一种污泥干化耙齿装置及控制方法与流程

本发明涉及设备控制，尤其涉及一种污泥干化耙齿装置及控制方法。

背景技术：

1、在立式圆盘污泥干化造粒设备的耙齿自适应运行控制技术应用场景下，立式圆盘污泥干化造粒设备属于一种间接加热与多盘干燥的环保装备。立式圆盘污泥干化造粒设备的干化机腔体内部由一系列立式布置与水平放置的圆盘组成，并且位于腔体中心的主轴在电机带动下产生连续转动。主轴连同固定在主轴上的耙臂与耙叶同步运转，使污泥在回转耙叶的机械作用下被不断翻动并受热。

2、污泥含水率处于40%至60%区间时进入塑性阶段，极易发生物质结块现象。处于塑性阶段的污泥表现出高表面附着力的流体物理特性，同时污泥物质组分内部含有大量有机物，表现出极强的粘性。伴随物理干化进程，污泥粘度会发生剧烈变化，并且粘度波动产生的机械摩擦力会直接作用于旋转的耙叶与耙臂。

3、现有的污泥干化耙齿装置控制方法普遍采用固定参数运行模式，现有的控制系统缺少适配设备工况的自适应控制模型。干化状态下的粘度变化会引起耙齿物理阻力发生不可预期的波动，进而直接改变驱动电机的机械负载。由于常规的控制系统无法实时获取并分析阻力变化数据，恒定参数的控制机制无法根据实时负载状态动态调整电机的输出转速与驱动转矩。固定的运行模式容易导致运转部件发生机械疲劳，甚至引发过载停机等机械故障。

技术实现思路

1、针对现有技术不足，本发明提供一种污泥干化耙齿装置及控制方法，本发明解决了由于污泥干化时粘度变化引起耙齿阻力波动，造成设备无法自适应调节驱动参数的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明的具体内容如下：

3、第一方面，本发明提供的一种污泥干化耙齿装置，包括机械本体以及控制系统，所述机械本体包括干化腔体、中心主轴、耙臂、弹簧耙齿组件以及驱动电机；

4、所述干化腔体内部沿竖直方向布置所述中心主轴，所述中心主轴的外壁面固定连接呈水平延伸状态的所述耙臂，所述耙臂远离所述中心主轴的端部安装所述弹簧耙齿组件；

5、所述弹簧耙齿组件包括弹性缓冲件以及耙叶，所述弹性缓冲件的两端分别与所述耙臂以及所述耙叶固定连接；所述中心主轴连同所述驱动电机传动连接；

6、所述驱动电机的动力输出端安装扭矩检测元件，所述弹性缓冲件的表面贴合安装应变检测元件；所述机械本体连同所述控制系统建立通信连接；所述控制系统包括数据接收模块、阻力评估模块以及指令生成模块；

7、所述数据接收模块接收由所述扭矩检测元件以及所述应变检测元件传输的原始电信号，并将所述原始电信号转换为数字电信号序列，从所述数字电信号序列中分离出形变特征数据以及实时扭矩数据；

8、所述阻力评估模块获取所述形变特征数据以及所述实时扭矩数据，利用所述形变特征数据计算瞬时机械阻力数值，进而构建包括所述瞬时机械阻力数值以及所述实时扭矩数据的阻力评估数据模型；

9、所述指令生成模块获取所述阻力评估数据模型输出的所述瞬时机械阻力数值，将所述瞬时机械阻力数值与预设的安全阻力阈值进行数值比对，当判定所述瞬时机械阻力数值大于所述安全阻力阈值时，所述指令生成模块计算负荷补偿特征并生成动态调节指令，并将所述动态调节指令发送至所述驱动电机，驱动所述驱动电机增加电机输出转矩。

10、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述数据接收模块包括模数转换单元以及高频滤波单元；

11、所述模数转换单元接收所述原始电信号，并将所述原始电信号转换成所述数字电信号序列；

12、所述高频滤波单元按照预设的低通滤波截断频率，对所述数字电信号序列进行滤波处理，分离出位于所述低通滤波截断频率以下的所述形变特征数据以及所述实时扭矩数据，并将所述形变特征数据以及所述实时扭矩数据发送至所述阻力评估模块。

13、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述弹性缓冲件采用螺旋压缩弹簧结构，所述应变检测元件沿所述螺旋压缩弹簧结构的轴向受力方向进行贴装；

14、所述阻力评估模块获取所述形变特征数据包括的形变位移数值，调用预设的弹簧刚度系数对所述形变位移数值进行乘积运算，计算出所述瞬时机械阻力数值。

15、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述阻力评估模块包括数据对齐单元以及模型构建单元；

16、所述数据对齐单元获取所述实时扭矩数据，并为所述实时扭矩数据以及所述瞬时机械阻力数值分配一致的时间标识；

17、所述模型构建单元根据所述时间标识建立所述瞬时机械阻力数值连同所述实时扭矩数据的映射关联矩阵，将所述映射关联矩阵作为所述阻力评估数据模型进行输出。

18、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述指令生成模块包括数值比对单元以及参数运算单元；

19、所述数值比对单元按照设定的时间步长提取所述阻力评估数据模型输出的所述瞬时机械阻力数值，并将所述瞬时机械阻力数值减去所述安全阻力阈值，输出阻力波动差值；

20、当判定所述阻力波动差值大于零时，所述数值比对单元将高负荷状态标识以及所述阻力波动差值发送至所述参数运算单元。

21、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述参数运算单元接收所述高负荷状态标识以及所述阻力波动差值，并启动比例积分微分控制算法；

22、所述参数运算单元将所述阻力波动差值输入所述比例积分微分控制算法进行运算，输出包括频率降低幅度以及转矩提升比例的降频增扭参数矩阵；

23、所述参数运算单元按照所述降频增扭参数矩阵生成所述动态调节指令，所述动态调节指令包括所述频率降低幅度以及所述转矩提升比例。

24、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述驱动电机连接有变频驱动组件；

25、所述变频驱动组件接收所述动态调节指令，将所述动态调节指令包括的所述频率降低幅度转换为定子电压频率控制信号，并将所述动态调节指令包括的所述转矩提升比例转换为定子电流幅值控制信号；

26、所述驱动电机根据所述定子电压频率控制信号降低电机转速，根据所述定子电流幅值控制信号增加电机输出转矩。

27、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述控制系统另外包括状态恢复模块；

28、所述数值比对单元持续监测所述阻力波动差值，当所述阻力波动差值小于或者等于零且维持设定的时间周期后，向所述状态恢复模块发送常规负荷标识；

29、所述状态恢复模块接收所述常规负荷标识，生成运行恢复指令并将所述运行恢复指令发送至所述变频驱动组件；

30、所述变频驱动组件根据所述运行恢复指令向所述驱动电机发送基准频率控制信号以及基准电流控制信号，驱动所述驱动电机恢复至设定基准运行状态。

31、进一步地，本发明所述的污泥干化耙齿装置，所述干化腔体内部沿水平方向固定有加热圆盘；

32、所述耙臂连同所述中心主轴维持水平状态并平行于所述加热圆盘进行旋转运动；

33、所述耙叶位于所述加热圆盘的上方，所述耙叶的底端面与所述加热圆盘的上表面维持设定的竖直间隙。

34、第二方面，本发明提供的一种污泥干化耙齿装置控制方法，应用于如所述的污泥干化耙齿装置，包括：

35、步骤1：所述数据接收模块接收由所述扭矩检测元件以及所述应变检测元件传输的原始电信号，并将所述原始电信号转换为数字电信号序列，从所述数字电信号序列中分离出形变特征数据以及实时扭矩数据；

36、步骤2：所述阻力评估模块获取所述形变特征数据以及所述实时扭矩数据，利用所述形变特征数据计算瞬时机械阻力数值，进而构建包含所述瞬时机械阻力数值以及所述实时扭矩数据的阻力评估数据模型；

37、步骤3：所述指令生成模块获取所述阻力评估数据模型输出的所述瞬时机械阻力数值，将所述瞬时机械阻力数值与预设的安全阻力阈值进行数值比对，当判定所述瞬时机械阻力数值大于所述安全阻力阈值时，所述指令生成模块计算负荷补偿特征并生成动态调节指令，并将所述动态调节指令发送至所述驱动电机，驱动所述驱动电机增加电机输出转矩。

38、本发明有益效果：

39、本发明提供的一种污泥干化耙齿装置及控制方法，克服了现有恒定参数控制机制由于缺少适配设备工况的自适应控制模型，进而导致运转部件发生机械疲劳的现有技术缺陷。在数据获取与反馈控制逻辑中，扭矩检测元件连同安装在弹性缓冲件表面的应变检测元件同步运行，并向数据接收模块传输表征物理受力状态的原始电信号。阻力评估模块获取由数据接收模块分离出的形变特征数据以及实时扭矩数据，利用形变特征数据计算出瞬时机械阻力数值，同时结合实时扭矩数据构建出映射设备瞬态负载波动的阻力评估数据模型。指令生成模块将阻力评估数据模型输出的瞬时机械阻力数值与设定的安全阻力阈值进行数值比对，并且在判定瞬时机械阻力数值大于安全阻力阈值时，计算负荷补偿特征并生成动态调节指令。驱动电机接收动态调节指令并增加电机输出转矩，使检测元件连同运算控制模块构成从阻力特征感知到转矩动态补偿的闭环控制数据链。动态增加的电机输出转矩抵消了污泥进入塑性阶段时产生的物理粘滞摩擦阻力，解决了干化机无法根据瞬时负载状况自适应调节驱动参数的技术问题，从而降低了耙叶以及中心主轴等机械传动部件发生机械疲劳损伤的概率，避免了干化设备因物理结块引发的过载停机故障。