CN110339914B

CN110339914B - 一种磨矿机综合运行状态在线检测装置及自动控制方法

Info

Publication number: CN110339914B
Application number: CN201910647948.9A
Authority: CN
Inventors: 邹文杰; 方子川; 徐怀兵; 张志军; 孙春宝; 郭晓嵩
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2019-07-18
Filing date: 2019-07-18
Publication date: 2023-05-05
Anticipated expiration: 2039-07-18
Also published as: CN114160273A; CN114160273B; CN110339914A

Abstract

本发明提供一种磨矿机综合运行状态在线检测装置及自动控制方法，属于矿物加工技术领域。该装置包括给料皮带机、水管、电磁阀门、补加磨矿介质装置、智能物料、磨矿介质、变频器、磨音检测装置、振动监测器、无线基站、专家控制系统、上位机；磨音检测装置通过屏蔽电缆连接磨音检测仪和分析仪，磨矿机内有磨矿介质、矿石和智能物料，磨矿机主轴上安装振动监测器，毗邻磨矿机空地上安装磨音检测仪，磨矿机出料口安装无线基站、变频器，专家控制系统连接上位机。该系统及方法可实现磨矿机运行状态的直接在线检测与自动控制，易于实现，准确可行、实用性强，可用于磨矿机自动控制，实现节能降耗。

Description

一种磨矿机综合运行状态在线检测装置及自动控制方法

技术领域

本发明涉及矿物加工技术领域，特别是指一种磨矿机综合运行状态在线检测装置及自动控制方法。

背景技术

目前我国信息技术与传统矿物加工技术不断深度融合，矿物加工过程作为典型的流程工业，实现矿物加工过程的在线检测与自动控制对于提高球磨机工作效率，减少设备损坏，降低生产成本，减轻劳动工人工作强度意义重大；磨矿机是一直发展并广泛应用的一种磨矿设备，为选矿生产流程中一个十分重要的工序环节。磨矿机内部负荷常出现三种状态：欠负荷、正常、过负荷，除正常工作状态外，其余两种均无法使磨矿机达到最佳工作状态，磨矿机的负荷状态主要由转速、填充率、料球比、介质大小等决定，参数之间具有一定的耦合作用，因此能否利用直接或间接的手段准确地预测出磨机内部负荷参数(填充率、料球比、浓度)是整个磨机优化控制成败的关键。现有的检测方法：振动法、有用功率法、振声法等，振动法检测信号的灵敏度比较高，能随时显示球磨机内物料的变化，不受周围噪声源的影响，但易受电压频率变化、研磨体损耗或者磨机转速等微小波动影响，有用功率法难以根据检测得到的信号来判断有用功率的下降是由于磨机过负荷状态引起的，振声法虽然能预测料料球比和衬板磨损程度却难以判断介质填充率和矿浆浓度，智能物料虽可判断磨矿介质运动状态但对于料球比、矿浆浓度却难以判断，且影响磨矿机磨矿的因素存在多样性和各因素之间耦合的复杂性。因此，采用智能物料-振声法-振动法相联合，根据所得信息，采用最新信号分析技术对数据进行深入挖掘，探索特征因素所包含的潜在信息，用以判断磨矿机综合运行状态，最终实现磨矿机负荷的准确、及时预测。本发明是一种磨矿机综合运行状态在线检测装置及自动控制方法，用以实现磨矿机在线检测和自动优化控制，对于磨矿机生产控制具有重要指导意义。

发明内容

本发明针对磨矿机在线检测技术的不足之处，提供一种磨矿机综合运行状态在线检测装置及自动控制方法，该装置及方法易于实现，准确可行、实用性强，可以记录磨矿机综合运行状态，实现实时在线检测和控制磨矿机综合运行状态。

该装置包括给料皮带机、水管、补加磨矿介质装置、磨矿介质、入料口、磨矿机、智能物料、磨音检测装置、振动监测器、变频器、无线基站、出料口、专家控制系统、上位机和电磁阀门，其中，磨音检测装置包括磨音检测仪、屏蔽电缆和分析仪，振动监测器包括加速度传感器二、连接线二和微处理器二，智能物料包括可拆分外壳、固定底座、加速度传感器一、微处理器一和连接线一；给料皮带机将矿石通过入料口给入磨矿机，磨矿介质通过补加磨矿介质装置给入磨矿机，电磁阀门控制水管向磨矿机中加水，智能物料加入磨矿机中，磨矿机主轴上安装振动监测器，毗邻磨矿机空地上安装磨音检测仪，磨矿机的出料口安装无线基站和变频器，无线基站和专家控制系统之间进行数据传输，专家控制系统连接上位机。

其中，磨音检测装置通过屏蔽电缆连接磨音检测仪和分析仪，振动监测器内的加速度传感器二通过连接线二连接微处理器二，智能物料内的加速度传感器一通过连接线一连接微处理器一；分析仪、微处理器二、微处理器一无线连接至专家控制系统，专家控制系统连接上位机。

固定底座、加速度传感器一、微处理器一和连接线一封装在可拆分外壳内，固定底座能够加载铅块进行配重，使智能物料密度和磨矿介质或矿石相同，以便模拟真实磨矿介质或矿石。

可拆分外壳由高强度耐磨材料制成，可拆分外壳形状包括球形、棒形、短柱形、短截头锥形。

可拆分外壳由耐磨钢、耐磨铸铁、中高碳合金耐磨钢、硬质合金、硬镍、陶瓷、高强度耐磨有机聚合物中的一种制成。

专家控制系统包括组合逻辑专家控制系统和微程序专家控制系统，加速度传感器二和加速度传感器一包括二轴加速度传感器、三轴加速度传感器，智能物料电源来源包括锂电池、自发电技术，变频器的种类包括直接式变频器、间接式变频器、电流型变频器、电压型变频器。

应用该在线检测装置进行自动控制的方法，具体为：磨矿机磨矿过程中，智能物料随磨矿介质和矿石一起运动，加速度传感器一检测智能物料加速度信号，通过连接线一输入微处理器一，微处理器一对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站传输至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，振动监测器内置的加速度传感器二监测主轴的振动信号，通过连接线二输入微处理器二，微处理器二对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站传输至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，磨音检测仪检测钢球与筒体、钢球与钢球、钢球与物料之间，相互碰撞产生的机械噪音，通过屏蔽电缆传输至分析仪，经分析仪后将信息传输至专家控制系统，专家控制系统接收来自微处理器二和微处理器一以及分析仪信息后根据控制系统计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置、变频器进行控制，同时专家控制系统连接上位机。

在应用过程中，磨音检测仪检测钢球与筒体、钢球与钢球、钢球与物料之间，相互碰撞产生的机械噪音，通过屏蔽电缆传输至分析仪，经分析仪后将信息传输至专家控制系统，专家控制系统接受智能物料、振动监测器、磨音检测仪信息后根据控制系统计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置、变频器进行控制，同时专家控制系统连接上位机。磨矿过程中若智能物料损坏，则添加相应数目智能物料。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，可实现磨矿机综合运行状态在线检测，实现磨矿机的自动优化控制，减少了人工判断经验不足、磨矿效果波动性大的问题；智能物料内设有加速度感应器和微处理器，能够实现其运动状态信息的采集和数据发射，通过专家控制系统和上位机分别进行频谱分析和受力分析，振动监测器内置的加速度传感器监测主轴的振动信号，通过连接线输入微处理器，微处理器对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站传输至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，磨音检测仪检测钢球与筒体、钢球与钢球、钢球与物料之间，相互碰撞产生的机械噪音，通过屏蔽电缆传输至分析仪，经分析仪后将信息传输至专家控制系统，专家控制系统接受智能物料、振动监测器、磨音检测仪信息后根据控制系统计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置、变频器进行控制，调节磨矿机至最佳状态。实验结果不仅磨矿机工作中的综合运动状态有进一步的认识，且对于生产指导具有重要指导意义，该系统及方法可实现磨矿机综合运行状态的在线检测与自动控制，易于实现，准确可行、实用性强，可用于磨矿机自动控制，实现节能降耗。

附图说明

图1为本发明的磨矿机综合运行状态在线检测装置结构示意图。

其中：1-给料皮带机、2-水管、3-补加磨矿介质装置、4-磨矿介质、5-入料口、6-磨矿机、7-矿石、8-智能物料、9-磨音检测仪、10-屏蔽电缆、11-分析仪、12-振动监测器、13-变频器、14-无线基站、15-出料口、16-专家控制系统、17-上位机、2/1-电磁阀门、8/1-加速度传感器一、8/2-连接线一、8/3-可拆分外壳、8/4-微处理器一、12/1-加速度传感器二、12/2-微处理器二、12/3-连接线二。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种磨矿机综合运行状态在线检测装置及自动控制方法。

如图1所示，该装置包括给料皮带机1、水管2、补加磨矿介质装置3、磨矿介质4、入料口5、磨矿机6、智能物料8、磨音检测装置、振动监测器12、变频器13、无线基站14、出料口15、专家控制系统16、上位机17和电磁阀门2/1，其中，磨音检测装置包括磨音检测仪9、屏蔽电缆10和分析仪11，振动监测器包括加速度传感器二12/1、连接线二12/3和微处理器二12/2，智能物料包括可拆分外壳8/3、固定底座、加速度传感器一8/1、微处理器一8/4和连接线一8/2；给料皮带机1将矿石7通过入料口5给入磨矿机6，磨矿介质4通过补加磨矿介质装置3给入磨矿机6，电磁阀门2/1控制水管2向磨矿机6中加水，智能物料8加入磨矿机6中，磨矿机6主轴上安装振动监测器12，毗邻磨矿机6空地上安装磨音检测仪9，磨矿机6的出料口15安装无线基站14和变频器13，无线基站14和专家控制系统16之间进行数据传输，专家控制系统16连接上位机17。

其中，磨音检测装置通过屏蔽电缆10连接磨音检测仪9和分析仪11，振动监测器12内的加速度传感器二12/1通过连接线二12/3连接微处理器二12/2，智能物料8内的加速度传感器一8/1通过连接线一8/2连接微处理器一8/4；分析仪11、微处理器二12/3、微处理器一8/4无线连接至专家控制系统16，专家控制系统16连接上位机17。

固定底座、加速度传感器一8/1、微处理器一8/4和连接线一8/2封装在可拆分外壳8/3内，固定底座能够加载铅块进行配重，使智能物料8密度和磨矿介质或矿石相同。

应用该在线检测装置进行自动控制的方法，具体为：磨矿机6磨矿过程中，智能物料8随磨矿介质4和矿石7一起运动，加速度传感器一8/1检测智能物料8加速度信号，通过连接线一8/2输入微处理器一8/4，微处理器一8/4对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站14传输至专家控制系统16和上位机17，上位机17进行受力分析，输入到专家控制系统16，振动监测器12内置的加速度传感器二12/1监测主轴的振动信号，通过连接线二12/3输入微处理器二12/2，微处理器二12/2对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站14传输至专家控制系统16和上位机17，上位机17进行受力分析，输入到专家控制系统16，磨音检测仪9检测钢球与筒体、钢球与钢球、钢球与物料之间，相互碰撞产生的机械噪音，通过屏蔽电缆10传输至分析仪11，经分析仪11后将信息传输至专家控制系统16，专家控制系统16接收来自微处理器二12/2和微处理器一8/4以及分析仪11信息后根据控制系统计算控制信号输出至给料皮带机1、电磁阀门2/1和补加磨矿介质装置3、变频器13进行控制，同时专家控制系统16连接上位机17。

下面结合具体实施例予以说明。

以单台磨矿机的磨矿工艺流程为例，选用溢流型磨矿机，将给料皮带机、水管、补加磨矿介质装置、连接溢流型磨矿机给料口，溢流型磨矿机的出料口接分级机，智能物料的加速度传感器采用二轴加速度传感器，微处理器采用智能芯片，智能物料外壳材料采用高强度锻造钢，内部其余固定座加载铅块配重，磨音检测仪采用FR-DL-O1型号测量仪，变频器采用雷诺尔RNHV变频器，磨矿机磨矿过程中，智能物料随磨矿介质和矿石一起运动，加速度传感器检测智能物料加速度信号，通过连接线输入微处理器，微处理器对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站传输至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，振动监测器内置的加速度传感器监测主轴的振动信号，通过连接线输入微处理器，微处理器对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站传输至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，磨音检测仪检测钢球与筒体、钢球与钢球、钢球与物料之间，相互碰撞产生的机械噪音，通过屏蔽电缆传输至分析仪，经分析仪后将信息传输至专家控制系统，专家控制系统接受智能物料、振动监测器、磨音检测仪信息后根据控制系统计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置、变频器进行控制，同时专家控制系统连接上位机。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种磨矿机综合运行状态在线检测装置，其特征在于：包括给料皮带机（1）、水管（2）、补加磨矿介质装置（3）、磨矿介质（4）、入料口（5）、磨矿机（6）、智能物料（8）、磨音检测装置、振动监测器（12）、变频器（13）、无线基站（14）、出料口（15）、专家控制系统（16）、上位机（17）和电磁阀门（2/1），其中，磨音检测装置包括磨音检测仪（9）、屏蔽电缆（10）和分析仪（11），振动监测器包括加速度传感器二（12/1）、连接线二（12/3）和微处理器二（12/2），智能物料包括可拆分外壳（8/3）、固定底座、加速度传感器一（8/1）、微处理器一（8/4）和连接线一（8/2）；给料皮带机（1）将矿石（7）通过入料口（5）给入磨矿机（6），磨矿介质（4）通过补加磨矿介质装置（3）给入磨矿机（6），电磁阀门（2/1）控制水管（2）向磨矿机（6）中加水，智能物料（8）加入磨矿机（6）中，磨矿机（6）主轴上安装振动监测器（12），毗邻磨矿机（6）空地上安装磨音检测仪（9），磨矿机（6）的出料口（15）安装无线基站（14）和变频器（13），无线基站（14）和专家控制系统（16）之间进行数据传输，专家控制系统（16）连接上位机（17）；

所述磨音检测装置通过屏蔽电缆（10）连接磨音检测仪（9）和分析仪（11），振动监测器（12）内的加速度传感器二（12/1）通过连接线二（12/3）连接微处理器二（12/2），智能物料（8）内的加速度传感器一（8/1）通过连接线一（8/2)连接微处理器一（8/4）；分析仪（11）、微处理器二（12/2）、微处理器一（8/4）无线连接至专家控制系统（16），专家控制系统（16）连接上位机（17）；

所述固定底座、加速度传感器一（8/1）、微处理器一（8/4）和连接线一（8/2）封装在可拆分外壳（8/3）内，固定底座能够加载铅块进行配重，使智能物料（8）密度和磨矿介质或矿石相同；

所述可拆分外壳（8/3）由高强度耐磨材料制成，可拆分外壳（8/3）形状包括球形、棒形、短柱形、短截头锥形；

所述专家控制系统（16）包括组合逻辑专家控制系统和微程序专家控制系统，加速度传感器二（12/1）和加速度传感器一（8/1）包括二轴加速度传感器、三轴加速度传感器，智能物料（8）电源来源包括锂电池、自发电技术，变频器（13）的种类包括直接式变频器、间接式变频器、电流型变频器、电压型变频器。

2.根据权利要求1所述的磨矿机综合运行状态在线检测装置，其特征在于：所述可拆分外壳（8/3）由耐磨钢、耐磨铸铁、中高碳合金耐磨钢、硬质合金、硬镍、陶瓷、高强度耐磨有机聚合物中的一种制成。

3.应用权利要求1所述的磨矿机综合运行状态在线检测装置进行自动控制的方法，其特征在于：磨矿机（6）磨矿过程中，智能物料（8）随磨矿介质（4）和矿石（7）一起运动，加速度传感器一（8/1）检测智能物料（8）加速度信号，通过连接线一（8/2）输入微处理器一（8/4），微处理器一（8/4）对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站（14）传输至专家控制系统（16）和上位机（17），上位机（17）进行受力分析，输入到专家控制系统（16），振动监测器（12）内置的加速度传感器二（12/1）监测主轴的振动信号，通过连接线二（12/3）输入微处理器二（12/2），微处理器二（12/2）对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站（14）传输至专家控制系统（16）和上位机（17），上位机（17）进行受力分析，输入到专家控制系统（16），磨音检测仪（9）检测钢球与筒体、钢球与钢球、钢球与物料之间，相互碰撞产生的机械噪音，通过屏蔽电缆（10）传输至分析仪（11），经分析仪（11）后将信息传输至专家控制系统（16），专家控制系统（16）接收来自微处理器二（12/2）和微处理器一（8/4）以及分析仪（11）信息后根据控制系统计算控制信号输出至给料皮带机（1）、电磁阀门（2/1）和补加磨矿介质装置（3）、变频器（13）进行控制，同时专家控制系统（16）连接上位机（17）。