CN108452895B - 一种球磨机节能控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球磨机节能控制方法，包括以下步骤：设定对照组：设定控制变量，然后利用系统对正在使用的球磨机运行的不同工作阶段进行监测，得出第一组控制对照曲线；修正控制程序：根据第一组控制对照曲线内容，在第1次修正中，在不同工作阶段增加或减少一定转速，形成一条控制曲线；将与在所述不同工作阶段所分别对应的能耗量进行对比，选取能耗量较小所对应较优的控制曲线，作为第二组控制对照曲线；获取最优曲线：重复上述修正，获得在所述控制变量条件下的最优曲线，并记录下其对应的运行参数。通过本技术方案，能寻找出控制电机运行速度和加速度的最优曲线，从而达到节能高产的目标的球磨机节能控制。

Description

一种球磨机节能控制方法

技术领域

本发明涉及工业技术领域，尤其涉及一种球磨机节能控制方法。

背景技术

以下陈述仅提供与本发明有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

球磨机是工业上广泛应用的粉磨设备。主要利用研磨介质之间的挤压力和剪切力来粉碎物料。因此，球磨内部相互的挤压和摩擦越大，研磨效率越高，耗电耗能越少。球磨机的转速会对球体内部的研磨状态产生巨大影响，在原料和水配比、球衬等外部条件一致的情况下，电机控制的球磨机转速和加速度存在一个最优范围。

永磁电机由于其可调速、高功率因素等特性已被证明应用于球磨机上能够达到节能的效果。在合适的转速控制下，球磨机能够有效地粉磨不同的物料。而这个最优的转速和加速度范围，要通过不断适应粉磨过程中的颗粒粒度和泥浆黏度来实现。球磨机内部实时的粉磨状态，是一个非常复杂多变且众多因素相互影响的过程。磨体中的介质配比、料球比和磨浆黏度难以一直维持在最佳工作水平，因此需要监测磨体内部运行参数，实时反馈制定最优的电机转速和加速度控制策略。

由上述可知，发明人认识到湿式球磨机的运行效率由原料的粗细程度、水配比、球衬的材料等多因素，以及控制电机运行的速度和加速度变化来决定的。目前缺少一种方法，能够在使湿式球磨机在达到产量要求和目标磨料粗细目数的条件下，寻找出电机控制运行速度和加速度的最优曲线，从而达到节能高产的目标。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所实现的技术目的是提供一种能寻找出控制电机运行速度和加速度的最优曲线，从而达到节能高产的目标的球磨机节能控制方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案内容具体如下：

一种球磨机节能控制方法，包括以下步骤：

设定对照组：设定控制变量，然后利用系统对正在使用的球磨机运行的不同工作阶段进行监测，得出第一组控制对照曲线Q0；

修正控制程序：根据第一组控制对照曲线内容，在第1次修正中，在不同工作阶段增加或减少一定转速，形成一条控制曲线Q1；将Q1与Q0在所述不同工作阶段所分别对应的能耗量进行对比，选取能耗量较小所对应较优的控制曲线，作为第二组控制对照曲线；

获取最优曲线：重复上述修正n次(n≥1，n∈N*)，在第n次修正时以第n组控制对照曲线与控制曲线Qn进行对比，获得在所述控制变量条件下的最优曲线Qm，并记录下其对应的运行参数。

为实现上述技术效果，发明人在本技术方案中，希望求得在某一控制变量中所对应的能耗量最低的控制曲线，从而得出在该控制变量下所对应的运行参数值是多少，进而得知在不同的控制变量下，球磨机的运行参数值是多少。根据不同的控制变量设置不同的球磨机运行参数，通过本技术方案可以求得最优的运行参数，从而达到节省能耗的技术目的。

需要说明的是，在本技术方案中，通过n次修正，得出最优曲线，减少误差，使得最优曲线以及所对应的运行参数更为准确。

需要说明的是，所谓控制变量指的是使用者希望球磨机在一定条件进行的参数，例如可以是球磨机原料配比、水配比和介质配比中的一种或多种。

优选地，在设定对照组步骤中，所述系统是SCADA系统。

更优选地，监测的具体方法是用SCADA系统对球磨机在三相异步电机Y机驱动下的工作阶段进行监测。

在一些实施方式中，对工作阶段的监测是通过对所述球磨机工作中的振动、声响和功率等外部数据中的一种或多种的判断进行的。

需要说明的是，球磨机在线监测系统SCADA能够为球体内部的磨料状态提供有力的外部数据。

在一些具体的实施方式当中，SCADA系统分布在驱动电机、减速箱和球磨机主体的各个环节上。由不同的温度、电流、电压、转速、振动、声响、压力和功率等传感器和数据采集端口组成。再经由收集端口数据的RTU端机，通过GPRS网络传输出实时数据信息，到集中处理分析的服务器端进行信号放大、滤波、方差分析和建立模型等数据处理工作。球磨机筒体上的振动测点采用振动加速器传感器，安装在轴承的前端和后端，以及筒体上均匀分布四到五个测点。同时在筒体上安装声响传感器电耳，监测球磨机工作时的声响变化。球磨机磨料时产生的振动和声响变化与筒内磨料的黏度和粒度变化基本成正相关，对振动和声响信号进行放大和滤波处理，经实验表明能够产生对料球比和磨矿浓度的显著相关曲线。同时，结合电机的电流、电压、功率以及球磨机实时功率和压力数据的变化曲线，能更进一步验证筒体外部数据与内部工况的强相关性。

因此，通过利用SCADA系统，可以很好地对球磨机各个工作阶段相关参数的监测，从而准备判断出不同工作阶段的转化，进而进行不同阶段的参数变化和曲线变化，形成连贯地控制程序。

优选地，在球磨机运行的各个阶段，设定一个变速时间间隔△t，以及一个变速步长间隔△r。

在一些实施方式中，所述变速时间间隔△t为1min～20min；

在一些实施方式中，所述变速时间间隔△t为5min；

需要说明的是，尽管电机的电子控制器能够达到每秒钟改变电机转速一次的精度要求，我们设置5分钟调整一次转速，能够保证电机既能在1小时左右的时间段内实现多次波幅在100转左右的加减速过程，又能避免过快变减速对球磨机传动系统中的零部件和皮带等元器件造成的冲击和破坏。

在一些实施方式中，所述变速步长间隔△r为5r/min～50r/min；

在一些实施方式中，所述变速步长间隔△r为10r/min。

需要说明的是，采用10r/min是基于对球磨机系统其他零部件和皮带等的保护，同时又要满足1小时内加减速频率要求的最优选择。

优选地，所述能耗量是用电量；

需要说明的是，作为一种优选的实施方式，能耗量可以是用电量，当然也可以是污染排放量、球磨机消耗指数等其他形式的能耗参数。

在一些实施方式中，在所述修正控制程序步骤中，选取较优的控制曲线的规则是选取每个阶段用电量较小的曲线，并形成一新的曲线作为第二组控制对照曲线。

优选地，所述工作阶段包括球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段共三个阶段。

需要说明的是，在一种优选的实施方式当中，可以将球磨机的工作阶段分为球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及加减变速阶段这三个阶段。这三个阶段所需要的转速等运行参数各不相同。

根据球磨机的运行理论，在球磨机启动阶段，需要大力矩和较高转速来破碎物料；在初步研磨阶段，随着磨料进行，物料颗粒开始变细，球磨机的振动频率和声响也会降低，此时可将电机转速降低，让磨料继续做抛物线坠落运动；在成熟研磨阶段，磨料进行到一定程度时，物料开始转化为浓稠的浆料状，此时筒体内也很难再出现抛物线坠落运动，磨料会伴随球磨筒体一齐转动。此时需要对电机转速进行加减速控制操作，增加磨筒内不同物料的相对运动，以及互相的碰撞摩擦，以提高研磨的效率和力度。

因此，由于上述三个阶段所需要的运行参数差别较大，所以将球磨机运行分为这三个阶段可以更好地得出控制曲线以及所对应的参数。

在一些实施方式中，所述工作阶段是通过工作阶段监测系统所确定的，所述工作阶段系统包括：振动传感器、声音传感器和压力传感器；所述振动传感器、声音传感器和压力传感器设置于所述球磨机内。

更优选地，所述球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段的判断是通过下列指标所实现的：

当振动值的范围在4kHz以下，噪声分贝值范围在85dB～95dB之间，压力值的范围在400N～450N之间，所述工作阶段为球磨机启动阶段；

当振动值的范围在4kHz～5kHz之间，噪声分贝值范围在78dB～85dB之间，压力值的范围在450～500N之间，所述工作阶段为球磨机初步研磨阶段；

当振动值的范围在5kHz以上，噪声分贝值范围在70dB～78dB之间，压力值的范围在500N以上，所述工作阶段为球磨机成熟研磨阶段。

需要说明的是，在一种优选的实施方式当中，可以根据振动传感器、声音传感器和压力传感器所实时测定的振动值、噪声分贝值以及压力值来确定球磨机工作阶段的划分，经发明人多次实验可以得出，

当振动值的范围在4kHz以下，噪声分贝值范围在85dB～95dB之间，压力值的范围在400N～450N之间，所述工作阶段为球磨机启动阶段；

当振动值的范围在4kHz～5kHz之间，噪声分贝值范围在78dB～85dB之间，压力值的范围在450～500N之间，所述工作阶段为球磨机初步研磨阶段；

当振动值的范围在5kHz以上，噪声分贝值范围在70dB～78dB之间，压力值的范围在500N以上，所述工作阶段为球磨机成熟研磨阶段。

需要注意的是，这里的三个指标需要同时满足，才能对应于该具体的工作阶段。

将球磨机运行的这三个阶段准确、及时地进行监测划分，及时地调整相应的转速等参数，可以更好地、更准确地、更及时地得出控制曲线以及所对应的参数，这一特征可以防止由于工作阶段划分不及时不准确而造成的相关参数调整的延迟，造成最优曲线生成的偏差。

更优选地，所述工作阶段系统还包括物料探测仪；所述物料探测仪设置于所述球磨机内；

在一些实施方式中，所述球磨机沿圆形横截面曲线方向设置有环形间隔层；所述物料探测仪设置于所述环形间隔层内；

在一些实施方式中，所述环形间隔层沿球磨机圆形横截面曲线方向设置，且所述环形间隔层的表面形成一封闭的圆形。

在一些实施方式中，所述物料探测仪有若干个，且等距地设置于所述环形间隔层内；

在一些实施方式中，所述环形间隔层内设置有导轨，所述物料探测仪可移动地设置于所述导轨中。

在一些实施方式中，在监测时，所述物料探测仪在所述导轨内的移动速度是同时球磨机转速的10倍以上。

需要说明的是，为更准确方便地测量出球磨机所在的所述三个工作阶段。发明人在本技术方案当中在球磨机中加入了物料探测仪。所述物料探测仪用于探测在可探测范围内，是否存在有物料或者是物料的厚度，具体例如可通过厚度探测仪、红外线探测仪等仪器单独或结合所实现。由于在不同的工作阶段中，物料在球磨机内的分布情况并不相同，例如所分布在球磨机内表面的厚度、占比均会有所差异。因此，在一种可选的实施方式当中，可以通过所述物料探测仪，通过探测到物料在球磨机内表面的分布情况，分布厚度等来监测到球磨机内的物料是处于哪一个工作阶段。如上述可知，由于上述三个阶段所需要的运行参数差别较大，所以将球磨机运行的这三个阶段准确、及时地进行监测划分，及时地调整相应的转速等参数，可以更好地、更准确地、更及时地得出控制曲线以及所对应的参数，这一特征可以防止由于工作阶段划分不及时不准确而造成的相关参数调整的延迟，造成最优曲线生成的偏差。

而为更好地实现该技术方案，在可选择的实施方式当中，发明人还进一步根据球磨机的结构以及工作方式设计了物料探测仪所设置相应位置，以更好地、更全面地进行探测。在一种优选的实施方式当中，发明人在沿着球磨机圆形横截面的曲线边设置有环形间隔层。所述环形间隔层用于将物料与探测仪进行隔离，防止物料在研磨过程中撞击探测仪所造成的探测仪损坏。

在一种更具体的实施方式当中，可以在所述环形间隔层内设置有若干个所述探测仪，如从侧面看将所述环形间隔层看作是一圆形，可以在该圆形的曲线中等分地设置若干个探测仪，例如可以在四等分点或五等分点或六等分点或七等分点或八等分点等各设置一探测仪，并结合各个探测仪的探测结果判断物料在球磨机内的分布情况。

而在另一种可选的具体实施方式当中，还可以在环形间隔层内设置导轨，即所述导轨设置在环形间隔层内的球磨机内表面，用于使得探测仪可在所述导轨中移动。在此实施方式当中，可以利用一个探测仪在导轨中移动的过程中，对不同位置的球磨机物料的分布状态进行检测。由于球磨机在工作过程中会有一定转速，因此如果探测仪移动速度过慢，则无法准确探测物料分布情况。因此在更优选地方案当中，所述探测仪的移动速度大于与此同时球磨机的转速。更优选地，所述探测仪的移动速度是同时球磨机转速的10倍以上，这样，在此速度之差之下，所述球磨机相对于所述探测仪处于相对接近于静止状态，所述探测仪能够更为准确，直接地测量物料的分布状态，从而更准确地判断球磨机的工作阶段，进而适用本优化方法的过程中更好地得出优化曲线。

更优选地，在修正控制程序步骤中，将Q1与Q0在所述三个工作阶段所分别对应的用电量进行对比，选取较优的控制曲线的具体方法包括：

设Q0在所述三个阶段用电量分别为A1、B1和C1；Q1在所述三个阶段用电量分别为A2、B2和C2；则对比选取规则为：分别对比A1和A2，B1和B2，C1和C2，选取三组对比中较小的对应曲线作为较优曲线。

需要说明的是，分别对于每个球磨机工作阶段的曲线进行对比，分别得到每个阶段中球磨机运行用电量较小的那一段曲线进行保留，并结合三段用电量较小的曲线形成一条新的控制曲线作为新的对照组曲线，即得出一条用电量较低的控制曲线，得到进一步地修正，更接近于所求的的最优曲线解。

在一些实施方式中，所述n∈(5，20)；

优选地，所述n＝10。

需要说明的是，通常来说，修正次数越多，修正结果更精确，但消耗也越大；因此当修正次数在5次到20次之间时，更优为10次，可以得到在消耗和结果准确中取得更好的平衡。

优选地，所述控制变量包括原料配比、水配比和介质配比中的一种或多种；

在一些实施方式中，所述运行参数包括电机转速和加速度中的一种或两种。

需要说明的是，采用SCADA实时监控系统建立球磨机的电机控制程序数据统计学模型，能够很好地指导球磨机在保证产量和质量水平下，低能耗短时间地完成磨料目标。采用实时反馈和大数据挖掘的建模方式，能够大大减少对球磨机内部磨料状态数学建模的难度和低准确度的弊端，更符合实际工作情况和数据分析需要。

需要说明的是，长期使用SCADA系统监控，并且通过不断比对试验寻找用电量最优控制程序，能够使节电增产管理愈加精细和准确，同时运用合理的数据纵横向和阶段分析，会挖掘出很多具有指导性意义的分析结论。如前文提到的对球衬材料、水配比和球料比的对照试验，能够推导出合理的入料方式、磨料介质和入水的时刻及分量，解决长期以来陶瓷行业依靠生产工人的熟练性和过往经验的粗放型选料入料方式，助力于以后生产智能化和自动化的发展。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1、本发明的球磨机节能控制方法，根据不同的控制变量设置不同的球磨机运行参数，并根据控制曲线进行不断地修正而获取到最优的运行控制曲线，从而达到节省能耗的技术目的；

2、本发明的球磨机节能控制方法，在获取最优控制曲线的过程之中，通过n次修正，得出最优曲线，减少误差，使得最优曲线以及所对应的运行参数更为准确；

3、本发明的球磨机节能控制方法，通过利用SCADA系统，可以很好地对球磨机各个工作阶段相关参数的监测，从而准备判断出不同工作阶段的转化，进而进行不同阶段的参数变化和曲线变化，形成连贯地控制程序；

4、本发明的球磨机节能控制方法，采用分别对于每个球磨机工作阶段的曲线进行对比，分别得到每个阶段中球磨机运行用电量较小的那一段曲线进行保留，并结合三段用电量较小的曲线形成一条新的控制曲线作为新的对照组曲线，即得出一条用电量较低的控制曲线，得到进一步地修正，更接近于所求的的最优曲线解；

5、本发明的球磨机节能控制方法，在工作阶段的判断过程中采用了物料探测仪，通过探测到物料在球磨机内表面的分布情况，分布厚度等来监测到球磨机内的物料是处于哪一个工作阶段。如上述可知，由于上述三个阶段所需要的运行参数差别较大，所以将球磨机运行的这三个阶段准确、及时地进行监测划分，及时地调整相应的转速等参数，可以更好地、更准确地、更及时地得出控制曲线以及所对应的参数，这一特征可以防止由于工作阶段划分不及时不准确而造成的相关参数调整的延迟，造成最优曲线生成的偏差。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。

附图说明

图1为本发明球磨机节能控制方法第一组控制对照曲线一种较优选实施方式的示意图；

图2为本发明球磨机节能控制方法在球磨机不同工作阶段各自选择较优曲线方式的示意图；

图3为本发明球磨机节能控制方法中不同工作阶段物料分布情况的示意图；

图4为本发明球磨机中物料探测仪设置方式的其中一种优选实施方式的结构示意图；

图5为本发明球磨机节能控制方法中不同电机用电量的对比图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下：

实施例1

一种球磨机节能控制方法，包括以下步骤：

设定对照组：设定控制变量，然后利用系统对正在使用的球磨机运行的不同工作阶段进行监测，得出第一组控制对照曲线Q0；

修正控制程序：根据第一组控制对照曲线内容，在第1次修正中，在不同工作阶段增加或减少一定转速，形成一条控制曲线Q1；将Q1与Q0在所述不同工作阶段所分别对应的能耗量进行对比，选取能耗量较小所对应较优的控制曲线，作为第二组控制对照曲线；

获取最优曲线：重复上述修正n次(n≥1，n∈N*)，在第n次修正时以第n组控制对照曲线与控制曲线Qn进行对比，获得在所述控制变量条件下的最优曲线Qm，并记录下其对应的运行参数。

上述实施方式是本发明的基础实施方式。发明人在本技术方案中，希望求得在某一控制变量中所对应的能耗量最低的控制曲线，从而得出在该控制变量下所对应的运行参数值是多少，进而得知在不同的控制变量下，球磨机的运行参数值是多少。根据不同的控制变量设置不同的球磨机运行参数，通过本技术方案可以求得最优的运行参数，从而达到节省能耗的技术目的。

在本技术方案中，通过n次修正，得出最优曲线，减少误差，使得最优曲线以及所对应的运行参数更为准确。

所谓控制变量指的是使用者希望球磨机在一定条件进行的参数，例如可以是球磨机原料配比、水配比和介质配比中的一种或多种。

实施例2

本实施例是在上述实施例1的基础之上，结合具体的实施方式的一实施例。本实施例所列举的参数仅为其中一种具体的实施方式，不作为相关运行实现技术方案的限制。

选择一台被广泛应用的装料量为球磨机作为试验对象，内衬材料为橡胶、中铝和高铝。将所入材料配方、和球衬材料作为外部因素固定不变，原料、水和研磨体配比固定在1:0.45:1.5之间作为控制变量，球石填装量维持在占球体体积50％左右，进行多次最优用电量求解试验。

球磨机以达到200目的目标颗粒粗细程度为控制目标。电机系统采用与转速1450r/min的三相异步电机相同的传动系统，来驱动试验球磨机进行节电试验。

试验之前，用SCADA系统对球磨机在三相异步电机Y机驱动下的工作状态进行监控，记录其振动、声响和功率等外部数据。

结合运用SCADA系统所收集的球磨机在三相异步电机下运行的实时振动声响数据，判断磨料从原始状态到进入破碎状态，到浓浆状态的节点时间规律，即完成球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段后，如图1所示，可以得出第一条对照曲线0。

在本次试验当中，我们可以预设曲线0的变速时间间隔△t为5分钟，即每5分钟调电机加速或减速一次，每次调整步长为10r/min。

在0时到1.5小时内基本保持在1450r/min不变，之后随着球磨机振动频率降低而调低电机转速。运行3小时左右开始电机加减速运行状态，增加物料碰撞和摩擦，直至到球磨机声响平稳，物料成为黏度极高的浓浆状态，电机恢复至1450r/min运行。整个电机控制过程分为三个阶段：A、抛物线坠落阶段(0h-1.5h)；B、初步磨碎减速阶段(1.5h-4h)；C、加减变速阶段(4h到10h)，即分别对应基础实施方式中的球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段。

之后，对电机控制程序进行修正，在每个研磨阶段内进行电机加减速。形成一条新的曲线1。例如，曲线1分为A1，B1和C1三条控制程序，分别在ABC三个研磨阶段中，将控制曲线0的转速数值都增加了10转，表述方式为A0+10，B0+10和C0+10。

逐一运行每阶段备选控制曲线，如图2所示，在阶段内对比实时用电量与曲线0的用电量，当该时段内用电量超过曲线0时，即放弃选用该条阶段曲线，在下次试验中仍将新的备选控制曲线与曲线0对比；若用电量对比于曲线0在该阶段内用电量有所减少，则保留此曲线在该阶段的用电数据，供下一次试验对照使用。如此类推，直到找到各阶段中用电量始终低于对照组的曲线为止。

如此类推，在控制程序曲线0的基础上进行增加或减少电机转速10转(或其他数值)，进而制定出N条(N设定为10)备选电机控制曲线。

根据此方式，N(N＝10)次试验后即可得到在该原料配比、水配比和介质配比下最优的用电量控制曲线。所有反复试验得到的最优曲线，都被储存在处理分析数据的中央处理器中。在指导生产时，只需输入原料类型和水配比等参数，即可自动匹配出最佳的控制程序。

实施例3

本实施例是在上述实施例的基础之上，结合具体的实施方式的一实施例。本实施例与上述实施例的区别在于：在一些实施方式中，所述工作阶段是通过工作阶段监测系统所确定的，所述工作阶段系统包括：振动传感器、声音传感器和压力传感器；所述振动传感器、声音传感器和压力传感器设置于所述球磨机内。由于在不同的工作阶段中，物料在球磨机内的分布情况并不相同，例如所分布在球磨机内表面的厚度、占比均会有所差异。如图3所示，(a)(b)(c)分别表示球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段。

因此，在一种可选的实施方式当中，所述球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段的判断是通过下列指标所实现的：

当振动值的范围在4kHz以下，噪声分贝值范围在85dB～95dB之间，压力值的范围在400N～450N之间，所述工作阶段为球磨机启动阶段；

当振动值的范围在4kHz～5kHz之间，噪声分贝值范围在78dB～85dB之间，压力值的范围在450～500N之间，所述工作阶段为球磨机初步研磨阶段；

当振动值的范围在5kHz以上，噪声分贝值范围在70dB～78dB之间，压力值的范围在500N以上，所述工作阶段为球磨机成熟研磨阶段。

可以根据振动传感器、声音传感器和压力传感器所实时测定的振动值、噪声分贝值以及压力值来确定球磨机工作阶段的划分，经发明人多次实验可以得出，上述球磨机工作阶段划分的依据。需要注意的是，这里的三个指标需要同时满足，才能对应于该具体的工作阶段。

为证明此参数，发明人进行了如下几组实验。在实验中，设置一状态指数C，C值越小，则说明球磨机工作状态接近于初始，C值越大，则说明球磨机工作状态接近于成熟。通常来说，C值为0～5代表球磨机启动阶段，C值为5～8代表球磨机初步研磨阶段，C值为8～10代表球磨机成熟研磨阶段。

实验1:

振动值(kHz)	噪声分贝值(dB)	压力值(N)	状态指数
				2.5	80	350	N/A
3.0	85	400	1.2
				6.5	90	450	2.8
4.0	95	500	4.3
				4.5	100	550	N/A
5.0	105	600	N/A
				5.5	110	650	N/A

实验2:

实验3:

振动值(kHz)	噪声分贝值(dB)	压力值(N)	状态指数
				4.0	60	400	N/A
4.5	65	450	N/A
				5.0	70	500	8.3
5.5	73	550	8.6
				6.0	75	600	9.0
6.5	78	650	9.4
				7.0	82	700	N/A

需要说明的是，N/A代表不在0～10范围以内。又上面三个实验数据可以知道。当振动值的范围在4.0kHz以下，噪声分贝值范围在85dB～95dB之间，压力值的范围在400N～450N之间，所述工作阶段为球磨机启动阶段；当振动值的范围在4kHz～5kHz之间，噪声分贝值范围在78dB～85dB之间，压力值的范围在450～500N之间，所述工作阶段为球磨机初步研磨阶段；当振动值的范围在5kHz以上，噪声分贝值范围在70dB～78dB之间，压力值的范围在500N以上，所述工作阶段为球磨机成熟研磨阶段。

另外，作为更进一步地优选，为更准确方便地测量出球磨机所在的所述三个工作阶段。发明人在本技术方案当中在球磨机中加入了物料探测仪。所述物料探测仪用于探测在可探测范围内，是否存在有物料或者是物料的厚度，具体例如可通过厚度探测仪、红外线探测仪等仪器单独或结合所实现。在一种可选的实施方式当中，可以通过所述物料探测仪，通过探测到物料在球磨机内表面的分布情况，分布厚度等来监测到球磨机内的物料是处于哪一个工作阶段。如上述可知，由于上述三个阶段所需要的运行参数差别较大，所以将球磨机运行的这三个阶段准确、及时地进行监测划分，及时地调整相应的转速等参数，可以更好地、更准确地、更及时地得出控制曲线以及所对应的参数，这一特征可以防止由于工作阶段划分不及时不准确而造成的相关参数调整的延迟，造成最优曲线生成的偏差。

作为进一步优选的实施方式，发明人还进一步根据球磨机的结构以及工作方式设计了物料探测仪所设置相应位置，以更好地、更全面地进行探测。在一种优选的实施方式当中，发明人在沿着球磨机圆形横截面的曲线边设置有环形间隔层。所述环形间隔层用于将物料与探测仪进行隔离，防止物料在研磨过程中撞击探测仪所造成的探测仪损坏。

在一种可选的实施方式当中，如图4所示，所述球磨机筒体1横截面呈圆形，并且沿所述圆形筒体横截面曲线方向设置有环形间隔层2；所述物料探测仪3设置于所述环形间隔层内。

在一种更具体的实施方式当中，可以在所述环形间隔层内设置有若干个所述探测仪，如从侧面看将所述环形间隔层看作是一圆形，可以在该圆形的曲线中等分地设置若干个探测仪，例如可以在四等分点或五等分点或六等分点或七等分点或八等分点等各设置一探测仪，并结合各个探测仪的探测结果判断物料在球磨机内的分布情况。

而在另一种可选的具体实施方式当中，还可以在环形间隔层内设置导轨，即所述导轨设置在环形间隔层内的球磨机内表面，用于使得探测仪可在所述导轨中移动。在此实施方式当中，可以利用一个探测仪在导轨中移动的过程中，对不同位置的球磨机物料的分布状态进行检测。由于球磨机在工作过程中会有一定转速，因此如果探测仪移动速度过慢，则无法准确探测物料分布情况。因此在更优选地方案当中，所述探测仪的移动速度大于与此同时球磨机的转速。更优选地，所述探测仪的移动速度是同时球磨机转速的10倍以上，这样，在此速度之差之下，所述球磨机相对于所述探测仪处于相对接近于静止状态，所述探测仪能够更为准确，直接地测量物料的分布状态，从而更准确地判断球磨机的工作阶段，进而适用本优化方法的过程中更好地得出优化曲线。

本实施例的其余实施方式与上述实施例相同，在此不再累述。

实施例4

本实施例是本技术方案用电量节省的实验证明。通过本技术方案，试验后获得的最佳程序曲线、初始控制曲线0与试验伊始的三相异步电机实时耗电比较，在本方案利用永磁电机的控制下总体上比Y机省电10％以上。而优化求解后的最小化用电量曲线比起初始使用的电机控制曲线0，节电有5％以上，综合起来，经过SCADA监测后建立起的统计学模型所求得的最优控制曲线，能够使永磁电机相较于Y机节电15％左右，且波动幅度更小，对电网冲击更低。如图4所示是上述证明的实验图示。

图5中Y机的数据是我们在试验伊始时采用SCADA系统对Y机先进行球磨阶段分析，并且记录下Y机的用电量数据。在对照着Y机监控后得到的球磨阶段数据后，我们制定了用于控制永磁电机的曲线0。从图中的曲线我们可以清楚地看到，曲线0比Y机用电量节省10％以上。而我们采用专利中的寻找最优用电程序曲线方法后得到的最优曲线，比起曲线0能省电5％，所以比起使用Y机总共能节省10+5＝15％。

将曲线0和Y机比较可视作使用永磁电机和使用Y机在同等条件下的用电量对比。曲线0与最优曲线对比，可以证明本申请的技术方案对于球磨机工作中实现了节省用电的作用。最优曲线与Y机用电对比，能够说明采取这种专利方式控制后，永磁电机能够最大化地发挥节电优势，用电量远低于目前市面普遍使用的三相异步电机Y机。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (16)

1.一种球磨机节能控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

设定对照组：设定控制变量，然后利用系统对正在使用的球磨机运行的不同工作阶段进行监测，得出第一组控制对照曲线Q0；所述控制变量包括原料配比、水配比和介质配比中的一种或多种；所述系统是SCADA系统；所述工作阶段包括球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段共三个阶段；

修正控制程序：根据第一组控制对照曲线内容，在第1次修正中，在不同工作阶段增加或减少一定转速，形成一条控制曲线Q1；将Q1与Q0在所述不同工作阶段所分别对应的能耗量进行对比，选取能耗量较小所对应较优的控制曲线，作为第二组控制对照曲线；所述能耗量是用电量；

获取最优曲线：重复上述修正n次(n≥1，n∈N*)，在第n次修正时以第n组控制对照曲线与控制曲线Qn进行对比，获得在所述控制变量条件下的最优曲线Qm，并记录下其对应的运行参数；所述运行参数包括电机转速和加速度中的一种或两种；

所述工作阶段是通过工作阶段监测系统所确定的，所述工作阶段监测系统包括：振动传感器、声音传感器和压力传感器；所述振动传感器、声音传感器和压力传感器设置于所述球磨机内；

所述球磨机启动阶段、初步研磨阶段以及成熟研磨阶段的判断是通过下列指标所实现的：当振动值的范围在4kHz以下，噪声分贝值范围在85dB～95dB之间，压力值的范围在400N～450N之间，所述工作阶段为球磨机启动阶段；

当振动值的范围在4kHz～5kHz之间，噪声分贝值范围在78dB～85dB之间，压力值的范围在450～500N之间，所述工作阶段为球磨机初步研磨阶段；

当振动值的范围在5kHz以上，噪声分贝值范围在70dB～78dB之间，压力值的范围在500N以上，所述工作阶段为球磨机成熟研磨阶段。

2.如权利要求1所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，监测的具体方法是用SCADA系统对球磨机在三相异步电机Y机驱动下的工作阶段进行监测。

3.如权利要求2所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，对工作阶段的监测是通过对所述球磨机工作中的振动、声响和功率外部数据中的一种或多种的判断进行的。

4.如权利要求1所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，在球磨机运行的各个阶段，设定一个变速时间间隔△t，以及一个变速步长间隔△r。

5.如权利要求4所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述变速时间间隔△t为1min～20min。

6.如权利要求5所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述变速时间间隔△t为5min。

7.如权利要求4所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述变速步长间隔△r为5r/min～50r/min。

8.如权利要求7所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述变速步长间隔△r为10r/min。

9.如权利要求1所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，在所述修正控制程序步骤中，选取较优的控制曲线的规则是选取每个阶段用电量较小的曲线，并形成一新的曲线作为第二组控制对照曲线。

10.如权利要求1所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述工作阶段系统还包括物料探测仪；所述物料探测仪设置于所述球磨机内。

11.如权利要求10所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述球磨机沿圆形横截面曲线方向设置有环形间隔层；所述物料探测仪设置于所述环形间隔层内。

12.如权利要求11所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述环形间隔层沿球磨机圆形横截面曲线方向设置，且所述环形间隔层的表面形成一封闭的圆形。

13.如权利要求12所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述物料探测仪有若干个，且等距地设置于所述环形间隔层内。

14.如权利要求12所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，所述环形间隔层内设置有导轨，所述物料探测仪可移动地设置于所述导轨中。

15.如权利要求14所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，在监测时，所述物料探测仪在所述导轨内的移动速度是同时球磨机转速的10倍以上。

16.如权利要求1所述的球磨机节能控制方法，其特征在于，在修正控制程序步骤中，将Q1与Q0在所述三个工作阶段所分别对应的用电量进行对比，选取较优的控制曲线的具体方法包括：

设Q0在所述三个阶段用电量分别为A1、B1和C1；Q1在所述三个阶段用电量分别为A2、B2和C2；则对比选取规则为：分别对比A1和A2，B1和B2，C1 和C2，选取三组对比中较小的对应曲线作为较优曲线。

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