RU2096088C1

RU2096088C1 - Device for automatic monitoring of intramill filling of ball mills

Info

Publication number: RU2096088C1
Application number: RU96108693A
Authority: RU
Inventors: Михаил Борисович Гуд
Original assignee: Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры
Priority date: 1996-04-23
Filing date: 1996-04-23
Publication date: 1997-11-20

Abstract

FIELD: automation of processes of material grinding, particular, control systems of ball mills; may be used in cement, power-producing and other industries. SUBSTANCE: device has transducers of vibrations of mill body with converters installed within the angle smaller than the right one formed by vertical and horizontal axes of mill cross-section and connected to switching unit whose output is connected with input of measurement results processing unit made for separation of maximum signal and whose output is connected to input of registration unit. EFFECT: higher accuracy of measurement due to reduced installation error of transducers. 2 dwg

Description

Изобретение относится к автоматизации процессов измельчения материалов, в частности к системам управления шаровыми мельницами, и может быть использован в цементной, энергетической и других отраслях промышленности. The invention relates to the automation of materials grinding processes, in particular to ball mill control systems, and can be used in cement, energy and other industries.

Известны различные устройства косвенного измерения внутримельничного заполнения шаровых мельниц, основанные на известных зависимостях характеристик шума, издаваемого мельницей, от степени ее загрузки измельчаемым материалом. Эти зависимости присущи каждой мельнице и являются функцией таких различных параметров, как состав и масса мелющих тел, вод и степень износа бронефутеровки, гранулометрический состав и размалываемость материалов и др. В частности, известен датчик системы автоматического управления (САУ), использующий зависимость интенсивности вибрации корпуса мельницы от внутримельничного заполнения. С помощью такого датчика измеряется вибрация входного опорного подшипника мельницы в заданной точке, как косвенный параметр внутримельничного заполнения. Преимущество такого датчика по сравнению с акустическим датчиком шума заключается в практически абсолютной помехозащищенности от влияния шумов рядом работающего оборудования. Various devices are known for indirectly measuring the intra-mill filling of ball mills, based on the known dependencies of the characteristics of the noise emitted by the mill on the degree of its loading by the crushed material. These dependences are inherent in each mill and are a function of various parameters such as the composition and mass of grinding media, water and the degree of wear of the armor lining, particle size distribution and grindability of materials, etc. In particular, an automatic control system (ACS) sensor is known that uses the dependence of the body vibration intensity Mills from the mill filling. With the help of such a sensor, the vibration of the input support bearing of the mill is measured at a given point, as an indirect parameter of the mill filling. The advantage of such a sensor compared to an acoustic noise sensor lies in the almost absolute noise immunity from the influence of noise near operating equipment.

Недостатком данного устройства для автоматического контроля внутримельничного заполнения является нестабильность показаний датчика и зависимость его погрешности от положения измеряемого вектора вибрации в пространстве. Чем больше угол несовпадения вектора с измерительной осью датчика, тем больше погрешность измерения, причем положение измеряемого вектора в процессе работы шаровой мельницы всегда различно и определяется состоянием внутримельничного заполнения, что подтверждено теорией и практикой измельчения. The disadvantage of this device for automatic control of mill filling is the instability of the sensor readings and the dependence of its error on the position of the measured vibration vector in space. The larger the angle of mismatch of the vector with the measuring axis of the sensor, the greater the measurement error, and the position of the measured vector during the operation of the ball mill is always different and is determined by the state of the mill filling, which is confirmed by the theory and practice of grinding.

Известно также устройство для регулирования заполнения мельницы. В этом устройстве для измерения изменяющего свое положение в пространстве вектора вибрации используются расположенные взаимно перпендикулярно два датчика вибрации, измеряющие проекции вектора вибрации на горизонтальную и вертикальную оси подшипника мельницы. Измеренные сигналы через соответствующие преобразователи поступают на входы вычислительного устройства, где вычисляется модуль измеряемого вектора вибрации как сумма двух векторов-проекций. Полученный сигнал используется в качестве основного сигнала обратной связи в САУ загрузки шаровой мельницы и является достаточно стабильным и информативным для целей управления. A device for controlling the filling of a mill is also known. In this device, for measuring the vibration vector changing its position in space, two vibration sensors located mutually perpendicularly are used, which measure the projections of the vibration vector on the horizontal and vertical axis of the mill bearing. The measured signals through the corresponding converters are fed to the inputs of the computing device, where the module of the measured vibration vector is calculated as the sum of two projection vectors. The received signal is used as the main feedback signal in the self-propelled ball mill loading ACS and is quite stable and informative for control purposes.

Основным недостатком данного технического решения, принимаемого нами за прототип, является низкая точность измерения, обусловленная тем, что измерительные оси обоих датчиков существенно не совпадают с вектором измеряемой вибрации в пределах прямого угла и, как следствие, увеличивается погрешность измерения, уменьшающая точность регулирования всей САУ. На погрешность измерения в данном случае основное влияние оказывает так называемая установочная погрешность, определяемая коэффициентами относительной поперечной чувствительности (ОПЧ) датчиков и углом наклона измерительной оси датчиков относительно заданного измерительного направления. В частности, для вибродатчиков инерционного действия наклон измерительной оси на один градус эквивалентен коэффициенту ОПЧ в 2% Таким образом, изменение положения в пространстве измеряемого вектора вибрации в пределах прямого угла и существенное не совпадение измерительных осей датчиков с измерительным направлением вектора вибрации приводит к увеличению установочной погрешности датчиков по мере увеличения угла между измерительной ось и измеряемым вектором. Кроме того, дополнительную погрешность вносит в данном устройстве и вычислительный блок, в котором осуществляются операции возведения в квадрат и извлечение квадратного корня из суммы квадратов. The main disadvantage of this technical solution, which we take as a prototype, is the low accuracy of the measurement, due to the fact that the measuring axes of both sensors do not substantially coincide with the vector of the measured vibration within the right angle and, as a result, the measurement error increases, which reduces the accuracy of regulation of the entire ACS. In this case, the measurement error is mainly influenced by the so-called installation error determined by the relative transverse sensitivity coefficients (HRE) of the sensors and the angle of inclination of the measuring axis of the sensors relative to a given measuring direction. In particular, for inertial vibration sensors, the slope of the measuring axis by one degree is equivalent to an HRE coefficient of 2%. Thus, a change in the position in the space of the measured vibration vector within the right angle and a significant discrepancy between the measuring axes of the sensors and the measuring direction of the vibration vector leads to an increase in the installation error sensors as the angle between the measuring axis and the measured vector increases. In addition, an additional error is introduced in this device by the computing unit in which the operations of squaring and extracting the square root from the sum of squares are performed.

Задача, поставленная автором, состоит в повышении точности измерения за счет уменьшения установочной погрешности датчиков. The task posed by the author is to increase the measurement accuracy by reducing the installation error of the sensors.

Она решается так: устройство для автоматического контроля внутримельничного заполнения шаровых мельниц, содержащее два датчика колебаний корпуса мельницы, два преобразователя, вычислительный блок и измерительный прибор, причем выходы датчиков через соответствующие преобразователи соединены с входами вычислительного блока, выход которого соединен с измерительным прибором, согласно изобретению снабжено одним или несколькими дополнительными датчиками колебаний корпуса мельницы с соответствующими преобразователями и коммутирующим блоком, при этом выходы преобразователей подключены ко входам коммутирующего блока, выход которого соединен со входом блока обработки результатов измерений, который выполнен с возможностью выделения максимального сигнала, а датчики колебаний корпуса мельницы установлены в пределах угла меньше прямого, образованного вертикальной и горизонтальной осями поперечного сечения мельницы. It is solved as follows: a device for automatic control of the in-mill filling of ball mills, comprising two oscillation sensors of the mill body, two transducers, a computing unit and a measuring device, the outputs of the sensors through the corresponding converters being connected to the inputs of the computing unit, the output of which is connected to the measuring device, according to the invention equipped with one or more additional vibration sensors for the mill body with appropriate transducers and commuting the unit, while the outputs of the transducers are connected to the inputs of the switching unit, the output of which is connected to the input of the processing unit of the measurement results, which is configured to extract the maximum signal, and the oscillation sensors of the mill body are installed within an angle less than the straight line formed by the vertical and horizontal axes of the mill cross section .

Основные признаки и отличия в сравнении с прототипом заключаются в следующем. The main features and differences in comparison with the prototype are as follows.

1. Дополнительно введенные один или несколько датчиков колебаний корпуса мельницы в совокупности с двумя датчиками прототипа образуют измерительную систему вектора вибрации в пределах угла меньше прямого с минимальной установочной погрешностью, при этом количество дополнительно введенных датчиков определяется требуемой точностью измерения. 1. Additionally introduced one or more vibration sensors of the mill body in combination with two sensors of the prototype form a measuring system of the vibration vector within an angle less than a straight line with a minimum installation error, while the number of additional sensors introduced is determined by the required measurement accuracy.

2. Наличие в устройстве коммутирующего блока обеспечивает систему последовательного "опроса" датчиков, позволяющую осуществить выбор сигнала того датчика, у которого за период опроса направление вектора вибрации наиболее близко к измерительной оси. 2. The presence of a switching unit in the device provides a system of sequential "polling" of sensors, which allows selecting the signal of the sensor for which the direction of the vibration vector during the polling period is closest to the measuring axis.

3. Выполнение блоком обработки результатов измерений логической операции выделения максимального сигнала из нескольких (не менее трех) исключает вычислительные процедуры с сигналами датчиков, что уменьшает погрешность измерения. 3. The execution by the processing unit of the measurement results of the logical operation of extracting the maximum signal from several (at least three) excludes computational procedures with sensor signals, which reduces the measurement error.

Указанные отличия являются существенными, так как заявляемое устройство для автоматического контроля внутримельничного заполнения шаровых мельниц позволяет достигнуть положительного эффекта измерения вектора вибрации независимо от его положения в пространстве с минимальной установочной погрешностью датчиков. В известном устройстве, содержащем два установленных взаимно перпендикулярно датчика, измерение вектора вибрации осуществляется путем его вычисления по двум проекциям в ортогональной системе координат, что приводит к существенной установочной погрешности датчиков и погрешности вычислений. These differences are significant, because the claimed device for automatic control of the intramill filling of ball mills allows you to achieve a positive effect of measuring the vibration vector regardless of its position in space with a minimum installation error of the sensors. In the known device containing two sensors installed mutually perpendicular, the vibration vector is measured by calculating it from two projections in the orthogonal coordinate system, which leads to a significant installation error of the sensors and the error of the calculations.

Эффективность данного технического решения достигается тем, что измерительные оси всех датчиков вибрации располагаются в пределах угла α < 90^o, образуемого предельными положениями вектора вибрации по предельным режимам загрузки шаровой мельницы (холостой ход полная загрузка). Так как вектор вибрации в процессе работы шаровой мельницы изменяет свою величину и положение в пространстве в пределах угла a, то неизбежно его направление будет совпадать или будет достаточно близким к измерительной оси одного из датчиков, расположенных в пределах того же угла. Это способствует увеличению точности измерения за счет уменьшения установочной погрешности, зависящей, как было показано выше, от коэффициентов ОПЧ и угла наклона b измерительной оси датчика относительно заданного измерительного направления. Угол b может быть практически сведен к нулю за счет увеличения количества датчиков от 3 и более. В качестве основного сигнала в заявляемом устройстве выбирается сигнал от датчика с максимальной амплитудой путем последовательного опроса всех датчиков с помощью коммутирующего блока и выделения максимального по модулю сигнала блоком обработки результатов измерений, выполняющим логическую, а не вычислительную операцию.The effectiveness of this technical solution is achieved by the fact that the measuring axes of all vibration sensors are located within the angle α <90 ^o , formed by the extreme positions of the vibration vector according to the maximum loading conditions of the ball mill (idle full load). Since the vibration vector during the operation of the ball mill changes its size and position in space within the angle a, its direction will inevitably coincide or will be close enough to the measuring axis of one of the sensors located within the same angle. This helps to increase the accuracy of the measurement by reducing the installation error, depending, as shown above, on the coefficients of the HRE and the angle of inclination b of the measuring axis of the sensor relative to a given measuring direction. The angle b can be practically reduced to zero by increasing the number of sensors from 3 or more. As the main signal in the inventive device, the signal from the sensor with the maximum amplitude is selected by sequentially polling all the sensors using a switching unit and isolating the signal with the maximum modulus by the measurement processing unit that performs a logical rather than computational operation.

Сопоставляя заявляемое устройство с прототипом, в котором вектор вибрации измеряется по двум ортогональным проекциям и вычисляется путем извлечения квадратного корня из суммы квадратов сигналов двух датчиков, можно отметить повышение точности измерения в заявляемом устройстве как за счет уменьшения угла b, так и за счет исключения вычислительной процедуры и замены ее логической (известно, что при извлечении корня и возведении в степень в соответствующих вычислительных блоках погрешность заведомо больше, чем в логическом блоке, не изменяющем значение измеряемого параметра). Comparing the claimed device with the prototype, in which the vibration vector is measured along two orthogonal projections and calculated by extracting the square root of the sum of the squares of the signals of the two sensors, it is possible to note an increase in the measurement accuracy in the inventive device both by reducing the angle b and by eliminating the computational procedure and replacing it with a logical one (it is known that when extracting the root and raising to a power in the corresponding computing units, the error is obviously larger than in the logical unit, taking the value of the measured parameter).

На фиг. 1 изображена схема устройства для автоматического контроля внутримельничного заполнения шаровых мельниц. In FIG. 1 shows a diagram of a device for automatic control of an intra-mill filling of ball mills.

Схема включает в себя барабан шаровой мельницы 1, входной опорный подшипник 2, датчики вибрации 3, 5, 7, нормирующие преобразователи 4, 6, 8, коммутирующий блок 9, блок обработки результатов измерений 10, вторичный прибор 11. На схеме обозначены: w частота вращения мельницы; a угол максимального смещения вектора вибрации B₀.The circuit includes a ball mill drum 1, input support bearing 2, vibration sensors 3, 5, 7, normalizing transducers 4, 6, 8, switching unit 9, processing unit for measuring results 10, secondary device 11. The diagram shows: w frequency mill rotation; a angle of maximum displacement of the vibration vector B ₀ .

Устройство для автоматического контроля внутримельничного заполнения шаровых мельниц работает следующим образом. A device for automatic control of the intramill filling of ball mills works as follows.

При работе шаровой мельницы 1, вращающейся в направлении w, экспериментально определяют по предельным режимам загрузки мельницы величину угла a, который и определяет место установки на входном опорном подшипнике 2 датчика вибрации 3 и 7. Внутри угла a устанавливается один или несколько дополнительных датчиков вибрации. В данном случае установлен один дополнительный датчик вибрации 6. When the ball mill 1 is rotating in the w direction, the angle a, which determines the place of installation of the vibration sensor 3 and 7 on the input support bearing 2, is experimentally determined by the mill maximum loading conditions. One or more additional vibration sensors are installed inside the angle a. In this case, one additional vibration sensor 6 is installed.

При изменении внутримельничного заполнения барабана 1 вектор вибрации B₀ изменяет свое значение и положение в пространстве в пределах угла a. Сигналы от всех датчиков 3, 5, 7 через нормирующие преобразователи 4, 6, 8 поступают на вход коммутатора 9, который последовательно опрашивает все датчики вибрации и подключает их ко входу блока обработки результатов измерений 10. Максимальное за период опроса значение измеряемого вектора вибрации будет поступать от того датчика, измерительная ось которого наиболее близко расположена к направлению вектора вибрации. Блок обработки результатов измерений при этом осуществляет логическую операцию выделения наибольшего значения сигнала по алгоритму, блок-схема которого изображена на фиг.2. На блок-схеме обозначены: A, B, C сигналы трех датчиков вибрации. Выделенный таким образом сигнал поступает на вторичный прибор 11, где и фиксируется наиболее точное значение измеряемого вектора B₀ как косвенного параметра внутримельничного заполнения.When changing the intramill filling of the drum 1, the vibration vector B ₀ changes its value and position in space within the angle a. The signals from all sensors 3, 5, 7 through the normalizing transducers 4, 6, 8 are fed to the input of the switch 9, which sequentially polls all vibration sensors and connects them to the input of the processing unit of the measurement results 10. The maximum value of the measured vibration vector will be received during the polling period from the sensor whose measuring axis is closest to the direction of the vibration vector. The processing unit of the measurement results in this case carries out the logical operation of extracting the highest signal value according to the algorithm, the block diagram of which is shown in figure 2. The block diagram shows: A, B, C signals of three vibration sensors. The signal thus extracted is fed to the secondary device 11, where the most accurate value of the measured vector B ₀ is recorded as an indirect parameter of the mill filling.

Примером конкретного выполнения описываемого устройства может служить конструкция сопряженного датчика вибрации в системе автоматической загрузки углеразмольной мельницы. Системы предназначены для стабилизации процесса помола за счет управления загрузкой по косвенному параметру вибрации входного подшипника мельницы. Такие системы испытаны на Харьковской ТЭЦ-3. An example of a specific implementation of the described device can be the design of the coupled vibration sensor in the automatic loading system of a coal-grinding mill. The systems are designed to stabilize the grinding process by controlling the load by the indirect vibration parameter of the mill input bearing. Such systems were tested at Kharkov CHPP-3.

Claims

A device for automatic control of the intra-mill filling of ball mills, containing two oscillation sensors of the mill body with the corresponding transducers, a measurement processing unit, the output of which is connected to the input of the registration unit, characterized in that it is equipped with one or more additional vibration sensors of the mill body with the corresponding transducers and switching unit, while the outputs of the converters are connected to the inputs of the switching unit, the output of which is connected to the input of the measurement results of the processing unit, which is adapted to extract the maximum signal and the oscillation sensors mill housing installed in the corners is less direct, formed by vertical and horizontal axes of the cross-section of the mill.