一种鞋材粉碎机出料的分级闭环除尘联动控制方法与流程

本发明涉及鞋材粉碎机出料控制，具体为一种鞋材粉碎机出料的分级闭环除尘联动控制方法。

背景技术：

1、鞋材粉碎机在对鞋类边角料、废料进行粉碎加工时，出料端通常采用气力输送方式将粉碎后的物料送入分级装置，合格细料进入后续工序，粗料经回料管道返回粉碎机再次粉碎，同时配置脉冲布袋除尘器对输送气流进行净化。在连续生产过程中，粉碎后物料粒度分布、气流输送状态、粉碎机负载特性以及分级回料量与除尘负荷之间存在复杂的动态关联，任一环节的波动均可能导致产线运行不稳。

2、现有分级除尘控制方式通常各自独立运行。粉碎机刀具间隙的调整依赖定期人工检测或依据单一的电流负荷阈值进行停机调节，无法及时响应物料特性变化和刀具磨损引起的出料粒度偏移，导致粗料比例持续上升，加剧回料循环负荷。回料堆积高度监测多采用料位开关进行上下限报警，当回料大量积聚时才触发喂料机降速或停机，控制响应滞后，容易造成分级装置堵塞，迫使整线停机清理。除尘器喷吹间隔依据固定时间周期或压差阈值进行设定，不能根据粉碎负荷和粉尘发生量的实时波动同步修正，清灰强度与粉尘负荷失配，造成滤袋阻力异常升高或过度清灰损伤滤袋。

3、粗料比例异常增大不仅与刀具间隙相关，还直接造成粉碎机扭矩波动加剧和回料量升高，而扭矩波动特征反过来反映粉碎腔内物料循环状态和刀具间隙的瞬时变化，现有控制策略未能将粗料比例与扭矩波动指数之间的内在耦合关系纳入定量调节依据，无法在工况演变初期及时计算出合理的刀具间隙补偿量，更难以确定间隙调节和喷吹间隔修正的协同时机，导致出料粒度控制、分级回料控制和除尘阻力控制三者相互割裂，反复振荡。

4、回料堆积高度的控制仅依靠单一的通断式料位信号，无法利用堆积高度的变化趋势提前预判堵塞风险，也未将堆积动态与粉碎机转速进行联动调节。当回料发生滞留时，若仅降低喂料频率而不相应地调整主轴转速，粉碎腔内物料填充率和循环比将发生突变，进一步扰乱粗料比例和气流输送压损，无法在不中断产线的情况下平抑回料堆积趋势。

技术实现思路

1、本发明提供一种鞋材粉碎机出料的分级闭环除尘联动控制方法，目的在于解决现有控制方式中粉碎刀具间隙调节、除尘清灰和分级回料控制相互独立，无法根据粗料比例与扭矩波动的耦合关系闭环协同动作，以及回料堆积控制滞后、缺乏基于堆积变化趋势主动平抑的问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、本发明提供一种鞋材粉碎机出料的分级闭环除尘联动控制方法，该方法在获取出料管道内气力输送流的颗粒粒度分布、气流速度、粉碎机主轴扭矩、分级回料堆积高度和除尘器入口粉尘浓度的基础上，依据颗粒粒度分布计算粗料质量占比，并将该粗料质量占比与气流速度、主轴扭矩相结合，确定粗料比例与扭矩波动指数的耦合关系。当粗料比例超出第一设定范围时，利用该耦合关系生成粉碎机刀具间隙调节量，并同步生成脉冲除尘喷吹间隔修正量；当分级回料堆积高度超过堆积阈值时，生成喂料频率降低指令，并基于该分级回料堆积高度的变化速率生成主轴转速补偿量。刀具间隙调节量与脉冲除尘喷吹间隔修正量的输出时机由粗料质量占比与主轴扭矩的时域互相关特征同步确定，由此形成粉碎、分级、除尘三者之间的闭环联动，保证出料粒度合格率，避免管道过度磨损，同时维持除尘系统的高效稳定运行。

4、优选的，在确定耦合关系时，对所述颗粒粒度分布进行多级筛分等效累积计算，获得大于设定粒级的粗料质量占比；根据气流速度计算气力输送流对颗粒的曳力，结合主轴扭矩实时值计算粉碎机负载功率，并从负载功率的波动中提取扭矩波动指数；以粗料质量占比为第一变量、扭矩波动指数为第二变量，构建以气流速度为参变量的耦合曲面关系，该耦合关系准确表征不同气流速度下粗料比例与扭矩波动指数的对应映射，为后续的刀具间隙与除尘喷吹协调调整提供可靠依据。

5、进一步地，生成粉碎机刀具间隙调节量时，将实时得到的粗料质量占比和扭矩波动指数作为输入，以当前气流速度为索引，从所述耦合关系中查表得到目标扭矩波动指数，计算当前扭矩波动指数与目标扭矩波动指数的偏差，并通过比例积分控制器生成刀具间隙调节量，使粉碎机刀具间隙能够快速跟踪粗料变化趋势，有效降低过粉碎和粗料占比。

6、作为本发明的一个技术方案，生成脉冲除尘喷吹间隔修正量时，获取除尘器压差传感器采集的滤袋内外压差，根据扭矩波动指数计算滤袋表面粉尘层厚度建议值；对主轴扭矩信号进行高频滤波获得冲击强度，查表得到基础间隔修正量；再以所述粉尘层厚度建议值对基础间隔修正量进行增益倍率调整，得到脉冲除尘喷吹间隔修正量。这样能够在粗料偏多、粉碎负荷冲击加剧时自动缩短喷吹间隔，在平稳运行时适当延长间隔，既保证清灰效果，又降低压缩空气消耗。

7、对于回料堆积工况，本发明基于分级回料堆积高度的变化速率生成主轴转速补偿量。对回料堆积高度信号进行微分运算得到变化速率；当变化速率为正且堆积高度超过第二高度阈值时，依据变化速率的分段线性函数计算转速负补偿量，适当降低主轴转速以缓解分级回料压力；当变化速率为负且堆积高度低于第三高度阈值时，计算转速正补偿量，恢复并保证粉碎产量。由此防止分级装置因回料过快而堵塞，确保物料循环稳定。

8、为实现粉碎与除尘环节的精确时序配合，刀具间隙调节量与脉冲除尘喷吹间隔修正量的输出时机通过时域互相关特征同步确定。优选的，对粗料质量占比的时间序列和主轴扭矩的时间序列进行滑动窗口互相关计算，获得不同滞后时间下的互相关系数序列，提取互相关系数峰值对应的滞后时间作为系统延迟常数；在执行刀具间隙调节量时，引入该系统延迟常数作为前馈延迟补偿，使得刀具间隙调节量的生效时刻与脉冲喷吹间隔修正量的生效时刻保持该滞后时间的错开同步，避免因粉碎过程与除尘响应的时间差导致的控制振荡，真正实现闭环联动。

9、进一步优选的，所述滑动窗口互相关计算采用指数加权移动窗，先对所述粗料质量占比的时间序列和主轴扭矩的时间序列分别进行一阶差分去趋势，窗内权重由近期向远期指数递减，每获取新数据点更新互相关序列并提取峰值滞后时间。该处理方式能够实时跟踪系统动态特性的变化，保证延迟常数的准确性和适应能力。

10、在上述控制方法中，所述堆积阈值由分级装置的回料缓冲室几何容积与当前粉碎机出料质量流率动态计算得到。具体的，根据颗粒粒度分布和气流速度计算实时出料质量流率，将回料缓冲室的预设缓冲容积除以该实时出料质量流率获得允许堆积时间，再依据回料堆积高度与料位传感器电压的标定关系转换为堆积阈值。这一动态阈值能够真实反映当前工况下的缓冲能力，避免因固定阈值造成的误判和响应滞后。

11、优选的，生成喂料频率降低指令时，计算回料堆积高度与所述堆积阈值的差值比例；当差值比例处于第一区间时，以第一斜率线性降低喂料输送带运行频率；当差值比例处于第二区间时，以指数曲线降低运行频率，实现快速吞吐控制；当差值比例超过安全上限时，直接输出使喂料输送带停止的停机指令，可靠保护分级装置。

12、作为本发明的一种优选实现方式，所述粉碎机刀具间隙调节量通过粉碎机定刀座连接的伺服电动缸执行，伺服电动缸接收刀具间隙调节量并转换为线性位移，改变定刀与动刀之间的径向间隙；同时，在粉碎机轴承座处设置振动传感器，当检测到振动烈度超过振动阈值时，伺服电动缸执行间隙锁定，保持当前间隙值。这样在异常冲击或过载工况下能够立即锁定刀具位置，防止设备损坏，提升运行安全性。

13、通过上述分级闭环除尘联动控制，本方法将粗料比例、扭矩波动、回料堆积、除尘压差等多种相互影响的参数统一纳入联动决策，利用时域互相关特征保证各执行器在时间上的协同，从根源上抑制了出料粒度超标、分级堵塞和除尘效率下降的相互耦合问题，使鞋材粉碎生产过程更加稳定、节能且自动化程度显著提升。

14、在上述技术方案中，本发明提供的技术效果和优点：

15、依据粗料质量占比并结合气流速度与主轴扭矩确定粗料比例与扭矩波动指数的耦合关系，当粗料比例超过设定范围时，实时生成粉碎机刀具间隙调节量和脉冲除尘喷吹间隔修正量，并将两者输出时机通过粗料质量占比与主轴扭矩的时域互相关特征同步确定。粗料比例升高直接引起粉碎腔内循环负荷增大，主轴扭矩出现对应波动，该耦合关系在不同气流速度下被标定为曲面映射，使得根据当前工况能够反算目标扭矩波动指数进而解算出所需刀具间隙补偿量，避免传统方法仅凭单变量阈值动作时的过调和迟滞。同时，利用粗料质量占比时间序列与主轴扭矩时间序列的滑动窗口互相关计算获得系统延迟常数，将刀具间隙调节量生效时刻与脉冲喷吹间隔修正量生效时刻控制为错开同步关系，使得粉碎腔出料粒度改善所引起的粉尘发生量变化与除尘器清灰强度的调整在时间序列上精确匹配，消除粉碎调节与除尘响应之间的相位失配。粉尘负荷变化被先行补偿后，滤袋压差波动幅度减小，清灰耗气量与实际粉尘负荷保持一致，避免过度喷吹或清灰不足。

16、对分级回料堆积高度设置由回料缓冲室几何容积与实时出料质量流率计算得到的堆积阈值，当堆积高度超过阈值时生成喂料频率降低指令，同时依据回料堆积高度的变化速率生成主轴转速补偿量。回料堆积高度的变化速率通过微分运算实时获得，将正变化速率分段线性映射为主轴转速负补偿量，负变化速率对应转速正补偿量，使得粉碎机主轴转速跟随回料缓冲室的填充动态进行连续微调。在降低喂料频率抑制回料流入增量的同时，转速补偿调整粉碎腔内物料通过速率，防止因喂料减少导致腔体填充率骤降引起的粗料比例二次波动和气流速度突变，实现回料堆积趋势的主动平抑。这一过程避免了传统料位开关只触发停机的粗放方式，可在不中断产线的条件下恢复分级回料平衡。