一种连续式抹茶球磨品质软测量控制方法及系统与流程

本发明涉及抹茶加工过程控制，具体涉及一种连续式抹茶球磨品质软测量控制方法及系统。

背景技术：

1、抹茶通常需要经过杀青、干燥、粉碎以及研磨等加工过程。连续式球磨设备能够使茶叶原料连续进入研磨筒，并使完成研磨的抹茶粉体连续排出，适合应用于连续化生产。

2、在连续式球磨过程中，主轴转速、进料速度以及研磨时间会影响抹茶粉体的细化程度。通常，提高主轴转速或者降低进料速度，可以增强物料受到的研磨作用，但同时也会增加机械摩擦产生的热量。抹茶对温度变化较为敏感，研磨温度升高或者热暴露时间延长，容易引起色泽变化，并影响香气、滋味等品质。

3、现有连续式球磨设备通常设置有温度传感器、电流检测部件或者冷却水套。操作人员可以根据出料温度、电机电流等参数判断设备是否处于正常工作状态，并通过调整转速、进料量或者冷却水流量对设备进行控制。

4、但是，出料温度、电机电流等运行参数并不能直接表示抹茶粉体的粒度、筛网通过率以及色泽状态。现有生产过程仍然需要定期取出样品，通过粒度检测、筛分检测或者色差检测确定产品品质。由于离线检测需要一定时间，检测结果往往滞后于对应物料的实际研磨过程，难以及时用于调整连续式球磨设备。

5、此外，连续式球磨设备内的物料具有一定停留时间。某一时刻从出料口排出的物料，并不是由该时刻的单一运行参数决定，而是与该物料进入研磨筒后经历的一段运行过程有关。若直接将取样时刻的运行参数与离线检测结果对应，容易使运行数据与品质结果之间产生时间错位。

6、现有控制方式还存在细度要求与热敏品质要求相互制约的问题。当出料粒度偏大时，需要增强研磨作用；当抹茶受热程度偏高时，又需要降低机械能输入。单纯根据一个运行参数或者一个品质指标调节设备，容易造成另一品质指标发生偏离。

7、因此，需要提供一种连续式抹茶球磨品质软测量控制方法及系统，使连续式球磨设备能够根据物料停留时间确定出料物料对应的运行数据，利用运行数据预测抹茶品质，并在细度品质和热敏品质的调节需求发生冲突时协调修正球磨工艺参数。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种连续式抹茶球磨品质软测量控制方法及系统，以解决现有连续式抹茶球磨过程依赖离线检测、运行数据与出料品质难以对应，以及细度控制和热敏品质控制之间缺少协调的问题。

2、本发明提供的连续式抹茶球磨品质软测量控制方法及系统包括：

3、研磨筒，所述研磨筒内穿设有由变频电机驱动的搅拌轴；

4、冷却水套，所述冷却水套设置于所述研磨筒的外侧；

5、运行参数采集单元，所述运行参数采集单元采集连续球磨过程的运行数据；

6、主控单元，所述主控单元与所述运行参数采集单元连接，根据进料速度和所述研磨筒的有效持料量确定物料停留时间，并根据所述物料停留时间确定当前出料物料对应的数据时窗；

7、品质软测量模型，所述品质软测量模型设置于所述主控单元，并根据所述数据时窗内的运行数据输出品质预测结果；

8、所述主控单元根据所述品质预测结果与目标品质约束之间的偏差，调节主轴转速、进料速度、冷却水流量和冷却水进水温度中的至少一种。

9、优选的，所述研磨筒的两端分别设有进料口和出料口，连续进料机构与所述进料口连接；所述冷却水套分别与冷却水进水口和冷却水出水口连通，冷却水流量调节阀设置于冷却水管路，冷却水温控装置与所述冷却水进水口所在的管路连接。

10、优选的，所述运行参数采集单元与进料速度采集模块连接，所述进料速度采集模块设置于连续进料机构，并根据单位时间内经进料口进入所述研磨筒的物料量形成所述进料速度。

11、优选的，所述运行参数采集单元与出料温度传感器连接，所述出料温度传感器设置于出料口，所述主控单元根据所述数据时窗内高于参考温度的出料温度及其持续时间形成温度累积特征。

12、优选的，所述运行参数采集单元分别与冷却水进水温度传感器、冷却水出水温度传感器和冷却水流量计连接，所述主控单元根据冷却水流量以及冷却水进、出所述冷却水套时的温度差形成冷却能力特征。

13、优选的，所述运行参数采集单元与电参数采集模块连接，所述电参数采集模块连接于所述变频电机的电连接回路，并采集所述变频电机的有功功率，所述主控单元根据所述有功功率与预设功率上限之间的差值确定主电机负荷裕量。

14、优选的，所述品质软测量模型按照时间顺序接收连续多个采样周期的软测量输入向量，并输出预测中位粒径、预测筛网通过率、预测色差值和预测热敏品质保持值；所述主控单元根据所述数据时窗内高于参考温度的出料温度及其持续时间形成温度累积特征，并根据所述变频电机的有功功率与预设功率上限之间的差值确定主电机负荷裕量；当细度品质对应的主轴转速调节方向与热敏品质对应的主轴转速调节方向相反时，所述主控单元根据所述温度累积特征和所述主电机负荷裕量限制主轴转速修正幅度，并通过调节冷却水流量或冷却水进水温度补偿热敏品质偏差。

15、一种连续式抹茶球磨品质软测量控制方法，包括以下步骤：

16、采集连续球磨过程的运行数据；

17、根据进料速度和研磨筒的有效持料量确定物料停留时间；

18、根据当前出料时刻和所述物料停留时间确定当前出料物料对应的数据时窗；

19、根据所述数据时窗内的运行数据构建软测量输入向量，并由连续多个采样周期的所述软测量输入向量形成时序输入窗口；

20、将所述时序输入窗口输入品质软测量模型，得到当前出料物料的品质预测结果；

21、根据所述品质预测结果与目标品质约束之间的偏差生成控制修正量；

22、按照所述控制修正量调节主轴转速、进料速度、冷却水流量和冷却水进水温度中的至少一种。

23、优选的，将所述当前出料时刻向前偏移所述物料停留时间以得到参考时刻，并以所述参考时刻为基准向前和向后扩展预设时长，以形成所述数据时窗。

24、优选的，获取出料样品的离线品质检测结果，根据所述出料样品的取样时刻和物料停留时间匹配对应的数据时窗，并在所述离线品质检测结果与品质预测结果之间的误差超过对应阈值时，利用所述数据时窗内的软测量输入向量和所述离线品质检测结果更新所述品质软测量模型。

25、与现有技术相比，本发明提供的连续式抹茶球磨品质软测量控制方法及系统具有如下有益效果：

26、1、本发明根据进料速度和研磨筒4的有效持料量确定物料停留时间，并进一步确定当前出料物料对应的数据时窗，使运行数据能够与出料品质形成时间上的对应关系，减少直接采用出料时刻运行数据所产生的错位。

27、2、本发明通过运行参数采集单元19采集连续球磨过程中的研磨、进料、温度、冷却、负荷及振动数据，并利用品质软测量模型21输出多项品质预测结果，使连续球磨设备能够在离线检测结果尚未取得时形成品质控制依据。

28、3、本发明根据品质预测结果与目标品质约束之间的偏差，控制变频电机8、连续进料机构23、冷却水流量调节阀24及冷却水温控装置25进行联动调节，使细度品质和热敏品质能够在同一控制过程中进行协调。

29、4、本发明还通过离线品质检测单元26将离线检测结果与对应运行数据时窗进行匹配，并根据软测量误差更新品质软测量模型21，使模型能够适应原料批次和设备运行状态的变化。