一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制方法及系統與流程
1.本技術涉及自動控制領域，具體涉及一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制方法及系統。
背景技術：
2.污染防治攻堅戰作為重要一戰，重點是打贏藍天保衛戰，這就需要散貨港口做好粉塵污染防治工作，從源頭著手，力爭把散貨港口的粉塵污染降到最低，建立綠港口。隨著《中華人民共和國環境保護稅法》的正式實施，在國內散貨港口掀起了新一輪的粉塵治理技改高潮。
3.針對翻車機房的煤炭粉塵抑制主要通過人工經驗灑水，抑制車廂翻料過程中的揚塵。在翻料作業前進行車廂內煤炭含水率監測，可以起到精準控制灑水，精準抑塵，節約水資源的作用。
技術實現要素：
4.本技術提供了一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制系統及方法，通過實時監測物料的含水率，對物料進行精確灑水作業。
5.為達到上述目的，本技術提供了以下方案：
6.一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制系統，包括：距離控制模塊、紅外監測模塊、模型構建模塊和灑水控制模塊；
7.所述距離控制模塊與所述紅外監測模塊安裝在同一水平面，所述距離控制模塊用于選定監測位置，并控制監測距離；
8.所述紅外監測模塊還與所述模型構建模塊連接，所述紅外監測模塊用于監測目標物料的紅外吸光度；
9.所述模型構建模塊還與所述灑水控制模塊連接，所述模型構建模塊用于基于所述紅外吸光度構建物料含水率模型；
10.所述灑水控制模塊用于基于所述物料含水率模型進行灑水控制。
11.優選的，所述距離控制模塊包括：測距傳感器和位置控制裝置；
12.所述測距傳感器與所述紅外監測模塊安裝在同一水平面，所述測距傳感器用于采集距離信號；
13.所述位置控制裝置與所述紅外監測模塊連接，所述位置控制裝置用于基于所述距離信號控制所述紅外監測模塊的所述監測距離，并將所述監測距離控制在預設值內。
14.優選的，所述紅外監測模塊包括紅外水分儀；
15.所述紅外水分儀用于采集測量光和與所述測量光相鄰的參比光，基于所述測量光和所述參比光求出所述紅外吸光度。
16.優選的，所述模型構建模塊包括物料含水率模型；
17.所述物料含水率模型構建方法包括：
18.采集目標物料樣本并稱重，得到所述目標物料樣本的原始質量；
19.采集所述目標物料樣本的目標紅外吸光度；
20.將所述目標物料樣本烘干并稱重，得到所述目標物料樣本的干燥質量；
21.基于所述原始質量和所述干燥質量得到所述目標物料樣本的含水率；
22.基于所述目標紅外吸光度和所述含水率進行標定，得到所述物料含水率模型。
23.優選的，所述灑水控制模塊包括：灑水裝置和控制裝置；
24.所述灑水裝置用于向車廂內均勻灑水；
25.所述控制裝置用于基于所述物料含水率模型控制所述灑水裝置進行灑水工作：當所述目標物料的含水率值低于預設閾值時，向車廂內均勻灑水，并實時監測所述目標物料的含水率；當所述目標物料的含水率值高于預設閾值時，車廂向前運動至翻車機進行翻貨作業。
26.本技術還提供了一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制方法，包括以下步驟：
27.選定監測位置，并控制監測距離；
28.監測目標物料的紅外吸光度；
29.基于所述紅外吸光度構建物料含水率模型；
30.基于所述物料含水率模型進行灑水控制。
31.優選的，所述監測距離控制方法包括：
32.采集距離信號；
33.基于所述距離信號，將所述監測距離控制在預設值內。
34.優選的，所述紅外吸光度監測方法包括：
35.采集測量光；
36.采集與所述測量光相鄰的參比光；
37.基于所述測量光和所述參比光求出所述紅外吸光度。
38.優選的，所述物料含水率模型構建方法包括：
39.采集目標物料樣本并稱重，得到所述目標物料樣本的原始質量；
40.采集所述目標物料樣本的目標紅外吸光度；
41.將所述目標物料樣本烘干并稱重，得到所述目標物料樣本的干燥質量；
42.基于所述原始質量和所述干燥質量得到所述目標物料樣本的含水率；
43.基于所述目標紅外吸光度和所述含水率進行標定，得到所述物料含水率模型。
44.優選的，所述灑水控制的方法包括：
45.當所述目標物料的含水率值低于預設閾值時，向車廂內均勻灑水，并實時監測所述目標物料的含水率；
46.當所述目標物料的含水率值高于預設閾值時，車廂向前運動至翻車機進行翻貨作業。
47.本技術的有益效果為：
48.本技術通過紅外含水率監測的方式對含水率進行監測，根據來煤煤種、來煤含水率情景，智能選擇起塵風速與含水率中間的平衡點，達到精確的均勻表面灑水的目的，起到精準控水，抑塵的作用。
附圖說明
49.為了更清楚地說明本技術的技術方案，下面對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅是本技術的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動性的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
50.圖1為本技術實施例中一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制系統的結構示意圖；
51.圖2為本技術實施例中紅外水分儀設備結構示意圖；
52.圖3為本技術本實施例中一種基于紅外含水率檢測的底層灑水控制系統在生產中設置方式的示意圖；
53.圖4為本技術實施例中一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制方法的流程示意圖；
54.圖5為本技術實施例中標定的數學關系回歸曲線圖；
55.圖6為本技術實施例中翻車機房車廂煤炭表面含水率動態監控曲線圖。
具體實施方式
56.煤炭表面起塵與表面風速與含水率密切相關，在翻車機房內，由于四周相對封閉的車間，風速影響較小，只要控制煤炭表層含水率高于低起沉含水率值，則此狀態煤炭起沉量較低，通過對含水率進行監測，控制精確的均勻表面灑水，可以起到精準控水，抑塵的作用。
57.針對翻車機等新型專業化的散狀物料卸料系統，研發了基于反射式紅外光的翻車機房散貨含水率非接觸式監測技術，構建了散貨物料“物種-含水率-紅外信號”擬合模型，制訂了以環境-經濟效益提升為導向的翻車機房底層灑水控制策略，通過精準測量翻車機房散貨含水率，實現了翻車機房底層灑水精準智能控制決策，實現了散貨物料“含水率-起塵量-灑水量”的動態聯動感知和環境-經濟效益最大化。
58.測水方法主要分人工測水和在線測水。人工檢測：主要使用烘干法，適用不含或少含揮發性成分的物品，但其間隔時間長，人為誤差大，不能滿足現代生產對實時性測量和控制的需求。在線檢測：主要介紹微波測水和近紅外測水，高速采樣，消除人為因素，為閉環控制提供實時水分信號。
59.微波含水率監測利用微波在透過煤炭物料過程中的損耗來計量煤炭物料整體含水率，但是由于含水煤炭物料對微波具有較強的吸收性，通常用于履帶傳輸過程的煤炭物料含水率監測(履帶傳輸的煤比較薄)，而不適用于翻車機房車廂內的煤炭含水率監測。
60.微波測水通常適用于物料的介電常數遠小于水的介電常數的場合，以河沙的水分測量為例，沙子對微波能量的吸收遠小于水。燒結混合料含有介電常數很大的鐵礦，它們對微波的吸收與水在同一量級，因此混合料配比的變化會極大地影響微波含水量的測量；水與部分礦料的介電常數如表1所示。
61.表1
62.物料介電常數測定值水80沙子3～4
磁鐵礦33.7～81赤鐵礦＞81白鐵礦33.7～81磁黃鐵礦＞81鈦鐵礦＞81
63.下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒炯夹g中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本技術保護的范圍。
64.為使本技術的上述目的、特征和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖和具體實施方式對本技術作進一步詳細的說明。
65.實施例一
66.在本實施例一中，如圖1所示，一種基于紅外含水率檢測的底層灑水控制系統，包括：距離控制模塊、紅外監測模塊、模型構建模塊和灑水控制模塊；
67.距離控制模塊與所述紅外監測模塊安裝在同一水平面，用于選定監測位置，并控制監測距離。
68.距離控制模塊包括：測距傳感器和位置控制裝置；測距傳感器與紅外監測模塊安裝在同一水平面，測距傳感器用于采集距離信號；位置控制裝置與紅外監測模塊連接，位置控制裝置用于基于距離信號控制所述紅外監測模塊的所述監測距離，并將監測距離控制在預設值內。
69.在本實施例一中，測距傳感器選用超聲波測距儀，實時采集超聲波信號，并將超聲波信號傳輸至位置控制裝置中來確定紅外監測模塊與目標物料之間的距離，為了保證紅外監測模塊精確的測量物料紅外吸收光，位置控制裝置將監測距離控制在300-400mm之間。
70.紅外監測模塊還與模型構建模塊連接，用于監測目標物料的紅外吸光度。
71.紅外監測模塊包括紅外水分儀，紅外水分儀用于采集目標物料的測量光波長和與測量光相鄰的參比光波長，由于外界干擾，這兩種光的波長基本相同，求出他們的比率也就消除了外界干擾的影響，得到目標物料的紅外吸光度。
72.在本實施例一中，將目標物料物鋪滿測點光斑，光斑直徑在60-75mm，采用三波長紅外水分儀，如圖2所示，采集目標物料的測量光波長s，和測量光兩側的參比光波長s1和s2，將測量光波長s分別與第一參比光波長s1、第二參比光波長s2進行計算，得到目標物料的紅外吸光度，同時還可以消除目標物料質地變化所引起的測量誤差。
73.模型構建模塊還與灑水控制模塊連接，用于基于紅外吸光度構建物料含水率模型；模型構建模塊包括物料含水率模型。
74.其中，物料含水率模型構建方法包括：采集目標物料樣本并稱重，得到目標物料樣本的原始質量；采集目標物料樣本的目標紅外吸光度；將目標物料樣本烘干并稱重，得到目標物料樣本的干燥質量；基于原始質量和干燥質量得到目標物料樣本的含水率；基于目標紅外吸光度和含水率進行標定，得到物料含水率模型。
75.在本實施例一中，通過對不同質地的物料分別進行標定，得到多個不同質地的物料水分標定曲線，將這些曲線進行匯總，得到物料含水率模型。
76.灑水控制模塊用于基于物料含水率模型進行灑水控制。
77.灑水控制模塊包括：灑水裝置和控制裝置；灑水裝置用于向車廂內均勻灑水；控制裝置用于基于物料含水率模型控制灑水裝置進行灑水工作：當目標物料的含水率值低于預設閾值時，向車廂內均勻灑水，并實時監測目標物料的含水率，在本實施例一中，灑水裝置采用階段性噴水方式，每噴一階段，保留水下滲時間；待表面含水率值經過灑水、下滲后，監測到目標物料的含水率值高于預設閾值，車廂向前運動至翻車機進行翻貨作業。
78.本實施例中一種基于紅外含水率檢測的底層灑水控制系統在實際生產中的具體設置方式如圖3所示，將紅外水分儀探頭固定于水平、上下活動導軌上，紅外水分儀與超聲波測距儀銜接固定，橫跨在散貨港口列車進入翻車機房固定位置，超聲波測距儀測距起始位置與紅外水分儀探頭出光鏡頭齊平布置，當列車進入翻車機房指定位置時，列車停止，通過位置控制裝置借助超聲波探測儀，控制紅外水分儀至火車載貨面正上方350mm處靜止，紅外水分儀開始測量火車車廂中煤炭表面含水率，并將數值經轉換器由模型構建模塊接收，記錄顯示實時煤炭表面含水率值。當含水率值低于低起塵含水率值時，控制噴水向車廂內均勻灑水，并實時監測含水率值。采用階段性噴水方式，每噴一階段，保留水下滲時間。待表面含水率值經過灑水、下滲后，保持高于低起塵含水率值時，證明此時煤炭上層含水率已經足夠起到低起塵狀態。車廂向前運動至翻車機進行翻貨作業。
79.實施例二
80.在本實施例二中，如圖4所示，一種基于紅外含水率監測的底層灑水控制方法，包括以下步驟：
81.s1.選定監測位置，并控制監測距離；實時采集超聲波信號，并將超聲波信號傳輸至位置控制裝置中來確定紅外監測模塊與目標物料之間的距離，為了保證紅外監測模塊精確的測量物料紅外吸收光，位置控制裝置將監測距離控制在300-400mm之間。
82.s2.監測目標物料的紅外吸光度；將目標物料物鋪滿測點光斑，光斑直徑在60-75mm，采用三波長紅外水分監測的方法，采集目標物料的測量光波長s，和測量光兩側的參比光波長s1和s2，將測量光波長s分別與第一參比光波長s1、第二參比光波長s2進行計算，得到目標物料的紅外吸光度，同時還可以消除目標物料質地變化所引起的測量誤差。
83.s3.基于紅外吸光度構建物料含水率模型；采集目標物料樣本并稱重，得到目標物料樣本的原始質量；采集目標物料樣本的目標紅外吸光度；將目標物料樣本烘干并稱重，得到目標物料樣本的干燥質量；基于原始質量和干燥質量得到目標物料樣本的含水率；基于目標紅外吸光度和含水率進行標定，在本實施例二中，通過對不同質地的物料分別進行步驟s3中的操作，得到多個不同質地的物料水分標定曲線，并將這些曲線進行匯總，得到物料含水率模型。
84.s4.基于物料含水率模型進行灑水控制；當目標物料的含水率值低于預設閾值時，向車廂內均勻灑水，并實時監測目標物料的含水率，在本實施例二中，采用階段性噴水方式，每噴一階段，保留水下滲時間；待表面含水率值經過灑水、下滲后，監測到目標物料的含水率值高于預設閾值，車廂向前運動至翻車機進行翻貨作業。
85.實施例三
86.在本實施例三中，標定是為了建立紅外吸光度x與被測物料的含水率y(x)間的數學關系，即物料含水率模型，使水分計根據測量得到的紅外吸光度換算出被測物料的水分。
87.煤的含水率是指煤在105℃—110℃(gb/t 212-2008)下烘干至恒量時失去的水質量與煤質量的比值，以百分數表示。
88.標定數學關系采用的儀器包括：鼓風高溫烘干箱；稱量520g、分度值0.1mg的天平；干燥皿；墊紙片；紅外水分儀。
89.標定步驟包括：先取煤樣10g左右，置于墊紙片上，然后用水分儀測量煤樣的含水率，以及平均吸光度。將干燥皿擦凈，然后烘干冷卻，在天平上進行稱重，記下重量a＝47.8295g。將墊紙片上的煤樣轉置于干燥皿中，在天平上進行稱重，記下第一次重量b將干燥皿放入105℃的烘干箱中1—2小時，然后取出冷卻15分鐘左右，用天平稱量，記下重量b1，然后再放入烘干箱中半小時后取出冷卻，再次稱量記錄得b2，以此類推，直到前后倆次重量不超過1％為止，得到干煤樣加干燥皿重量c。
90.結果計算，
91.公式中，a表示干燥皿重(g)，b表示煤樣加干燥皿重(g)，c表示干煤樣加干燥皿重(g)。
92.得到標定的數學關系：y(x)＝a2x2+a1x-a0。在本實施例三中，得到的煤樣標定的數學關系為y(x)＝999.9x2+1980.6x-963.85，這種數學關系幾何上描述就是曲線回歸，如圖5所示。
93.對被測物料的在線水分檢測，采集到的吸光度值和相應化驗得出的水分值回歸成標定線。同時可以修改標定線的各個系數a0、a1、a2。不同物料的標定線進行對應編號。
94.存儲任意多條標定線。如果使用方被測物種類多，每一種物料就需要一條標定線，所以標定線的數量要多于物料的種類。
95.實施例四
96.在本實施例四中，如圖6所示，在車廂進入翻車機房前，通過紅外含水率監測設備對車廂煤炭表面進行含水率監測，可得到含水率監測分辨率達到了0.0634％，在對車廂進行噴水作業過程中進行監測，設備對灑水響應度極高，可以動態追蹤灑水過程車廂煤炭表面含水率變化。從圖中可以看出，噴水前后，煤炭表面含水率從6.37％迅速增長到17.81％，后隨著水分的滲透與蒸發，表面含水率始終保持在10％以上。通過紅外含水率監測裝置可以精準的了解車廂煤炭含水率動態變化，控制灑水量，做到精準抑塵。
97.以上所述的實施例僅是對本技術優選方式進行的描述，并非對本技術的范圍進行限定，在不脫離本技術設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本技術的技術方案做出的各種變形和改進，均應落入本技術權利要求書確定的保護范圍內。
