【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及氣力輸送，具體涉及一種用于氣力物料輸送系統(tǒng)的水膜產(chǎn)生裝置及其智能控制方法。
技術(shù)介紹
1、氣力輸送是一種通過氣流在相對密閉的管道內(nèi)沿氣流方向輸送粉末(粒)狀物質(zhì)的綠色輸運方式，廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、化工、食品處理、機械制造、醫(yī)藥等領(lǐng)域。氣力輸送過程的封閉能夠防止物料受到外界的污染，還能多點進料和多點卸料靈活改變輸送路線，同時對于粉末狀、顆粒狀的物料輸送效率也較高。但是，氣力輸送也存在著諸多問題，例如管道磨損、拉絲等現(xiàn)象。在氣力輸送系統(tǒng)中，由于顆粒與顆粒、顆粒與壁面之間的相互作用，物料顆粒不可避免地會產(chǎn)生摩擦和破損，導(dǎo)致管內(nèi)出現(xiàn)粉塵和拉絲現(xiàn)象，這對顆粒運輸?shù)姆€(wěn)定性和連續(xù)性有著不利的影響，同時也加劇了能耗損失。而另一種常見的物料輸送方式-水力輸送。它是借助水的流動來輸送物料，能耗低、效率高并且不會因為摩擦生熱而產(chǎn)生粉塵和拉絲現(xiàn)象，但是輸送的距離有限且需要進行水、物料混合物中水分提取問題。
2、從上述可知，氣力輸送過程中存在拉絲和產(chǎn)生磨損現(xiàn)象，影響輸送系統(tǒng)的穩(wěn)定性及加劇能耗。因此，參考水力輸送，對氣力輸送方法進行改進升級。但是目前常見的手段對輸送過程中數(shù)據(jù)的采集和處理效率較低，精度和準(zhǔn)確率也較低，而且對于數(shù)據(jù)連續(xù)的動態(tài)變化不能有效的實現(xiàn)自動化決策。因此，可以采用一種更加智能化的手段和方法對過程數(shù)據(jù)進行特征處理和數(shù)據(jù)分析預(yù)測，優(yōu)化氣力輸送整體的輸送效能和穩(wěn)定性，提高精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確性，降低能耗和物料損耗。
3、為了解決上述問題，本專利技術(shù)提出了一種用于氣力物料輸送系統(tǒng)的水膜產(chǎn)生裝置及其智能控制方法，水膜產(chǎn)生裝
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，從而提供一種用于氣力物料輸送系統(tǒng)的水膜產(chǎn)生裝置及其智能控制方法，包括進氣端口、第三電磁閥門、第一進氣管道、水箱、電磁流量計、第一電磁閥門、中間管道、噴嘴管道、噴嘴、第二電磁閥門、第二進氣管道、溫濕度傳感器、pid控制器、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。所述進氣端口用于整個氣膜產(chǎn)生裝置壓縮氣體的入口；所述第三電磁閥門用于控制氣流的通斷；所述第一進氣管道用于氣膜產(chǎn)生裝置的壓縮引入到水箱，用于平衡水箱與壓力；所述水箱用于氣膜產(chǎn)生裝置提供水源；所述電磁流量計用于實時準(zhǔn)確地測量氣膜產(chǎn)生裝置中水的流量；所述第一電磁閥門用于精確調(diào)節(jié)進入系統(tǒng)的水流流量；所述中間管道用于氣膜裝置高壓水流的輸送；所述噴嘴管道用于高壓水流的分流；所述噴嘴用于氣膜裝置產(chǎn)生噴霧；所述第二電磁閥門用于壓縮氣體的通斷；所述第二進氣管道用于將壓縮空氣直接輸送到中間管道；所述溫濕度傳感器用于檢測料靴及輸送前后端管道內(nèi)的溫度和濕度；所述pid控制器用于調(diào)整注水量，所述循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對氣力物料輸送過程的壓力、溫度、濕度以及氣速進行訓(xùn)練學(xué)習(xí)，根據(jù)預(yù)測的空氣飽和含水量和壓力損失對初始參數(shù)實時修正，從而提高物料輸送的精準(zhǔn)度和準(zhǔn)確性，降低能耗和物料損耗，同時對管道進行降溫，防止物料摩擦生熱而產(chǎn)生粉塵和拉絲現(xiàn)象。
2、本專利技術(shù)具體采取的技術(shù)方案為：
3、一種用于氣力物料輸送系統(tǒng)的水膜產(chǎn)生裝置及其智能控制方法，其特征在于：包括進氣端口、第三電磁閥門、第一進氣管道、水箱、第一電磁閥門、中間管道、噴嘴管道和噴嘴；第一進氣管道的輸入端與用于壓縮氣體輸入的進氣端口連接，第三電磁閥門設(shè)置在第一進氣管道上，第一進氣管道的輸出端插入水箱輸入口，用于平衡水箱內(nèi)的水壓，水箱輸出口通過第一電磁閥門與中間管道輸入端連接，第一電磁閥門用于調(diào)節(jié)注水流量，中間管道輸出端經(jīng)噴嘴管道與噴嘴連接，噴嘴用于為氣力物料輸送管道提供水膜。
4、所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：還包括第二進氣管道，第二進氣管道上設(shè)置有第二電磁閥門，第二進氣管道的輸入端連接在第一進氣管道靠近進氣端口處，第二進氣管道的輸出端連接中間管道。
5、所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：第二電磁閥門單獨開啟時壓縮氣體輸入到噴嘴內(nèi)，用于清洗氣力物料輸送管道。
6、所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：還包括用于記錄水流大小的電磁流量計，電磁流量計通過法蘭盤與水箱相連接，電磁流量計通過法蘭盤與第一電磁閥門相連接。
7、所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述噴嘴管道為至少兩路管道，所述噴嘴為至少兩個噴嘴，噴嘴管道分別與對應(yīng)的噴嘴連接。
8、所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述噴嘴為環(huán)形噴嘴，其包括依次連接的環(huán)形管道和文丘里管，所述文丘里管為多個，均勻設(shè)置在環(huán)形管道上，所述文丘里管設(shè)置成與水平面成45°夾角，所述文丘里管包括依次連接的收縮管、喉管以及擴散管，三者中喉管的管徑最小。
9、一種氣力物料輸送管道內(nèi)空氣含水量的智能控制方法，采用pid控制器調(diào)節(jié)第一電磁閥門實時調(diào)整注水流量，pid控制器是一種非常經(jīng)典的控制器，它由比例(p)，積分(i)和微分(d)三部分構(gòu)成，可以分別對系統(tǒng)的偏差，累積偏差和偏差變化率進行控制。其表達(dá)式為：
10、
11、式中，u(t)是控制信號，e(t)是誤差信號，kp，ki，kd是pid控制器的參數(shù)。如果監(jiān)控的壓力損失比上次系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定值對應(yīng)的壓力損失要低，則正向微調(diào)注水量，反之則減小。通過響應(yīng)控制信號的調(diào)整，實現(xiàn)對氣力輸送過程的注水量動態(tài)監(jiān)測和調(diào)節(jié)，從而提高系統(tǒng)的運行效率和穩(wěn)定性。
12、一種氣力物料輸送管道內(nèi)空氣含水量的智能控制方法，使用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建氣力物料輸送過程中空氣飽和含水量和壓力損失的預(yù)測模型，其算法實現(xiàn)過程為：循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種針對x(1),…,x(t)序列數(shù)據(jù)而開發(fā)出來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型,循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)需要所針對的x(1),…,x(t)序列數(shù)據(jù)具備一定的邏輯關(guān)聯(lián),也就是說所需要得到的t時刻的狀態(tài)只跟過去的x(1),…,x(t－1)和在t時刻的輸入xt有關(guān),即要輸出的t時刻的預(yù)測值y(t)依賴于曾經(jīng)的x(1),…,x(t－1)所對應(yīng)的y(1),…,y(t－1)和t時刻的輸入xt，因此，本專利技術(shù)選擇使用三層感知循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建氣力輸送過程中空氣飽和含水量和壓力損失的預(yù)測模型，包含一個輸入層,一個隱藏層和一個輸出層，同層中的神經(jīng)元互不相連，而相鄰兩層間的神經(jīng)元彼此全連接。以壓力p、溫度t、濕度ah以及氣速v作為輸入層x1、x2、x3、x4，預(yù)測目標(biāo)空氣飽和含水量作為輸出層y1，預(yù)測壓力損失作為輸出層y2。確定了輸入層和輸出層后，在前向傳播階段，輸入層獲取到輸入信號，即與空氣飽和含水量和壓力損失相互關(guān)聯(lián)的所有影響因子x1，…，xn，并將其傳遞到隱藏層中的每個神經(jīng)元。然后，隱藏層處理這些信號并將處理結(jié)果傳遞本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
1.一種用于氣力物料輸送系統(tǒng)的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：包括進氣端口(9)、第三電磁閥門(10)、第一進氣管道(1)、水箱(2)、第一電磁閥門(4)、中間管道(5)、噴嘴管道(15)和噴嘴(6)；第一進氣管道(1)的輸入端與用于壓縮氣體輸入的進氣端口(9)連接，第三電磁閥門(10)設(shè)置在第一進氣管道(1)上，第一進氣管道(1)的輸出端插入水箱(2)輸入口，用于平衡水箱內(nèi)的水壓，水箱(2)輸出口通過第一電磁閥門(4)與中間管道(5)輸入端連接，第一電磁閥門(4)用于調(diào)節(jié)注水流量，中間管道(5)輸出端經(jīng)噴嘴管道(15)與噴嘴(6)連接，噴嘴(6)用于為氣力物料輸送管道(16)提供水膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：還包括第二進氣管道(8)，第二進氣管道(8)上設(shè)置有第二電磁閥門(7)，第二進氣管道(8)的輸入端連接在第一進氣管道(1)靠近進氣端口(9)處，第二進氣管道(8)的輸出端連接中間管道(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述第二電磁閥門(7)單獨開啟時，用于沖洗水膜產(chǎn)生裝置的管道及噴嘴。
4.根
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述噴嘴管道(15)為至少兩路管道，所述噴嘴(6)為至少兩個噴嘴，噴嘴管道分別與對應(yīng)的噴嘴(6)連接，所述噴嘴(6)為環(huán)形噴嘴，其包括依次連接的環(huán)形管道(13)和文丘里管(14)，所述文丘里管(14)為多個，均勻設(shè)置在環(huán)形管道(13)上。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：每個所述文丘里管(14)設(shè)置成與水平面成45°夾角，所述文丘里管(14)包括依次連接的收縮管(141)、喉管(142)以及擴散管(143)，三者中喉管(142)的管徑最小。
7.一種氣力物料輸送管道內(nèi)空氣含水量的智能控制方法，該方法應(yīng)用到權(quán)利要求1-6任一項所述的水膜產(chǎn)生裝置，采用PID控制器控制第一電磁閥門(4)實時調(diào)整注水流量，使用循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建氣力物料輸送過程中空氣飽和含水量和壓力損失的預(yù)測模型，將記錄的壓力P、溫度T、濕度AH和氣速V輸入所述預(yù)測模型，基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測結(jié)果來修正初始空氣流量和顆粒下料速率，直到物料輸送完成，結(jié)束控制。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣力物料輸送管道內(nèi)空氣含水量的智能控制方法，所述循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包括輸入層、隱藏層和輸出層，基于氣力物料輸送管道的壓力P、溫度T、濕度AH以及氣速V作為輸入層參數(shù)，在網(wǎng)絡(luò)模型中利用前向傳播算法和后向傳播算法進行數(shù)據(jù)迭代和擬合，利用梯度下降來求解局部的極值，完成對模型的訓(xùn)練，預(yù)測輸出空氣飽和含水量和壓力損失。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氣力物料輸送管道內(nèi)空氣含水量的智能控制方法，所述采用PID控制器控制第一電磁閥門(4)實時調(diào)整注入流量之前，還進行以下步驟：
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的氣力物料輸送管道內(nèi)空氣含水量的智能控制方法，所述采用PID控制器控制第一電磁閥門(4)實時調(diào)整注入流量具體包括如下步驟：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種用于氣力物料輸送系統(tǒng)的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：包括進氣端口(9)、第三電磁閥門(10)、第一進氣管道(1)、水箱(2)、第一電磁閥門(4)、中間管道(5)、噴嘴管道(15)和噴嘴(6)；第一進氣管道(1)的輸入端與用于壓縮氣體輸入的進氣端口(9)連接，第三電磁閥門(10)設(shè)置在第一進氣管道(1)上，第一進氣管道(1)的輸出端插入水箱(2)輸入口，用于平衡水箱內(nèi)的水壓，水箱(2)輸出口通過第一電磁閥門(4)與中間管道(5)輸入端連接，第一電磁閥門(4)用于調(diào)節(jié)注水流量，中間管道(5)輸出端經(jīng)噴嘴管道(15)與噴嘴(6)連接，噴嘴(6)用于為氣力物料輸送管道(16)提供水膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：還包括第二進氣管道(8)，第二進氣管道(8)上設(shè)置有第二電磁閥門(7)，第二進氣管道(8)的輸入端連接在第一進氣管道(1)靠近進氣端口(9)處，第二進氣管道(8)的輸出端連接中間管道(5)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述第二電磁閥門(7)單獨開啟時，用于沖洗水膜產(chǎn)生裝置的管道及噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：還包括用于記錄水流大小的電磁流量計(3)，所述電磁流量計(3)通過法蘭盤分別與水箱(2)和第一電磁閥門(4)相連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水膜產(chǎn)生裝置，其特征在于：所述噴嘴管道(15)為至少兩路管道，所述噴嘴(6)為至少兩個噴嘴，噴嘴管道分別與對應(yīng)的噴嘴(6)連接，所述噴嘴(6)為環(huán)形噴嘴，其包括依次連接的環(huán)形管道(1...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：周甲偉，魏燁東，國順，劉一晨，呂世豪，甘棠，張亦明，李永鑫，上官林建，王星星，李立建，
申請(專利權(quán))人：華北水利水電大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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