CN116943565B - 一种聚羧酸减水剂自动化生产控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及减水剂技术领域，尤其涉及一种聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，本发明包括混合仓，反应管路，恒温反应组合罐，中和反应罐以及上位机，上位机基于物料透光度以及物料色度值计算反应表征值，并基于反应表征值判定反应是否存在异常；响应于第一预设条件，上位机基于反应表征值调整压力泵的运行功率以及光照组件的照射强度；响应于第二预设条件，上位机基于物料温度计算预定周期内反应罐内物料温度波动值，并基于物料温度波动值确定反应时长，并在经过对应反应时长后控制反应罐内的物料输入中和反应罐，本发明对物料反应进程进行监测，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及减水剂技术领域，尤其涉及一种聚羧酸减水剂自动化生产控制系统。
背景技术
聚羧酸减水剂是一种广泛应用于混凝土和水泥制品中的化学添加剂，用于改善混凝土的工作性能和性能。它具有凉爽、分散、泡沫稳定等特性，可以显著减少混凝土的用水量，并增加其流动性、强度和耐久性。
中国专利公开号：CN104003644A，公开了一种聚羧酸减水剂的生产工艺，其技术方案要点是，先将聚醚投入反应釜并加水溶化；然后往经过溶化的溶液里依次加入丙烯酸、巯基乙酸进行自由基聚合；再往经过自由基聚合的溶液内加入过硫酸铵进行接枝反应；最后，经过保温，可在完成复配、稀释的过程后，打入成品罐内。
但是，现有技术中还存在以下问题，
现有技术中，不适用于连续生产，并且，未考虑对聚羧酸减水剂反应进程进行精准判断，未根据反应过程中物料状态实时调节反应时长和外界影响因素使物料进行充分反应的问题。
发明内容
为解决未对聚羧酸减水剂反应进程进行精准判断，未根据反应过程中物料状态实时调节反应时长和外界影响因素使物料进行充分反应的问题，本发明提供一种聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，包括：
混合仓，其用以混合若干物料；
反应管路，其与所述混合仓连接，包括提供有反应空间的反应管体、设置在所述反应管体的透光区域用以对所述反应管体内物料照射紫外线的光照组件以及设置在所述反应管体一端用以驱动所述反应管体内物料的压力泵；所述反应管体的透光区域还设置有用以获取反应管体内物料透光度的光度测量单元以及获取物料色度值的图像采集单元；
恒温反应组合罐，包括若干与所述反应管路连接的反应罐以及分别设置在各反应罐上的温控单元，各所述反应罐内还设置有用以检测物料温度的温度传感器；
中和反应罐，包括与各所述反应罐连接的中和反应罐体以及设置在所述中和反应罐体内用以添加中和剂的pH值调整单元；
上位机，其与所述反应管路、恒温反应组合罐以及中和反应罐连接，用以获取光度测量单元以及图像采集单元的数据，基于物料透光度以及物料色度值计算反应表征值，并基于所述反应表征值判定反应是否存在异常；
且，响应于第一预设条件，所述上位机基于所述反应表征值调整压力泵的运行功率以及光照组件的照射强度；
以及，响应于第二预设条件，所述上位机基于所述物料温度计算预定周期内反应罐内物料温度波动值，并基于物料温度波动值确定反应时长，并在经过对应反应时长后控制所述反应罐内的物料输入所述中和反应罐；
所述第一预设条件为判定反应存在异常后，所述第二预设条件为反应罐内物料存储量达到预定存储阈值。
进一步地，各所述反应罐与反应管路的连接通路上设置有流通阀，且所述上位机与各所述流通阀连接，以根据反应罐内物料存储量控制各所述流通阀的开闭，其中，
所述上位机同时仅控制单个流通阀开启，并在预设关闭条件下，关闭所述流通阀，并开启另一流通阀；
所述预设关闭条件为所述流通阀所在连接通路上的反应管内的物料存储量达到预定存储阈值。
进一步地，所述上位机基于物料透光度以及物料色度值根据式（1）计算反应表征值，，式（1）中，E表示反应表征值，T表示透光度，T0表示预设透光度阈值，C表示色度值，C0表示预设色度值阈值。
进一步地，所述上位机基于所述反应表征值判定反应是否存在异常，其中，
当所述反应表征值大于预设反应表征值阈值时，上位机判定反应存在异常。
进一步地，所述上位机基于所述反应表征值调整压力泵的运行功率，其中，所述上位机设有若干基于所述反应表征值调整压力泵的运行功率的调整方式，
其中，各调整方式对压力泵的运行功率的调整量不同。
进一步地，所述上位机基于所述反应表征值调整光照组件的照射强度，其中，所述上位机设有若干基于所述反应表征值调整光照组件的照射强度的调整方式，
其中，各调整方式对光照组件的照射强度的调整量不同。
进一步地，所述上位机基于所述物料温度根据式（2）计算预定周期内反应罐内物料温度波动值，，式（2）中，X表示物料温度波动值，n表示时间节点次数，Xi+1表示第i+1时间点反应罐内物料温度，Xi表示第i时间点反应罐内物料温度。
进一步地，所述上位机基于物料温度波动值确定反应时长，其中，所述上位机设有若干基于物料温度波动值确定反应时长的确定方式，
其中，各确定方式所确定的反应时长不同。
进一步地，所述混合仓内物料包括不饱和聚醚大单体，双氧水，Fe2+盐溶液。
进一步地，所述pH值调整单元包括用以存储中和剂的储液罐以及与所述储液罐连接的出液管，所述中和剂包括氢氧化钠溶液。
与现有技术相比，本发明包括混合仓，反应管路，恒温反应组合罐，中和反应罐以及上位机，上位机基于物料透光度以及物料色度值计算反应表征值，并基于反应表征值判定反应是否存在异常；响应于第一预设条件，上位机基于反应表征值调整压力泵的运行功率以及光照组件的照射强度；响应于第二预设条件，上位机基于物料温度计算预定周期内反应罐内物料温度波动值，并基于物料温度波动值确定反应时长，并在经过对应反应时长后控制反应罐内的物料输入中和反应罐，本发明对物料反应进程进行监测，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性。
尤其，本发明通过上位机基于物料透光度以及物料色度值计算反应表征值，在聚合反应中，单体分子发生聚合和交联反应，形成高分子聚合物结构，高分子聚合物可能具有不同的共轭结构、取向和大小分布，从而引起了光的散射、吸收和反射等，其会影响溶液的色度值以及透光度，通过计算反应表征值，可以判断反应进程，对反应进程进行精准判断，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性；
尤其，本发明通过上位机基于所述反应表征值调整压力泵的运行功率以及光照组件的照射强度，反应表征值可以表征反应进程，当反应表征值较大时，反应还需反应时间较长，此时降低压力泵的运行功率，从而达到减缓物料流动速度的作用，延长反应的时长，通过调整光照组件的照射强度，达到加速反应进行的目的，从而使反应充分，精准控制反应进程，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性；
尤其，本发明通过上位机基于物料温度波动值确定反应时长，物料在发生反应过程中会有温度变化，本发明通过温控单元控制反应罐温度，但是物料的温度仍然存在波动，当反应接近完成时，物料温度变化较小，物料温度波动值也较小，通过物料温度波动值可以表征反应进行的状态，并可以一定程度反应出还需反应的时长，精准控制反应进程，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性。
附图说明
图1为发明实施例的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统结构示意图；
图2为发明实施例的判定反应是否存在异常的逻辑判定图；
附图说明：1、混合仓；2、压力泵；3、反应管体；4、光照组件；5、流通阀；6、反应罐；7、pH值调整单元；8、中和反应罐。
具体实施方式
为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
请参阅图1-图2所示，图1为发明实施例的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统结构示意图；图2为发明实施例的判定反应是否存在异常的逻辑判定图，本发明的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统包括：
混合仓1，其用以混合若干物料；
反应管路，其与所述混合仓1连接，包括提供有反应空间的反应管体3、设置在所述反应管体3的透光区域用以对所述反应管体3内物料照射紫外线的光照组件4以及设置在所述反应管体3一端用以驱动所述反应管体3内物料的压力泵2；所述反应管体3的透光区域还设置有用以获取反应管体3内物料透光度的光度测量单元以及获取物料色度值的图像采集单元；
恒温反应组合罐，包括若干与所述反应管路连接的反应罐6以及分别设置在各反应罐6上的温控单元，各所述反应罐6内还设置有用以检测物料温度的温度传感器；
中和反应罐8，包括与各所述反应罐6连接的中和反应罐体以及设置在所述中和反应罐体内用以添加中和剂的pH值调整单元7；
上位机，其与所述反应管路、恒温反应组合罐以及中和反应罐86连接，用以获取光度测量单元以及图像采集单元的数据，基于物料透光度以及物料色度值计算反应表征值，并基于所述反应表征值判定反应是否存在异常；
且，响应于第一预设条件，所述上位机基于所述反应表征值调整压力泵2的运行功率以及光照组件4的照射强度；
以及，响应于第二预设条件，所述上位机基于所述物料温度计算预定周期内反应罐6内物料温度波动值，并基于物料温度波动值确定反应时长，并在经过对应反应时长后控制所述反应罐6内的物料输入所述中和反应罐8；
所述第一预设条件为判定反应存在异常后，所述第二预设条件为反应罐6内物料存储量达到预定存储阈值。
具体而言，本发明对光照组件4的具体结构不做限定，其可以为紫外线灯，所述紫外线灯的强度可以进行调节，此为现有技术，不再赘述。
具体而言，本发明对压力泵2的具体结构不做限定，其可以将物料从混合仓1输入至反应管路，且通过调节压力泵2的运行功率可以调节物料流动速度。
具体而言，本发明对光度测量单元的具体结构不做限定，光度测量单元包括光源和探测器，可以测量出光源透过物料的透光度，此为现有技术，不再赘述。
具体而言，本发明对图像采集单元的具体结构不做限定，其可以获得物料图像，可以是工业CCD相机，此为现有技术，不再赘述。
具体而言，本发明对温控单元的具体结构不做限定，其包括控制器，加热组件和冷却组件；所述加热组件可以是电阻加热器，所述冷却组件可以是制冷器，所述温控单元可以控制所述恒温反应组合罐温度，此为现有技术，不再赘述。
具体而言，本发明对上位机的具体结构不做限定，上位机其可以由逻辑部件构成，逻辑部件可以为现场可编程部件、计算机以及计算机中的微处理器等，此处不再赘述。
具体而言，本发明反应管体3存在透光区域，在本实施例中，可以将反应管体的部分区段替换为透光材料，形成透光区域以使得光照组件对反应管体3内进行照射。
具体而言，各所述反应罐6与反应管路的连接通路上设置有流通阀5，且所述上位机与各所述流通阀5连接，以根据反应罐6内物料存储量控制各所述流通阀5的开闭，其中，
所述上位机同时仅控制单个流通阀5开启，并在预设关闭条件下，关闭所述流通阀5，并开启另一流通阀5；
所述预设关闭条件为所述流通阀5所在连接通路上的反应管内的物料存储量达到预定存储阈值。
在本实施例中，初始状态时，所有流通阀5均为关闭状态，上位机控制第一个流通阀5开启，物料输入第一个反应罐6，当第一个反应罐6内物料存储量达到预定存储阈值，所述预定存储阈值为反应罐6容量的80%，上位机控制第一个反应罐6对应的流通阀5关闭并开启第二个反应罐6对应的流通阀5。
具体而言，所述上位机基于物料透光度以及物料色度值根据式（1）计算反应表征值，，式（1）中，E表示反应表征值，T表示透光度，T0表示预设透光度阈值，C表示色度值，C0表示预设色度值阈值。
本实施例中所述预设透光度阈值T0以及预设色度值阈值C0为预先设定，其中，记录在所述反应管路完成反应的物料的透光度以及色度值，并计算透光度平均值ΔT以及色度值平均值ΔC，设定，T0=α×ΔT，C0=α×ΔC，α表示精度系数，0.8＜α＜0.9。
具体而言，本发明通过上位机基于物料透光度以及物料色度值计算反应表征值，在聚合反应中，单体分子发生聚合和交联反应，形成高分子聚合物结构，高分子聚合物可能具有不同的共轭结构、取向和大小分布，从而引起了光的散射、吸收和反射等，其会影响溶液的色度值以及透光度，通过计算反应表征值，可以判断反应进程，对反应进程进行精准判断，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性。
具体而言，所述上位机基于所述反应表征值判定反应是否存在异常，其中，
当所述反应表征值大于预设反应表征值阈值时，上位机判定反应存在异常。
本实施例中，所述预设反应表征值阈值在区间[2.5，3]内设定。
具体而言，所述上位机基于所述反应表征值调整压力泵2的运行功率，其中，所述上位机设有若干基于所述反应表征值调整压力泵2的运行功率的调整方式，
其中，各调整方式对压力泵2的运行功率的调整量不同。
在本实施例中，设定至少三种对压力泵2的运行功率的调整方式，其中，将所述反应表征值E与预设的第一反应表征值E1以及预设的第二反应表征值E2进行对比，
若E≤E1，则采用第一压力泵2的运行功率调整方式，所述第一压力泵2的运行功率调整方式为将所述压力泵2的运行功率调整至第一运行功率P1，设定P1=P0-∆P1；
若E1＜E＜E2，则采用第二压力泵2的运行功率调整方式，所述第二压力泵2的运行功率调整方式为将所述压力泵2的运行功率调整至第二运行功率P2，设定P2=P0-∆P2；
若E≥E2，则采用第三压力泵2的运行功率调整方式，所述第三压力泵2的运行功率调整方式为将所述压力泵2的运行功率调整至第三运行功率P3，设定P3=P0-∆P3;
其中，P0表示压力泵2的初始运行功率，∆P1表示第一运行功率调整参量，∆P2表示第二运行功率调整参量，∆P3表示第三运行功率调整参量，在本实施例中，E1=1.2Ee，E2=1.4Ee，同样的，为使得调整有效，并避免调整量过大，在本实施例中，0.1P0＜∆P1＜∆P2＜∆P3＜0.3P0。
具体而言，所述上位机基于所述反应表征值调整光照组件4的照射强度，其中，所述上位机设有若干基于所述反应表征值调整光照组件4的照射强度的调整方式，
其中，各调整方式对光照组件4的照射强度的调整量不同。
在本实施例中，设定至少三种对光照组件4的照射强度的调整方式，其中，将所述反应表征值E与预设的第一反应表征值E1以及预设的第二反应表征值E2进行对比，
若E≤E1，则采用第一光照组件4的照射强度调整方式，所述第一光照组件4的照射强度调整方式为将所述光照组件4的照射强度调整至第一照射强度I1，设定I1=I0+∆I1；
若E1＜E＜E2，则采用第二光照组件4的照射强度调整方式，所述第二光照组件4的照射强度调整方式为将所述光照组件4的照射强度调整至第二照射强度I2，设定I2=I0+∆I2；
若E≥E2，则采用第三光照组件4的照射强度调整方式，所述第三光照组件4的照射强度调整方式为将所述光照组件4的照射强度调整至第三照射强度I3，设定I3=I0+∆I3;
其中，I0表示光照组件4的初始照射强度，∆I1表示第一照射强度调整参量，∆I2表示第二照射强度调整参量，∆I3表示第三照射强度调整参量，在本实施例中，E1=1.2Ee，E2=1.4Ee，同样的，为使得调整有效，并避免调整量过大，在本实施例中，0.1I0＜∆I1＜∆I2＜∆I3＜0.3I0。
具体而言，本发明通过上位机基于所述反应表征值调整压力泵2的运行功率以及光照组件4的照射强度，反应表征值可以表征反应进程，当反应表征值较大时，反应还需反应时间较长，此时降低压力泵2的运行功率，从而达到减缓物料流动速度的作用，延长反应的时长，通过调整光照组件4的照射强度，达到加速反应进行的目的，从而使反应充分，精准控制反应进程，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性。
具体而言，所述上位机基于所述物料温度根据式（2）计算预定周期内反应罐6内物料温度波动值，，式（2）中，X表示物料温度波动值，n表示时间节点次数，Xi+1表示第i+1时间点反应罐内物料温度，Xi表示第i时间点反应罐内物料温度；
预定周期为预先设定，其中，记录若干次反应的总时长，将其反应总时长的平均值记为Le，设定预定周期为0.3Le。
具体而言，所述上位机基于物料温度波动值确定反应时长，其中，所述上位机设有若干基于物料温度波动值确定反应时长的确定方式，
其中，各确定方式所确定的反应时长不同。
在本实施例中，设定至少三种对反应时长的确认方式，其中，将所述物料温度波动值X与预设的第一物料温度波动值X1以及预设的第二物料温度波动值X2进行对比，
若X≤X1，则采用第一反应时长确定方式，所述第一反应时长确定方式为将所述反应时长确定为第一反应时长L1；
若X1＜X＜X2，则采用第二反应时长确定方式，所述第二反应时长确定方式为将所述反应时长确定为第二反应时长L2；
若X≥X2，则采用第三反应时长确定方式，所述第三反应时长确定方式为将所述反应时长确定为第三反应时长L3;
其中，在本实施例中，X1，X2为实验预先测得，记录若干次反应的总时长，将其反应总时长的平均值记为Le，进行若干次实验，采集预定周期内的物料温度波动值，并求解物料温度波动值平均值ΔLe，设定X1=ΔLe×0.7，X1=ΔLe×0.9，0.6Le＜L1＜0.7Le＜L2＜0.8Le＜L3＜0.9Le。
具体而言，本发明通过上位机基于物料温度波动值确定反应时长，物料在发生反应过程中会有温度变化，本发明通过温控单元控制反应罐6温度，但是物料的温度仍然存在波动，当反应接近完成时，物料温度变化较小，物料温度波动值也较小，通过物料温度波动值可以表征反应进行的状态，并可以一定程度反应出还需反应的时长，精准控制反应进程，使物料充分反应，提高反应效果，并且提高产物的一致性。
具体而言，所述混合仓1内物料包括不饱和聚醚大单体，双氧水，Fe2+盐溶液。
具体而言，所述pH值调整单元包括用以存储中和剂的储液罐以及与所述储液罐连接的出液管，所述中和剂包括氢氧化钠溶液。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，其特征在于，包括：
混合仓，其用以混合若干物料；
反应管路，其与所述混合仓连接，包括提供有反应空间的反应管体、设置在所述反应管体的透光区域用以对所述反应管体内物料照射紫外线的光照组件以及设置在所述反应管体一端用以驱动所述反应管体内物料的压力泵；所述反应管体的透光区域还设置有用以获取反应管体内物料透光度的光度测量单元以及获取物料色度值的图像采集单元；
恒温反应组合罐，包括若干与所述反应管路连接的反应罐以及分别设置在各反应罐上的温控单元，各所述反应罐内还设置有用以检测物料温度的温度传感器；
中和反应罐，包括与各所述反应罐连接的中和反应罐体以及设置在所述中和反应罐体内用以添加中和剂的pH值调整单元；
上位机，其与所述反应管路、恒温反应组合罐以及中和反应罐连接，用以获取光度测量单元以及图像采集单元的数据，基于物料透光度以及物料色度值计算反应表征值，并基于所述反应表征值判定反应是否存在异常；
且，响应于第一预设条件，所述上位机基于所述反应表征值调整压力泵的运行功率以及光照组件的照射强度；
以及，响应于第二预设条件，所述上位机基于所述物料温度计算预定周期内反应罐内物料温度波动值，并基于物料温度波动值确定反应时长，并在经过对应反应时长后控制所述反应罐内的物料输入所述中和反应罐；
所述第一预设条件为判定反应存在异常后，所述第二预设条件为反应罐内物料存储量达到预定存储阈值；
所述上位机基于物料透光度以及物料色度值根据式（1）计算反应表征值，；
式（1）中，E表示反应表征值，T表示透光度，T0表示预设透光度阈值，C表示色度值，C0表示预设色度值阈值；
所述上位机基于所述反应表征值判定反应是否存在异常，其中，
当所述反应表征值大于预设反应表征值阈值时，所述上位机判定反应存在异常；
所述上位机基于所述物料温度根据式（2）计算预定周期内反应罐内物料温度波动值，；
式（2）中，X表示物料温度波动值，n表示时间节点次数，Xi+1表示第i+1时间点反应罐内物料温度，Xi表示第i时间点反应罐内物料温度；
所述上位机基于物料温度波动值确定反应时长，其中，所述上位机设有若干基于物料温度波动值确定反应时长的确定方式，
其中，各确定方式所确定的反应时长不同。
2.根据权利要求1所述的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，其特征在于，各所述反应罐与反应管路的连接通路上设置有流通阀，且所述上位机与各所述流通阀连接，以根据反应罐内物料存储量控制各所述流通阀的开闭，其中，
所述上位机同时仅控制单个流通阀开启，并在预设关闭条件下，关闭所述流通阀，并开启另一流通阀；
所述预设关闭条件为所述流通阀所在连接通路上的反应管内的物料存储量达到预定存储阈值。
3.根据权利要求2所述的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，其特征在于，所述上位机基于所述反应表征值调整压力泵的运行功率，其中，所述上位机设有若干基于所述反应表征值调整压力泵的运行功率的调整方式，
其中，各调整方式对压力泵的运行功率的调整量不同。
4.根据权利要求3所述的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，其特征在于，所述上位机基于所述反应表征值调整光照组件的照射强度，其中，所述上位机设有若干基于所述反应表征值调整光照组件的照射强度的调整方式，
其中，各调整方式对光照组件的照射强度的调整量不同。
5.根据权利要求1所述的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，其特征在于，所述混合仓内物料包括不饱和聚醚大单体，双氧水，Fe2+盐溶液。
6.根据权利要求1所述的聚羧酸减水剂自动化生产控制系统，其特征在于，所述pH值调整单元包括用以存储中和剂的储液罐以及与所述储液罐连接的出液管，所述中和剂包括氢氧化钠溶液。
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