本發(fā)明屬于紡織染色,具體涉及一種藍(lán)染工藝自動加料與配比控制系統(tǒng)。
背景技術(shù):
1、傳統(tǒng)的藍(lán)染工藝雖歷史悠久,但在現(xiàn)代應(yīng)用中面臨眾多技術(shù)挑戰(zhàn)。其中,染料配比的不穩(wěn)定性是一個顯著問題,這不僅影響著染色質(zhì)量的一致性,也增加了生產(chǎn)成本。此外,藍(lán)染工藝中的還原和氧化過程控制困難,這兩個步驟對最終產(chǎn)品的色牢度有著直接影響,而不穩(wěn)定的控制往往導(dǎo)致成品色澤不均勻,且色牢度低下,無法滿足高標(biāo)準(zhǔn)的市場需求。
2、目前市場上的藍(lán)染技術(shù)在自動化程度上仍有待提高?,F(xiàn)有技術(shù)多依賴手工操作,難以實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化和自動化,這限制了藍(lán)染工藝的產(chǎn)能和效率。同時,缺乏對整個染色過程的智能化和精準(zhǔn)化控制,導(dǎo)致生產(chǎn)過程中的資源浪費嚴(yán)重,并且對環(huán)境的影響也較大。
3、因此,迫切需要一種能夠解決上述問題的新技術(shù),該技術(shù)應(yīng)能實現(xiàn)染料配比的精確控制,優(yōu)化還原和氧化過程,并提升工藝的自動化和智能化水平,以滿足現(xiàn)代生產(chǎn)的需求。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明提供了一種藍(lán)染工藝自動加料與配比控制系統(tǒng),旨在解決傳統(tǒng)藍(lán)染工藝中存在的染料配比不穩(wěn)定、還原和氧化過程難以控制、色牢度問題以及自動化程度低等技術(shù)難題。該系統(tǒng)通過集成多項先進的檢測和控制技術(shù),實現(xiàn)了藍(lán)染全流程的智能化和精準(zhǔn)化控制。
2、所述系統(tǒng)包括以下組成部分:
3、1.靛青濃度實時監(jiān)測模塊:該模塊采用近紅外光譜分析技術(shù),實現(xiàn)染液中靛青濃度的持續(xù)監(jiān)測。它包含一個自清潔渦流式采樣裝置,能夠有效防止染料沉積對測量精度的影響。該模塊還集成了溫度和ph值傳感器,通過機器學(xué)習(xí)算法自動校正這些因素對測量結(jié)果的影響。此外,該模塊還配備了數(shù)據(jù)預(yù)處理單元,能夠濾除信號噪聲,提高測量的穩(wěn)定性和可靠性。
4、2.智能配比精準(zhǔn)給料控制單元:該單元負(fù)責(zé)根據(jù)配方要求和實時監(jiān)測數(shù)據(jù),精確控制各種原料的添加。它配備了高精度蠕動泵和電磁閥陣列,可同時控制多路原料的給料。為了確保小劑量助劑的精確添加,該單元還整合了微流控技術(shù)。此外,該單元采用自適應(yīng)模糊控制算法,能夠根據(jù)靛青濃度、ph值等實時參數(shù)動態(tài)調(diào)整給料速率和比例。該單元還具有自學(xué)習(xí)功能,可根據(jù)歷史數(shù)據(jù)優(yōu)化給料策略。
5、3.還原電位閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊:該模塊的主要功能是精確控制染液的還原電位,確保靛青還原過程的穩(wěn)定性。它使用鉑金-鈀合金電極,提高了還原電位測量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。模塊集成了氣液混合微射流裝置,大幅提高了還原劑的分散效率。該模塊采用模型預(yù)測控制(mpc)算法,實現(xiàn)還原電位的前饋-反饋復(fù)合控制。此外,該模塊還具有自診斷功能,能夠及時發(fā)現(xiàn)和報告電極失效等異常情況。
6、4.氧化程度動態(tài)控制單元:該單元負(fù)責(zé)精準(zhǔn)控制織物的氧化過程,確保染色均勻性和色澤穩(wěn)定性。它設(shè)計了多級可編程氣體擴散裝置,可實現(xiàn)氧化過程的分段精控。單元集成了高速攝像與圖像處理系統(tǒng),能夠?qū)崟r分析織物顏色變化。采用深度強化學(xué)習(xí)算法,該單元能夠動態(tài)優(yōu)化氧化參數(shù)。此外,該單元還配備了氣體流量精密調(diào)節(jié)閥,可根據(jù)需要精確控制氧化過程中的氣體供應(yīng)量。
7、5.溫度梯度精確調(diào)節(jié)模塊:該模塊實現(xiàn)染缸內(nèi)溫度的精確控制和均勻分布。它采用分區(qū)式電磁感應(yīng)加熱技術(shù),可獨立控制染缸不同區(qū)域的溫度。模塊集成了熱像儀陣列,構(gòu)建染缸內(nèi)部的三維溫度場模型。通過應(yīng)用計算流體動力學(xué)(cfd)算法,該模塊能夠優(yōu)化熱流分布,有效消除熱點和冷區(qū)。此外,該模塊還具有智能節(jié)能功能,可根據(jù)工藝需求自動調(diào)整加熱策略,最大化能源利用效率。
8、6.染液ph值自動平衡單元:該單元負(fù)責(zé)實時調(diào)節(jié)和穩(wěn)定染液的ph值,優(yōu)化染色效果。它使用離子選擇性電極,提高了ph值測量的抗干擾能力。單元設(shè)計了微量注射系統(tǒng),可實現(xiàn)酸堿的精準(zhǔn)添加。采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)pid控制算法,該單元顯著提高了ph值調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。此外,該單元還具有預(yù)測功能,能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和當(dāng)前趨勢預(yù)測ph值的變化,實現(xiàn)提前調(diào)節(jié),進一步提高控制精度。
9、7.織物浸染均勻度監(jiān)控模塊:該模塊實時監(jiān)測織物在染液中的浸染狀態(tài),確保染色均勻性。它采用超聲波陣列技術(shù),能夠?qū)崟r掃描織物在染液中的位置和姿態(tài)。模塊集成了電磁感應(yīng)傳感器,可監(jiān)測織物對染料的吸收程度。通過應(yīng)用機器視覺算法,該模塊能夠分析織物表面的色彩分布,及時發(fā)現(xiàn)并糾正不均勻現(xiàn)象。此外,該模塊還配備了自動導(dǎo)向系統(tǒng),可根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整織物在染缸中的運動路徑,進一步提高染色均勻性。
10、進一步,所述靛青濃度實時監(jiān)測模塊中的機器學(xué)習(xí)算法為支持向量回歸(svr)算法,該算法通過建立多維特征空間,綜合考慮溫度、ph值等因素對靛青濃度測量的影響,實現(xiàn)測量結(jié)果的自動校正。
11、進一步,所述智能配比精準(zhǔn)給料控制單元采用的自適應(yīng)模糊控制算法基于mamdani推理模型,通過設(shè)定靛青濃度、還原電位和ph值等參數(shù)作為輸入變量,給料速率和比例作為輸出變量,構(gòu)建模糊規(guī)則庫,實現(xiàn)給料過程的動態(tài)優(yōu)化。
12、進一步,所述還原電位閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊中的模型預(yù)測控制(mpc)算法采用動態(tài)矩陣控制(dmc)方法,通過建立還原電位與還原劑添加量之間的動態(tài)模型,預(yù)測未來一段時間內(nèi)的還原電位變化,并優(yōu)化控制actions,實現(xiàn)還原電位的精確調(diào)節(jié)。
13、進一步,所述氧化程度動態(tài)控制單元中的深度強化學(xué)習(xí)算法采用雙延遲深度q網(wǎng)絡(luò)(double?dqn)結(jié)構(gòu),將織物顏色變化速率、均勻度等參數(shù)作為狀態(tài)輸入,氧化劑添加速率、攪拌速度等作為動作輸出,通過與環(huán)境交互不斷優(yōu)化策略,實現(xiàn)氧化過程的自適應(yīng)控制。
14、進一步,所述溫度梯度精確調(diào)節(jié)模塊中的計算流體動力學(xué)(cfd)算法基于有限體積法,采用rng?k-ε湍流模型,結(jié)合多相流模型模擬染液的流動和熱傳遞過程,優(yōu)化加熱元件的控制策略,實現(xiàn)染缸內(nèi)溫度場的均勻性。
15、進一步,所述染液ph值自動平衡單元中的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)pid控制算法采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),通過在線學(xué)習(xí)優(yōu)化pid參數(shù),提高ph值調(diào)節(jié)的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性。該算法以ph值偏差及其變化率作為輸入,輸出優(yōu)化后的pid參數(shù),實現(xiàn)ph值控制的自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
16、進一步,所述織物浸染均勻度監(jiān)控模塊中的機器視覺算法采用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(cnn)結(jié)構(gòu),通過對織物表面圖像的實時分析,識別色彩分布的不均勻性,并將分析結(jié)果反饋給智能配比精準(zhǔn)給料控制單元,形成閉環(huán)控制,確保染色過程的均勻性。
17、本發(fā)明通過上述技術(shù)方案,實現(xiàn)了藍(lán)染工藝全流程的智能化控制,顯著提高了染色均勻性、靛青利用率、還原穩(wěn)定性、氧化精確度、溫度均勻性和ph值穩(wěn)定性,同時大幅提升了生產(chǎn)效率和資源利用率,為藍(lán)染工藝的現(xiàn)代化和可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐。
18、本發(fā)明的有益之處在于:
19、1.提高靛青濃度控制精度:靛青濃度實時監(jiān)測模塊采用近紅外光譜分析技術(shù)和自清潔渦流式采樣裝置,可以提高靛青濃度的測量精度。這有助于提高染料利用率,減少廢水中的染料殘留。
20、2.增強配比穩(wěn)定性:智能配比精準(zhǔn)給料控制單元采用高精度蠕動泵和微流控技術(shù),提高了小劑量助劑的添加精度。這有利于提高批次間的顏色一致性。
21、3.優(yōu)化還原過程控制:還原電位閉環(huán)調(diào)節(jié)模塊通過鉑金-鈀合金電極和氣液混合微射流裝置,提高了還原電位的控制穩(wěn)定性。這可以提升還原劑的利用效率。
22、4.提高氧化過程精確度:氧化程度動態(tài)控制單元的多級可編程氣體擴散裝置和深度強化學(xué)習(xí)算法,提高了氧化過程的控制精度。這有助于改善成品織物的色牢度。
23、5.改善溫度場均勻性:溫度梯度精確調(diào)節(jié)模塊通過分區(qū)式電磁感應(yīng)加熱技術(shù)和熱像儀陣列,提高了染缸內(nèi)溫度分布的均勻性。這有利于提高染色均勻性。
24、6.增強ph值穩(wěn)定性:染液ph值自動平衡單元采用離子選擇性電極和微量注射系統(tǒng),提高了ph值的控制穩(wěn)定性。這可以提高染色的重現(xiàn)性。
25、7.提升染色均勻性:織物浸染均勻度監(jiān)控模塊通過超聲波陣列技術(shù)和電磁感應(yīng)傳感器,提高了對織物浸染狀態(tài)的監(jiān)控精度。這有助于提升產(chǎn)品質(zhì)量的一致性。
26、8.提高自動化水平:系統(tǒng)的集成自動化設(shè)計減少了人工干預(yù),可以降低人為誤差,提高工藝的穩(wěn)定性。
27、9.增強工藝適應(yīng)性:系統(tǒng)采用的機器學(xué)習(xí)、模糊控制、深度強化學(xué)習(xí)等,使其能夠更好地適應(yīng)不同類型的纖維和染料,有助于提高工藝的靈活性。