CN206911472U - 一种球磨机的监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种球磨机的监测系统，包括若干压电式微加速计，用于采集球磨机的振动信号；Zynq处理器，用于接收振动信号并根据振动信号计算得出球磨机的负载值及喂料调整量，与预设信息进行对比并根据对比结果实时监测球磨机运行状态；无线通信设备，用于将压电式微加速计采集的振动信号输送至Zynq处理器；Zynq处理器包括ARM处理器以及基于FPGA构架的用于将负载值及喂料调整量经ARM处理器传输至显示器中显示的可编程逻辑。本实用新型提供的球磨机的监测系统，是通过检测球磨机滚筒的振动信号来实时监控球磨机内部的负载变化，进而控制其在最佳负载状态下工作，提高了球磨机的运行效率。

Description

一种球磨机的监测系统

技术领域

本实用新型涉及监测系统，具体涉及到一种球磨机的监测系统。

背景技术

球磨机运行过程中，希望尽量在最佳负载下工作，以期实现处理最大，制粉单耗最低的运行状态。球磨机运行时，钢球、物料与滚筒之间产生的撞击造成球磨机振动，这些撞击传递到滚筒上，引起滚筒壁振动。负载不同球磨机转动激发出的滚筒壁振动也不同。由于振动特征量与负载之间有对应关系，可以通过检测滚筒垂直分量的加速度信号，来间接表征球磨机负荷，进而控制其在最佳负载状态下工作，避免出现饱磨空磨等非正常工况。使用振动法检测球磨机负荷情况已被广泛应用于工业界。

目前球磨机振动检测系统的典型架构如下：传感器测得的振动信号由ADC芯片变成数字信号传输至DSP实现数字信号处理算法，再将振动幅度转送至MCU进行信息存储、负荷预测及报警操作，并将相关信息传至显示器上显示。这种DSP+MCU的架构，硬件设计比较复杂；由于DSP与MCU的处理速度不匹配，不能实现高速处理；且整个架构以DSP为核心，没有统一的总线接口，系统模块的集成与扩展有一定局限性。

Zynq处理器是Xilinx公司近来推出的可编程可扩展处理平台结构，在单芯片内集成了ARM Cortex-A9处理器的处理系统（PS）和可编程逻辑（PL）。PS部分以ARM Cortex-A9双核处理器为核心，提供全面的操作系统支持，并配有片上存储器、外部存储器接口、中断控制器及丰富的通用外设控制器如以太网、USB等。PL部分基于FPGA架构，提供了通用硬件可编程资源，包括时钟资源、可配置逻辑块、输入输出块、高性能ADC、DSP48E、Block RAM 等；其内部的AXI互联总线矩阵可以保证PS与PL之前的高速信号传输。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种球磨机的监测系统，提高了球磨机的运行效率。

为达上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：提供一种球磨机的监测系统，包括若干压电式微加速计，用于采集球磨机的振动信号；Zynq处理器，用于接收振动信号并根据振动信号计算得出球磨机的负载值及喂料调整量，与预设信息进行对比并根据对比结果实时监测球磨机运行状态；无线通信设备，用于将压电式微加速计采集的振动信号输送至Zynq处理器；Zynq处理器包括ARM处理器以及基于FPGA构架的用于将负载值及喂料调整量经ARM处理器传输至显示器中显示的可编程逻辑。

优选的，压电式微加速计与无线通信设备之间设有若干用于将振动信号变为数字信号的A/D转换器。

优选的，无线通信设备包括与A/D转换器相连的无线发送器以及与Zynq处理器连接的无线接收器。

优选的，可编程逻辑通过AXI互连总线与ARM处理器连接。

优选的，可编程逻辑包括负载控制模块、与无线接收器连接的数字信号处理模块及与数字信号处理模块相连的视频驱动模块。

优选的，视频驱动模块与显示器连接

优选的，ARM处理器通过SD控制器与SD存储器连接。

综上所述，本实用新型具有以下优点：

1、本实用新型提供的球磨机的监测系统，是通过检测球磨机滚筒的振动信号来实时监控球磨机内部的负载变化，进而控制其在最佳负载状态下工作，提高了球磨机的运行效率。

2、本系统采用全可编程的FPGA嵌入式芯片Zynq替代以往的DSP + MCU架构，使用AXI总线消除了芯片级互联所产生的带宽瓶颈，具有系统设计简单及处理速度更快的优点。

附图说明

图1为本实用新型球磨机的监测系统的模块图；

其中，1、压电式微加速计；2、A/D转换器；3、无线通信设备；4、Zynq处理器；5、可编程逻辑。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。

如图1所示，提供了一种球磨机的监测系统，包括若干压电式微加速计1，用于采集球磨机的振动信号；

Zynq处理器4，用于接收振动信号并根据振动信号计算得出球磨机的负载值及喂料调整量，与预设信息进行对比并根据对比结果实时监测球磨机运行状态，预设信息为负载模型参数、负载最优目标值、空磨阈值及饱磨阈值；无线通信设备3，用于将压电式微加速计采集的振动信号输送至Zynq处理器；Zynq处理器4包括ARM处理器以及基于FPGA构架的用于将负载值及喂料调整量经ARM处理器传输至显示器中显示的可编程逻辑5。

本实用新型的优化实施例，压电式微加速计1与无线通信设备3之间设有若干用于将振动信号变为数字信号的A/D转换器2，无线通信设备3包括与A/D转换器2相连的无线发送器以及与Zynq处理器4连接的无线接收器；可编程逻辑5通过AXI互连总线与ARM处理器连接，可编程逻辑5包括负载控制模块、与无线接收器连接的数字信号处理模块及与数字信号处理模块相连的视频驱动模块，视频驱动模块与显示器连接，ARM处理器通过SD控制器与SD存储器连接；无线接收器与数字信号处理模块还设有缓存模块，缓存模块用于存储输入的振动信号，在数据率过大的情况下可以实现乒乓操作。

在实用新型的一个实施例中，该监测系统包括压电式微加速度计1、A/D转换器2、无线通信设备3、Zynq处理器4、SD存储器及显示器。监测系统的信号传输装置为无线通信设备3，其中发送器与A/D转换器2相连，其接收器与Zynq处理器4相连。压电式微加速度计1及A/D转换器2共有4套，以90°间距分布在球磨机滚筒壁上。压电式微加速度计1在球磨机的滚筒表面随滚筒旋转并测量其垂直分量振动变化，将振动信号变为电信号经滤波放大后传输给A/D转换器2转成数字信号。

使用AXI总线实现Zynq处理器4的可编程逻辑5与ARM 处理器之间的快速数据传输。Zynq处理器4的可编程逻辑5完成振动信号采集、数据存储、FFT运算、球磨机负载量计算及球磨机运行状态的在线监测与控制。可编程逻辑5的数字信号处理模块处理振动信号，并计算出负载值，负载控制模块将负载值与ARM 处理器传输来的负载最优目标值进行对比，当计算的负载值低于最优目标值时，负载控制模块通过ARM 处理器输出，在显示器上显示球磨机负载增加指示及增加量；当计算的负载值高于最优目标值时，负载控制模块通过ARM处理器输出，在显示器上显示球磨机负载减少指示及减少量。

Zynq处理器4的可编程逻辑5传输给ARM 处理器的数据主要分为两种：正常情况下送出频谱分析后的振动数据，负载计算值，及喂料调整控制量；异常情况下，如果振动信号的幅度不满足阈值，送出空磨或饱磨报警信号。Zynq处理器4的ARM 处理器负责整机的控制、通信管理、及人机接口功能；并在其内部Linux操作系统及Qt用户界面的配合下完成负载模型参数设置，读取Zynq的可编程逻辑送来的数据以及通信等功能，送给可编程逻辑的数据主要是用户设定的负载模型参数、负载最优目标值、空磨阈值及饱磨阈值。

SD控制器实现Zynq处理器4的启动并控制SD存储器对负载信息进行存储，显示器主要显示以数字及曲线的形式显示振动信号及负载量；显示球磨机运行状态包括正常、空磨或满磨；当空磨或满磨发生时显示异常运行状态报警；显示Zynq处理器4的可编程逻辑5输出的球磨机喂料调整量；也可在界面上人为输入球磨机喂料调整量并下发给Zynq处理器4的可编程逻辑5。

虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了详细地描述，但不应理解为对本专利的保护范围的限定。在权利要求书所描述的范围内，本领域技术人员不经创造性劳动即可作出的各种修改和变形仍属本专利的保护范围。

Claims (7)

1.一种球磨机的监测系统，其特征在于：包括

用于采集球磨机的振动信号的若干压电式微加速计、用于接收振动信号并根据振动信号实时监测球磨机运行状态的Zynq处理器，以及用于将压电式微加速计采集的振动信号输送至Zynq处理器的无线通信设备；

所述Zynq处理器包括ARM处理器以及可编程逻辑。

2.如权利要求1所述的球磨机的监测系统，其特征在于：所述压电式微加速计与无线通信设备之间设有若干用于将振动信号变为数字信号的A/D转换器。

3.如权利要求1所述的球磨机的监测系统，其特征在于：所述无线通信设备包括与A/D转换器相连的无线发送器以及与Zynq处理器连接的无线接收器。

4.如权利要求1所述的球磨机的监测系统，其特征在于：所述可编程逻辑通过AXI互连总线与ARM处理器连接。

5.如权利要求1所述的球磨机的监测系统，其特征在于：所述可编程逻辑包括负载控制模块、与无线接收器连接的数字信号处理模块及与数字信号处理模块相连的视频驱动模块。

6.如权利要求5所述的球磨机的监测系统，其特征在于：所述视频驱动模块与显示器连接。

7.如权利要求1所述的球磨机的监测系统，其特征在于：所述ARM处理器通过SD控制器与SD存储器连接。