碟式分离机运行状态监测与控制系统的制作方法

本发明涉及离心分离设备运行监测与自动控制领域，更具体地说，涉及一种碟式分离机运行状态监测与控制系统。

背景技术：

1、碟式分离机在高速旋转状态下完成固液或液液分离，其振动、电流、转速、流量和压力同时受机械状态与工艺负载影响。cn107661817a公开了一种碟式分离机控制系统，通过振动、转速和电流传感器监测设备状态，并依据设定报警值实施报警或停机；wo2025196025a1公开了在原位清洗（cip）过程中记录电机电流、转鼓转速、振动及排出压力，用于分析清洗过程和运行异常。上述方案能够实现参数采集、阈值保护及cip过程监测，但生产工况中的进料负载、固相积累和排液动作同样会引起振动、电流及压力变化，固定阈值难以区分机械劣化与工艺扰动；同时，现有cip数据主要用于过程监测，缺少按转速建立并持续更新的机械本底，以及将生产工况按进料负载和排液阶段与机械本底配准的机制，也缺少依据解耦后的状态残差动态修正安全边界、预测首触边界并验证控制结果的闭环控制。因此，需要一种能够利用cip机械本底区分机械状态与工艺负载，并据此动态调整安全运行域的监测与控制系统。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种碟式分离机运行状态监测与控制系统，其解决了现有碟式分离机监测过程中机械状态变化与工艺负载变化相互耦合、固定报警边界难以适应设备状态演化以及异常控制缺少闭环验证的问题。

2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：碟式分离机运行状态监测与控制系统，所述系统包括：

3、运行监测模块，用于同步采集碟式分离机的振动值、输出电流、实测转速、进料流量、液体压力、气体压力及进料阀、重相排液阀、cip进液阀和cip排液阀的状态，并识别生产工况与cip工况；

4、机械本底模块，用于从cip工况数据中按转速区间提取振动值、输出电流和液体压力的稳定响应，形成并更新各转速区间对应的机械本底状态；

5、跨工况配准模块，用于依据生产工况下的实测转速、进料流量及重相排液状态，将当前生产状态与所述机械本底状态配准，获得机械参考参数；

6、状态解耦模块，用于确定生产状态参数相对机械参考参数的跨工况残差，并依据所述跨工况残差与最近两次已完成cip过程机械本底变化的一致性，将其分解为机械状态残差和工艺负载残差；

7、运行域控制模块，用于依据两类残差分别修正机械保护边界和工艺运行边界，形成动态安全运行域，确定运行状态首先逼近的首触边界，并按边界类型输出退让控制指令；

8、闭环修正模块，用于根据退让控制后的边界距离及两类残差变化，执行生产参数恢复、升级退让或保护停机。

9、进一步地，所述运行监测模块包括：

10、时序同步单元和工况标记单元；

11、所述时序同步单元按照统一时间基准对振动值、输出电流、实测转速、进料流量、液体压力、气体压力及各阀门状态进行采样对齐；

12、所述工况标记单元根据设备运行模式以及进料阀、cip进液阀和cip排液阀的状态组合，将对齐后的运行数据分别标记为生产工况数据、cip工况数据和工况切换数据，并将工况切换数据排除于机械本底计算的数据集之外。

13、进一步地，所述机械本底模块将cip工况下的实测转速划分为连续转速区间，在各转速区间内选取转速波动不超过对应稳定限值且阀门状态保持不变的连续采样区段，分别以所述连续采样区段内振动值、输出电流和液体压力的中位数作为稳定响应基准值；

14、将各稳定响应基准值组成对应转速区间的机械本底状态，并比较最近两次已完成cip过程中同一转速区间的机械本底状态，当同一参数的偏移方向一致且偏移量超过对应稳定波动限值时，以时间顺序在后的cip过程稳定响应基准值更新对应机械本底状态。

15、进一步地，所述跨工况配准模块根据生产工况下的当前实测转速确定目标转速区间；

16、当当前实测转速位于两个相邻转速区间之间时，依据其相对两个转速区间中心转速的位置确定插值参考状态；

17、在所述目标转速区间或插值参考状态基础上，调用由正常生产数据按进料负载区间和重相排液阶段建立的工况修正映射，对机械本底状态进行条件配准，获得当前时刻对应的振动参考参数、输出电流参考参数和液体压力参考参数。

18、进一步地，所述状态解耦模块分别计算生产工况下振动值、输出电流和液体压力相对于对应机械参考参数的偏离量，形成跨工况残差序列；

19、将所述跨工况残差序列的变化方向与最近两次已完成cip过程中同一转速区间机械本底的变化方向进行一致性和持续性比较；

20、对二者保持同向持续变化的残差分量标记为机械状态残差，对随进料流量、固相积累或重相排液状态变化且未在cip机械本底中形成对应持续变化的残差分量标记为工艺负载残差。

21、进一步地，所述状态解耦模块还包括异常归因单元；

22、所述异常归因单元在振动机械状态残差与cip振动本底同步持续增大时生成轴承或转鼓状态异常标识，在振动机械状态残差与输出电流机械状态残差同步持续增大时生成传动负荷异常标识；

23、在执行降低进料流量后工艺负载残差减小时生成进料负载异常标识，在执行重相排液后工艺负载残差减小时生成固相积累或排液异常标识，并将对应异常标识发送至运行域控制模块。

24、进一步地，所述运行域控制模块以设备稳定运行期间的转速、进料流量、输出电流、振动值、液体压力和气体压力的允许组合范围构成基础安全运行域；

25、依据机械状态残差绝对值相对于正常残差阈值的倍数及其持续增长状态，使与振动值、输出电流和转速关联的机械保护边界向基础安全运行域内部收缩；

26、依据工艺负载残差绝对值相对于正常残差阈值的倍数及其持续增长状态，使与进料流量、液体压力、气体压力和重相排液状态关联的工艺运行边界向基础安全运行域内部收缩；

27、将收缩后的两类边界组合为当前采样周期对应的动态安全运行域。

28、进一步地，所述运行域控制模块计算各运行参数当前值与对应动态安全运行边界值之间的差值，并以所述差值与该运行参数在基础安全运行域中的允许跨度之比作为归一化边界距离，由连续采样周期内各归一化边界距离序列形成运行状态轨迹；

29、对于归一化边界距离持续减小的边界，以当前归一化边界距离与相邻采样周期归一化边界距离减少量之比确定预计到达周期数；

30、将正值预计到达周期数中数值最小的边界确定为首触边界，并以首触边界所属参数及边界类型作为退让控制依据。

31、进一步地，所述运行域控制模块在首触边界对应进料负载或输出电流工艺运行边界时输出降低进料流量指令，在首触边界对应固相积累或排液状态工艺运行边界时输出调整重相排液阀动作时刻或排液持续时间的指令，在首触边界属于机械保护边界时依次输出降低进料流量和降低目标转速的指令；

32、当机械状态残差在所述指令执行后仍连续增大，且运行状态轨迹继续向机械保护边界外侧移动时，输出保护停机指令。

33、进一步地，所述闭环修正模块在每次退让控制指令执行后重新获取运行参数，通过跨工况配准模块和状态解耦模块更新机械状态残差、工艺负载残差及运行状态轨迹；

34、当运行状态轨迹向动态安全运行域内部移动且对应残差绝对值减小时，按照退让控制的逆向顺序逐级恢复进料流量、重相排液状态和目标转速，并在每一级恢复后再次验证；

35、当运行状态轨迹未向动态安全运行域内部移动或机械状态残差继续增大时，提高退让控制级别，直至设备进入动态安全运行域并保持稳定，或执行保护停机。

36、本发明的有益效果在于：

37、1、本发明利用cip工况下负载条件相对稳定的运行数据按转速区间建立机械本底，并通过相邻cip过程的持续性变化更新机械本底，使设备机械状态具有与实际转速相对应且可随长期运行状态更新的参考基准，减少单次清洗波动或瞬态冲击对机械基准的影响。

38、2、本发明将生产工况与cip工况进行跨工况条件配准，以当前实测转速、进料流量和重相排液阶段确定机械参考参数，再利用生产参数相对机械参考参数的无量纲跨工况残差以及cip机械本底的同步变化区分机械状态残差与工艺负载残差，从而降低进料负载、固相积累和排液动作对机械异常判断的干扰。

39、3、本发明根据机械状态残差和工艺负载残差分别修正机械保护边界和工艺运行边界，使固定安全范围转换为能够随机械状态和生产负载变化的动态安全运行域，并通过统一的无量纲边界距离比较不同物理量相对于各自风险边界的接近程度。

40、4、本发明根据运行参数的剩余安全距离及其边界逼近速度确定预计到达周期数，以预计最先到达的边界作为首触边界，并依据首触边界类型执行进料流量调节、重相排液调节、降低转速或保护停机；控制后重新进行跨工况配准和残差计算，根据设备是否向动态安全运行域内部恢复决定逐级恢复生产参数或升级退让控制，从而形成状态监测、异常归因、控制执行和控制效果验证的闭环。