CN1142987A - 一种球磨机料位测控方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种对球磨机料位，即球磨机运行时的载料量，进行测量和控制的方法和实现该方法的专用测控装置。现有技术可以通过测量球磨机运行时发出的振动或噪音实现球磨机给料量自动控制并可将料位控制设置在人认为最优的水平，其问题在于没有给出料位同时料位是否最优没有客观的依据。本发明实现了料位计算和自动寻优控制等。可广泛适用于各类连续生产过程的球磨机给料自动控制。

Description

一种球磨机料位测控方法和装置

本发明涉及一种对球磨机料位，即球磨机运行时的载料量，进行测量和控制的方法和实现该方法的专用测控装置。

“自寻最优控制理论在电厂中的应用”(华北电力学院，张栾英、谷俊杰，《大型火电机组运行技术学术年会论文集》，中国电机工程学会火力发电分会，1991.9)介绍了一种球磨机料位控制方法和装置。其实质是将磨音对磨机功率的偏导数作为控制目标，使其保持在某一大于零且接近于零的给定值。其缺点如下：

1.优化目标应是产量最大或单位产量电耗最小，其控制目标与优化目标仅有不确定的间接关系，；

2.控制目标给定值的大小只能由操作人员凭经验确定，磨机料位只是工作在操作人员所认为的最优区段内，不是自寻优的；

3.不能自动区分产量最大和单位产量电耗最小两种不同的目标；

4.没有实现料位的测量。

本发明的目的是提供一种对球磨机料位进行测量和控制的方法和装量，实现料位的近似测量和自动最优控制；直接将优化目标作为自寻优控制目标；具有产量最大和单位产量电耗最小两种不同优化目标；在自寻优控制方式，其工作点不依赖于操作人员确定。

本发明是这样实现的：

一种球磨机料位测量方法，通过安装在磨体外的音频传感器拾取磨体发出的音频振动或噪音，音频传感器的信号经过音频信号处理电路处理后成为与料位有单值关系的电平信号，其特征在于，该电平信号先被换算成对数值，然后根据音频信号对数值换算出料位值。

上述方法所述的根据音频信号对数值换算出料位值，是依据标定过程确定的某一低料位音频信号对数值、某一临界高料位音频信号对数值及人为给定的音频信号对数值的变化与料位的变化的关系曲线。

一种球磨机料位自寻优控制方法，由料位定值控制和定值自寻优逻辑组成，其特征在于，定值自寻优逻辑始终处于这样一个循环；改变定值，待料位达到定值后，取一段时间作为目标函数采样时间，计算出目标函数；再计算定值改变后与定值改变前目标函数的变化，确定定值改变以后比定值改变以前是否更接近最优定值，从而决定下一次料位定值的改变。

上述控制方法的目标函数有产量最大和单位产量电耗最小两种。

上述控制方法的目标函数计算中，产量取给料速度控制输出值对目标函数采样时间的积分；电耗取球磨机电机功率或球磨机电机功率与筛分机电机功率之和对目标函数采样时间的积分。

一种球磨机料位定值控制方法，其特征在于跟踪控制，料位的定值是投入自动控制时刻球磨机的实际测得的料位。

一种实现上述测控方法的球磨机料位测控装置，由微处理器系统硬件和软件、音频传感器信号处理电路、标准控制仪表开关量和摸拟量的输入输出接口电路、键盘和显示、电源等组成，其特征在于：微处理器软件根据音频信号对数值换算出料位值；通过键盘和显示可以设定自动控制工作在最大产量方式、单位产量电耗最小方式或跟踪方式下；具有工作状态指示、音频信号电平指示。

上述测控装置的音频传感器信号处理电路采用对数放大器与A/D转换器接口。

上述测控装置方案所述的换算是依据标定过程确定的零料位音频信号对数值、某一临界高料位音频信号对数值及人为给定的音频信号对数值的变化与料位的变化的关系曲线，其中零料位音频信号对数值在零料位标定过程中通过标定电位器调为或接近A/D转换器满量程；临界高料位音频信号对数值在零料位标定后通过试验确定；零料位音频信号对数值、临界高料位音频信号对数值通过键盘人为送入装置。

上述测控装置方案所述的工作状态指示包括最大出力方式指示灯、单位产量电耗最小方式指示灯、跟踪方式指示灯、手动方式指示灯和故障指示灯。

上述测控装置方案所述音频信号电平指示灯为多点电平指示器。

本发明的优点在于：

料位与音频信号为反调关系，即音频信号大料位则低，反之音频信号小料位则高，通过音频信号换算出与料位同调的量使运行人员不必再去考虑这种反调关系有利于实际生产中运行人员的工作，本发明提供的方法仅通过两个运行点的数据和一条人为给定的标准曲线实现了这种换算，同时实现了近似的料位测量。尽管这种方法的临界高料位的料位值很难测定，一般只能根据实际磨机具体情况设定为某一值，另外物料件质、钢球和衬板条件都会引起音频信号与料位关系的变化，音频信号对数值与料位的关系曲线不可能很准确，仍不能否认这种方法有很强的实用性。

利用料位定值控制将料位控制到定值后，球磨机进料与出料处于动平衡状态。球磨机进料与出料应该是相等的，即球磨机的产量由给料量即可看出。尽管实际给料速度与给料速度控制输出值的关系对于有些给料系统可能有一定的随机偏差和非线性，但作为统计平均结果则是确定的单调函数，因此可以利用控制器在一定时间的给料速度控制输出值确定球磨机的相对产量，相当于实现了球磨机产量的在线测量。因此尽管本发明提供的方法与现有技术都相当于不断地进行试验，根据试验的结果不断地修正工作点，但本发明的修正不依据任何人的认识或人为给定的数据，而是直接面向寻优的最终目标；同时本发明还可以分别将产量最大或单位产量电耗最小作为寻优的目标函数，这样可以最大程度满足实际生产需要。

料位在球磨机制粉生产过程中有重要的影响，但其本身并不是生产指标，跟踪控制使运行人员可以根据生产实际需要将料位控制在他认为满意的定值上，给实际运行操作带来方便。

本发明提供的装置采用了微处理器实现本发明提供的方法。可以通过人机接口键盘和显示对装置的自动控制工作方式进行设定，不仅可以实现产量最大或单位产量最小两种自寻优方式，还可以实现简单的定值方式，使球磨机工作在任意料位。定值方式也给料位测量的标定带来方便。该装置与手操器配合，当手操器切至自动方式时，装置进入上述自动控制方式；当手操器切至手动方式时，装置退出上述自动控制方式，由运行人员对给料速度进行手动给定。工作状态指示灯与每种控制方式相对应，使运行人员一目了然。装置内部设置了音频信号处理电路，可以直接处理音频传感器送来的信号，并通过微处理器系统软件运算实现料位的测量，现有技术仅是利用音频信号进行载料量的控制，没有实现料位测量。音频信号处理电路与现有技术基本相同，但在A/D转换前加装一级对数电路，因此A/D转换的输入是对数值。由于高料位区音频信号的幅值小、变化小，对料位的灵敏度很低，经对数变换后高料位区音频信号的幅值和变化都被放大，灵敏度提高，经A/D转换后高料位区音频信号数据对于料位的分辨率也被提高，从而保证装置在高料位区利用音频信号实现高分辨能力和稳定的连续控制。面板上的音频信号多点电平指示直观地反映了球磨机的噪音水平，对运行人员起到在球磨机现场听到其噪音的效果。

本发明实施的最好方式；

采用单片微处理器，如MCS-96系列8098单片机，可以构成体积小且可靠性高的装置，是实现本发明提供方法的最好方式。

硬件要素如下：①六位键盘，包括方式选择键、数据选择键、数据增加键、数据减少键、回车键、复位键；②四位数码显示，前两位为代码位，后两位为数据位；③摸拟量输入通道，包括音频信号处理电路，料位相关量、磨机电流、手动给料开度输入通道等；④状态量输入通道，包括磨机开关、给料机开关、自动手动状态等；⑤摸拟量输出通道，主要是给料自动控制输出；⑥保警输出；⑦指示灯，包括电源指示灯、方式指示灯、音频信号电平指示灯、报警指示灯等。

软件要素如下：①采样周期0.25秒，每四次采样结果进行平均，故实际采样和摸拟量计算周期为1秒左右，由于各量波动周期较长，还应进行复合滤波，以取得平滑信号；②定值控制开环放大倍数3～5，时间常数10秒左右；③自寻优周期15分钟左右，等待时间5分钟，目标函数采样计算时间10分钟；④报警功能应对料位、料位相关量、磨电流越限、料位明显偏离定值等情况报警，各门限值应能修改。

Claims (11)

1. 权项1、一种球磨机料位测量方法，通过安装在磨体外的音频传感器拾取磨体发出的音频振动或噪音，音频传感器的信号经过音频信号处理电路处理后成为与料位有单值关系的电平信号，其特征在于，该电平信号先被换算成对数值，然后根据音频信号对数值换算出料位值。
2. 权项2、如权项1所述的球磨机料位的测量方法，其特征还在于，所述的根据音频信号对数值换算出料位值，是依据标定过程确定的某一低料位音频信号对数值、某一临界高料位音频信号对数值及人为给定的音频信号对数值的变化与料位的变化的关系曲线。
3. 权项3、一种球磨机料位自寻优控制方法，由料位定值控制和定值自寻优逻辑组成，其特征在于，定值自寻优逻辑始终处于这样一个循环：改变定值，待料位达到定值后，取一段时间作为目标函数采样时间，计算出目标函数；再计算定值改变后与定值改变前目标函数的变化，确定定值改变以后比定值改变以前是否更接近最优定值，从而决定下一次料位定值的改变。
4. 权项4、如权项3所述的球磨机料位自寻优控制方法，其特征在于：目标函数有产量最大和单位产量电耗最小两种。
5. 权项5、如权项3或4所述的球磨机料位自寻优控制方法，其特征在于：目标函数计算中，产量取给料速度控制输出值对目标函数采样时间的积分；电耗取球磨机电机功率或球磨机电机功率与筛分机电机功率之和对目标函数采样时间的积分。
6. 权项6、一种球磨机料位定值控制方法，其特征在于跟踪控制，料位的定值是投入自动控制时刻球磨机的实际测得的料位。
7. 权项7、一种实现权项1～6所述方法的球磨机料位测控装置，由微处理器系统硬件和软件、音频传感器信号处理电路、标准控制仪表开关量和摸拟量的输入输出接口电路、人机接口键盘和显示、电源等组成，其特征在于：微处理器软件根据音频信号对数值换算出料位值；通过键盘可以设定自动控制工作在最大产量方式、单位产量电耗最小方式或跟踪方式下；具有工作状态指示、音频信号电平指示。
8. 权项8、如权项7所述的球磨机料位测控装置，其特征在于，所述音频传感器信号处理电路采用对数放大器与A/D转换器接口。
9. 权项9、如权项7所述的球磨机料位测控装置，其特征在于，所述的换算是依据标定过程确定的零料位音频信号对数值、某一临界高料位音频信号对数值及人为给定的音频信号对数值的变化与料位的变化的关系曲线，其中零料位音频信号对数值在零料位标定过程中通过标定电位器调为或接近A/D转换器满量程；临界高料位音频信号对数值在零料位标定后通过试验确定；零料位音频信号对数值和临界高料位音频信号对数值通过键盘人为送入装置。
10. 权项10、如权项7所述的球磨机料位测控装置，其特征在于，所述工作状态指示包括最大出力方式指示灯、单位产量电耗最小方式指示灯、跟踪方式指示灯、手动方式指示灯和故障指示灯。
11. 权项11、如权项7所述的球磨机料位测控装置，其特征在于，所述音频信号电平指示为多点电平指示器。