基于物联网的铝液氮气除气机用自动化控制系统的制作方法

1.本发明涉及自动化控制技术领域，具体涉及基于物联网的铝液氮气除气机用自动化控制系统。


背景技术：

2.除气机是种无公害的绿色铝液净化处理设备，旋转式除气机是通过高速旋转并喷射惰性气体的转子把惰性气体大气泡打散成非常细微的小气泡，并使其均匀地分散在金属液中，通过减小气泡直径，这些气泡总的表面积急剧增大，这就使得更多的惰性气泡表面和金属液中的杂质接触从而把这些有害物质带到金属液体表面。
3.现有的铝液氮气除气机在工作时，不能对氮气气泡的除杂情况进行实时监测并动态调控氮气气泡直径，使得氮气气泡跟随铝液中杂质的减少自适应的进行调整，导致氮气整体的吸附能力不佳。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供基于物联网的铝液氮气除气机用自动化控制系统，解决以下技术问题：如何解决根据铝液中杂质的分布情况自适应的调整氮气气泡直径，使得氮气高效快速的对铝液进行除杂的技术问题。
5.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
6.基于物联网的铝液氮气除气机用自动化控制系统，包括液体组合模块、气体组合模块和控制模块；
7.液体组合模块用于实时获取除气机中铝液的监测信息，对监测信息进行处理分析，得到包含气迁系数的监测分析信息；
8.气体组合模块用于实时获取除气机中氮气的输送信息，对输送信息进行处理分析，得到包含吸附值的输送分析信息；
9.控制模块用于控制转子的转速来对氮气气泡直径进行动态调整。
10.优选的，液体组合模块包含液体采集单元和液体监测单元，通过液体采集单元获取除气机中铝液的体积和深度，对铝液的体积和深度进行取值并标记为lt和ls；取值标记的铝液的体积和深度构成第一监测集；
11.获取除气机中的可用空间体积和可用空间高度，通过液体监测单元对铝液上表面积聚的混合物进行监测，得到混合物的体积，对混合物的体积进行取值并标记为bi,i＝1,2,3,...,n；n为正整数；取值标记的混合物的体积构成第二监测集；第一监测集和第二监测集构成监测信息。
12.优选的，对监测信息进行处理分析的具体步骤包括：
13.当氮气气泡移动至铝液上表面时，获取氮气气泡进入至铝液中的初始时间以及氮气气泡移动至铝液上表面的结束时间，根据初始时间和结束时间的时间差得到吸附时长，提取吸附时长的数值并标记为xs；对吸附时长xs、铝液的体积lt和深度ls进行归一化处理
并取值，通过公式计算获取氮气气泡的气迁系数qq,a1和a2为不同的比例系数。
14.优选的，气体组合模块包含气体采集单元和气体监测单元，气体采集单元用于采集除气机中转子的实时转速，提取实时转速的数值并标记为zsi；气体采集单元还用于采集实时氮气的输送体积和气泡直径，提取氮气的输送体积和气泡直径的数值并分别标记为sti和qzi，标记取值的实时转速以及输送体积和气泡直径构成输送信息。
15.优选的，对输送信息进行处理分析的具体步骤包括：
16.通过转子的转动将输送的氮气大气泡打散成小气泡，并使其均匀地分散在铝液中，小气泡向上移动时将铝液中的杂质吸附并移动至铝液的上表面积聚成混合物，通过公式计算获取氮气的吸附值xf,t为监测时长，将吸附值对应的气泡直径标记为基准直径，将转子的转速设定为基准转速。
17.优选的，将吸附值与预设的吸附范围进行匹配，若吸附值属于吸附范围，则判定对应气泡直径可以正常将铝液中的杂质进行吸附，并生成第一提示信号；
18.若吸附值不属于吸附范围，则判定对应气泡的直接不能正常的将铝液中的杂质进行吸附，并生成第二提示信号，根据第二提示信号对氮气的输送进行监测调控。
19.优选的，对氮气的输送进行监测调控的具体步骤包括：
20.若吸附值大于吸附范围的最大值，则判定气泡的吸附能力过低，需要降低气泡直径，并生成第一调控指令；
21.若吸附值小于吸附范围的最小值，则判定气泡的吸附能力过高，需要提高气泡直径，并生成第二调控指令；第一调控指令和第二调控指令构成气泡调控集；根据气泡调控集中不同的指令调整气泡直径。
22.优选的，调整气泡直径通过改变转子的转速实现，具体的步骤包括：
23.若气泡调控集中包含第一调控指令，根据第一调控指令提高转子的转速来降低气泡直径，转子提速前，将铝液上表面混合物的体积设定为基准体积，根据预设的变速比值提高转子的转速，将提高后转子的转速设定为第一变速，在监测时长后获取铝液上表面混合物的体积并设定为第一提升体积，获取第一提升体积对应的吸附值，若吸附值仍大于吸附范围的最大值，根据预设的变速比值继续提高转子的转速，直至吸附值属于预设的吸附范围。
24.优选的，若气泡调控集中包含第二调控指令，根据第二调控指令降低转子的转速来提高气泡直径，根据预设的变速比值降低转子的转速，将降低后转子的转速设定为第二变速，在监测时长后获取铝液上表面混合物的体积并设定为第二提升体积，获取第二提升体积对应的吸附值，若吸附值仍小于吸附范围的最小值，根据预设的变速比值继续降低转子的转速，直至吸附值属于预设的吸附范围。
25.本发明的有益效果：
26.本发明公开的一方面，通过对除气机中铝液的分布情况以及氮气的输送情况进行实时监测，通过吸附时长、铝液的体积和深度获取氮气气泡的气迁系数，基于气迁系数可以从局部分析判断铝液中杂质的分布情况，可以为后续氮气气泡的动态调控提供了依据。
27.本发明公开的另一方面，通过对氮气的输送情况以及铝液上表面混合物的积聚情况进行实时监测，根据预设的监测时长、气迁系数以及混合物的体积和氮气的输送体积获取氮气的吸附值，基于吸附值判断氮气吸附杂质的能力是否正常，通过调整转子的转速来调整氮气气泡的直径来调整氮气的吸附能力，使得氮气高效快速的对铝液进行除杂，克服了现有方案中无法根据氮气气泡的吸附情况自适应的调整氮气除杂能力的缺陷。
附图说明
28.下面结合附图对本发明作进一步的说明。
29.图1为本发明基于物联网的铝液氮气除气机用自动化控制系统的模块框图。
具体实施方式
30.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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
31.请参阅图1，本发明为基于物联网的铝液氮气除气机用自动化控制系统，包括液体组合模块、气体组合模块和控制模块；
32.本发明通过对除气机中铝液和氮气进行数据采集和监测分析，实时对氮气气泡在铝液上表面积聚的情况进行分析，分析判断铝液中杂质的吸附情况，并随着铝液中杂质的减少，通过改变转子的转速自适应的动态调整氮气气泡直径，使得氮气气泡更快速、更全面的吸附杂质，提高了氮气的吸附能力，使得铝液中的杂质更精准的进行吸附。
33.液体组合模块用于实时获取除气机中铝液的监测信息，其中，液体组合模块包含液体采集单元和液体监测单元，通过液体采集单元获取除气机中铝液的体积和深度，对铝液的体积和深度进行取值并标记为lt和ls；取值标记的铝液的体积和深度构成第一监测集；
34.获取除气机中的可用空间体积和可用空间高度，通过液体监测单元对铝液上表面积聚的混合物进行监测，得到混合物的体积，该混合物为氮气吸附铝液中杂质后混合的物质，对混合物的体积进行取值并标记为bi,i＝1,2,3,...,n；n为正整数；取值标记的混合物的体积构成第二监测集；第一监测集和第二监测集构成监测信息；其中，混合物体积的监测可以通过气体传感器实现，根据除气机中的可用空间体积的变化，可以获取到铝液上表面积聚的混合物的体积情况；
35.对监测信息进行处理分析，得到包含气迁系数的监测分析信息；具体的步骤包括：
36.当氮气气泡移动至铝液上表面时，获取氮气气泡进入至铝液中的初始时间以及氮气气泡移动至铝液上表面的结束时间，根据初始时间和结束时间的时间差得到吸附时长，提取吸附时长的数值并标记为xs；
37.值得注意的是，获取到氮气气泡移动至铝液上表面的结束时间通过图像识别算法实现，在对铝液中输送氮气前，获取铝液上表面的图像并设定为基准图像；当对铝液中输送氮气后，实时获取铝液上表面的图像并设定为对比图像，通过图像识别算法将对比图像实时与基准图像进行匹配，图像识别算法可以是公开号cn105184754b公开的技术方案，当匹
配结果一致时，则判定氮气气泡没有移动至铝液上表面；当匹配结果不一致时，则判定氮气气泡移动至铝液上表面，并将该时间设定为氮气气泡移动至铝液上表面的结束时间；并且基于图像上不相同的特征来获取气泡直径；
38.对吸附时长xs、铝液的体积lt和深度ls进行归一化处理并取值，通过公式计算获取氮气气泡的气迁系数qq,a1和a2为不同的比例系数；
39.需要注意的是，因为氮气气泡移动的距离越短，除气速度越快，另外，氮气气泡和金属液接触时间越长，提高除气效率也就越大，因此，除气时，狭窄且较深的除气容器可以使得金属液的除气效果更好；本实施例中，除了铝液和氮气自身的影响，氮气的吸附除气还受铝液的体积和深度影响，通过对刚开始氮气气泡在铝液中吸附的情况进行监测，基于第一个氮气气泡达到铝液上表面的时间，通过将各项数据进行联立计算得到气迁系数，基于气迁系数可以从局部获取铝液中杂质的分布情况。
40.气体组合模块用于实时获取除气机中氮气的输送信息；
41.其中，气体组合模块包含气体采集单元和气体监测单元，气体采集单元用于采集除气机中转子的实时转速，提取实时转速的数值并标记为zsi；气体采集单元还用于采集实时氮气的输送体积和气泡直径，提取氮气的输送体积和气泡直径的数值并分别标记为sti和qzi，标记取值的实时转速以及输送体积和气泡直径构成输送信息；其中，氮气的输送体积是指某一时刻氮气进入铝液中的总体积，可以通过气体流量监测仪获取；
42.通过气体监测单元对输送信息进行处理分析，得到包含吸附值的输送分析信息；具体的步骤包括：
43.通过转子的转动将输送的氮气大气泡打散成小气泡，并使其均匀地分散在铝液中，小气泡向上移动时将铝液中的杂质吸附并移动至铝液的上表面积聚成混合物，通过公式计算获取氮气的吸附值xf,t为监测时长，将吸附值对应的气泡直径标记为基准直径，将转子的转速设定为基准转速。
44.需要注意的是，在某一时刻将氮气气泡输送至铝液中后停止继续输送氮气并进行监测，经过一段时间的除气，部分氮气气泡移动至铝液的上表面积并积聚，其余部分氮气气泡依旧在至铝液中吸附杂质未移动至铝液的上表面，基于吸附值可以获取到一段时间后氮气整体的吸附情况；sti-bi表示铝液中正在吸附的氮气气泡体积，因为氮气气泡在铝液中吸附时受到铝液中杂质分布的影响，并且bi的数值与监测时长有关，监测时长越长，bi的数值越大，因此通过将各项数据进行联立，通过吸附值表示铝液中杂质的吸附情况；
45.将吸附值与预设的吸附范围进行匹配，若吸附值属于吸附范围，则判定对应气泡直径可以正常将铝液中的杂质进行吸附，并生成第一提示信号；
46.若吸附值不属于吸附范围，则判定对应气泡的直接不能正常的将铝液中的杂质进行吸附，并生成第二提示信号，根据第二提示信号对氮气的输送进行监测调控；
47.本实施例中，通过对吸附值进行监测分析，判断氮气气泡的吸附能力是否正常，当氮气气泡的吸附不正常时，需要进一步分析是氮气气泡的吸附能力是过高还是过低，吸附能力过高会导致氮气资源的浪费并且不容易控制氮气的输送量；吸附能力过低会影响铝液中杂质去除的时长和效果，因此需要根据铝液中杂质去除的情况对氮气气泡的输送进行动
态调控；
48.控制模块用于对氮气的输送进行动态控制，具体的步骤包括：
49.若吸附值大于吸附范围的最大值，则判定气泡的吸附能力过低，需要降低气泡直径，并生成第一调控指令；
50.若吸附值小于吸附范围的最小值，则判定气泡的吸附能力过高，需要提高气泡直径，并生成第二调控指令；第一调控指令和第二调控指令构成气泡调控集；根据气泡调控集中不同的指令调整气泡直径。
51.调整气泡直径通过改变转子的转速实现，具体的步骤包括：
52.若气泡调控集中包含第一调控指令，根据第一调控指令提高转子的转速来降低气泡直径，转子提速前，将铝液上表面混合物的体积设定为基准体积，根据预设的变速比值提高转子的转速，其中，预设的变速比值可以为5％，根据预设的变速比值对转子的转速进行提高或者降低，将提高后转子的转速设定为第一变速，在监测时长后获取铝液上表面混合物的体积并设定为第一提升体积，获取第一提升体积对应的吸附值，若吸附值仍大于吸附范围的最大值，根据预设的变速比值继续提高转子的转速，直至吸附值属于预设的吸附范围。
53.若气泡调控集中包含第二调控指令，根据第二调控指令降低转子的转速来提高气泡直径，根据预设的变速比值降低转子的转速，将降低后转子的转速设定为第二变速，在监测时长后获取铝液上表面混合物的体积并设定为第二提升体积，获取第二提升体积对应的吸附值，若吸附值仍小于吸附范围的最小值，根据预设的变速比值继续降低转子的转速，直至吸附值属于预设的吸附范围。
54.本实施例中，通过对吸附值进行实时监测，铝液中杂质的减少会导致吸附值发生变化，实时将吸附值于吸附范围进行匹配分析，通过调整转子的转速来动态调控氮气气泡直径，使得氮气的除杂效果达到最佳。
55.上述的公式均是去除量纲取其数值计算，通过采集大量的数据进行软件模拟得到最接近真实情况的一个公式，公式中的预设比例系数和阈值由本领域的技术人员根据实际情况设定或者通过大量数据模拟获取。
56.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
57.以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。