距的原理，将测得的距离转化为散射角，同步反映了水力旋流器底流排料情况，同时超声测距装置对称布置减少了系统测量误差；

3、本发明提供的水力旋流器的自动监测控制系统，其充分考虑了水力旋流器的各种工作状态，包括空载状态、欠载状态、正常状态、满载状态、超载状态、堵塞状态和完全堵塞状态；

4、本发明提供的水力旋流器的自动监测控制系统，自动调整模块和电信号处理模快将数值信号转化为电信号来调节泵机频率及自动控水阀的流量。优先初始化给料泵机频率完成对给料压力的调控，再根据水力旋流器的工作状态对补加水量进行调节，使水力旋流器实时处于正常工作状态，实现了多因素分步控制，提高系统的稳定性；

5、本发明提供的水力旋流器的自动监测控制系统，设有显示模块和语音报警模块，视觉和听觉的结合来实现实时监测水力旋流器工作状态，有效实现人机结合；当水力旋流器处于不可调工作状态时，系统自动触发紧急制动模块且同时触动语音报警模块，避免造成生产事故；

综上，应用本发明的技术方案解决了现有水力旋流器自动控制系统存在的无法实时监测水力旋流器工作状态、多因素同时控制带来的稳定性等问题，同时系统自动化程度高、操作方便，可以充分提高水力旋流器的分离性能。

基于上述理由本发明可在水力旋流器应用及其自动控制等领域广泛推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明系统原理图。

图2为本发明实施例提供的数据转化与储存模块中散射角计算原理图。

图3为本发明实施例提供的主控模块判断水力旋流器工作状态流程图。

图4为本发明实施例提供的调整模块流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明设计原理：针对操作参数和物性参数对水力旋流器分离性能的重要影响，为解决控制系统无法对水力旋流器工作状态实时监测和调整的问题，本发明通过超声测距方法，测得水力旋流器底流散射形状参数，同时结合补加水量、泵频和压力等常规监测参数，实现了实时监测水力旋流器工作状态监测的目的，并通过显示模块和语音报警模块增强了人机交互，保证了安全生产。利用内置的数据库和优化算法，为不同工作状态同时提供了自动和手动调整选项，其中自动调整选项依次调整泵频和补加水量，实现了多因素分步控制，提高了控制系统的稳定性。此外，数据转换和储存模块配合主控系统可对正常状态时的参数变化趋势进行实时分析并预报，进而实现水力旋流器工作状态的智能预测及优化。

实施例1

如图1所示，本发明提供了一种水力旋流器的自动监测控制系统，包括：主控模块、测量模块、数据转化和储存模块、电信号处理模块、调整模块、显示模块、语音报警模块、紧急制动模块以及水力旋流器配套设备；主控模块分别连接数据转化和储存模块、语音报警模块、显示模块、调整模块；数据转化和储存模块连接测量模块，测量模块连接水力旋流器配套设备，调整模块连接紧急制动模块，紧急制动模块连接电信号处理模块。

水力旋流器配套设备包括泵池、给料泵、水力旋流器、压力检测元件、储水池、给水阀、流量检测元件和超声测距元件，本实施例中提供的水力旋流器为实验室小型设备或现场大型设备，给料泵为变频泵机，压力检测元件安装于水力旋流器入口管道，用于监测水力旋流器进口压力，给水阀用于控制补加水量，流量检测元件用于测量补加水量。本实施例中，如图1所示，储水池通过给水阀调节给入泵池的补加水量，并通过流量监测元件测量补加水量；给料泵将泵池中的物料输送至水力旋流器，在水力旋流器入口位置安装压力检测元件；物料经水力旋流器分级后分别由溢流管和沉砂口排出，并在沉砂口处呈现为伞状或绳状喷射；如图2所示，在沉砂口下部距离为c、水力旋流器轴心距离为a的对称位置上安装两个超声测距元件，测量底流喷射范围。

如图1所示，本实施例中，测量模块实时收集补加水流量、给矿压力、给料泵机频率以及超声测距等数据，并上传至数据转化和储存模块，数据转化和储存模块负责转化和储存测量模块传入的超声测距数据、补加水流量数据、给料泵机频率数据，并通过内置算法将超声元件测得的距离转换为角度。如图2所示，数据转化和储存模块从测量模块获得距离的平均值b，判断和计算过程如下：

当b≤a-0.5d时，由计算得说明底流为伞状喷射；

当a-0.5d＜b＜a时，令α＝0，说明底流为绳状喷射；

当b＞a时，令α＝-1，说明没有底流排出。

实施例2

如图3所示，数据转化和储存模块将处理后的数据传至主控模块。主控模块，为该系统的核心部分，通过接收数据转化和储存模块传入的数据对水力旋流器的工作状态进行分析，并控制显示模块显示系统的工作状态及工作参数，控制自动调整模块对给料泵机频率和补加水流量进行分布调控，控制语音报警模块对非正常工作状态进行实时报警。

具体的，本实施例中，对于某一水力旋流器，其结构参数、操作参数和物料参数均确定，则可通过数值仿真或物理实验来确定其正常工作时的散射角范围为α1～α2，压力p和泵频f参考值，并依据这些预定的参数范围判断水力旋流器工作状态：

当α＝0时，说明水力旋流器底流流量极低，需根据压力p和泵频f数据进一步判断水力旋流器处于欠载还是堵塞状态；

当α＜α1时，说明水力旋流器底流流量较低，伞角较小，处于欠载状态；

当α1＜α＜α2时，说明水力旋流器处于正常工作状态，无需调整；

当α2＜α＜α22时，说明水力旋流器底流流量较高，伞角较大，处于满载状态；

当α＞α22时，说明水力旋流器底流超限，处于低给料浓度时的超载状态；

当α＝-1时，说明水力旋流器没有底流，需根据压力p和泵频f数据进一步判断水力旋流器处于空载状态或完全堵塞状态。

其中欠载、满载和超载均属于可调工作状态，而堵塞、完全堵塞和空载为不可调工作状态。进一步的，如图3所示，主控模块一方面控制显示模块实时显示水力旋流器工作状态及工作参数，一方面计算补加水流量、给料泵机频率调整值，并将命令传至调整模块。

实施例3

如图4所示，(在实施例1、2的基础上，)调整模块，可分为自动调整模块和手动调整模块，是系统中对给料泵机频率和补加水流量进行调整的模块。其自动调整模块由主控模块控制，可对给料泵机频率和补加水流量进行实时调整；其手动调整模块由工作人员手动操作，亦可对给料泵机频率和补加水流量进行实时调整。

具体的，在本实施例中，如图4所示，调整模块首先判断水力旋流器是否处于可调工作状态；若处于可调工作状态，优先触发自动调整模块按照预设的指令通过电信号处理模块对给料泵机频率和补加水流量进行调整；若处于不可调工作状态，则手动调整模块和紧急制动模块激活，自动调整模块关闭，同时停止给料和补加水。自动调整模块遵循设定好的参数调整优先级别，即：首先通过控制电信号处理模块将泵机频率调至初始给料压力对应的泵机频率且不改变补加水流量，再判断水力旋流器是否恢复正常工作状态。若水力旋流器恢复正常工作，则自动调整模块停止工作；若未恢复正常，通过控制电信号处理模块对其补加水流量进行调控，若水力旋流器工作状态恢复正常，则自动调整模块停止工作，电信号处理模块维持此时的工作参数；若水力旋流器仍处于非正常工作状态，则触发紧急制动模块和语音报警模块。此时，可通过手动调整模块或检查相应设备是否出现故障进一步确定问题来源。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。