基于多傳感器信息融合的球磨機負荷檢測系統(tǒng)

引言

　　介質(zhì)充填率(指球磨機靜止時磨礦介質(zhì)鋼球體積占磨機筒體有效體積的百分比)、料球比(指被磨物料密實體積占球磨機內(nèi)介質(zhì)中空隙體積的比例(用小數(shù)表示))和磨礦濃度(指球磨機內(nèi)物料重量占礦漿總重量(物料+水)的百分比)是球磨機負荷檢測和控制中研究的三個主要參數(shù)。這三個參數(shù)間接地反映了球磨機的負荷(包括球負荷、物料負荷以及水量的各自數(shù)值)，能否準(zhǔn)確地檢測出球磨機的負荷是整個球磨機優(yōu)化控制成敗的關(guān)鍵。

　　本文將設(shè)計一種基于多傳感器信息融合的球磨機負荷檢測系統(tǒng)，使能夠準(zhǔn)確地檢測出球磨機的內(nèi)部負荷參數(shù)：介質(zhì)充填率、料球比和磨礦濃度。最終根據(jù)需要來調(diào)整介質(zhì)加入量、給礦量及給水量，從而實現(xiàn)球磨機優(yōu)化實時控制的目的。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計

　　所謂多傳感器信息融合就是充分利用多個傳感器資源，通過對這些傳感器及其觀測信息的合理支配和使用，把多個傳感器在空間或時間上的冗余或互補信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進行組合，以獲得被測對象的一致性解釋或描述，使該信息系統(tǒng)由此獲得比它的各組成部分的子集所構(gòu)成的系統(tǒng)更優(yōu)越的性能。根據(jù)處理對象層次的不同，可分為:數(shù)據(jù)(像素)級融合、特征級融合和決策級融合。

　　本文采用三因素(聲響、振動和有功功率)檢測方法，分別通過聲音傳感器、振動加速度傳感器和有功功率傳感器進行球磨機外部響應(yīng)信號的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)信號處理后提取這三個參數(shù)。為了保持盡可能多的現(xiàn)場數(shù)據(jù)，可將全部傳感器的觀測數(shù)據(jù)融合，且這三個傳感器是同質(zhì)的(傳感器觀測的是同一物理現(xiàn)象)，所以可以在數(shù)據(jù)層進行信息融合，以便獲取充分多的球磨機外部響應(yīng)信息。最后通過融合算法間接地識別球磨機內(nèi)部負荷參數(shù)(介質(zhì)充填率、料球比和磨礦濃度)。

　　2 設(shè)計步驟

　　(1)球磨機三個外部響應(yīng)信號的數(shù)據(jù)采集

　　球磨機聲響信號的采集電路由傳聲器、前置放大器及信號放大電路、抗混疊濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器處理部分等組成。聲響信號采集電路如圖1所示：

　　圖1聲響信號采集電路

　　球磨機運行時，鋼球、物料與滾筒之間，鋼球之間，鋼球與物料之間產(chǎn)生的撞擊造成球磨機振動，這些撞擊傳遞到球磨機滾筒裝甲上，并沿著筒體和軸承傳播開來。因此，在球磨機的軸承上即可測出球磨機滾筒的振動特性，因此采用安裝在軸承上的壓電式加速度傳感器來檢測球磨機的振動。球磨機振動信號采集電路包括加速度傳感器、電荷放大器、信號放大電路、帶通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器等。振動信號采集電路如圖2所示。

　　有功功率信號的采集選用有功功率傳感器來測量，由于球磨機的電機供電方式是三相三線制，所以選用三相有功功率傳感器。對于本文中球磨機的有用功率信號的檢測，是選用深圳金智機電技術(shù)有限公司生產(chǎn)的WB2P412R型三相三線有功功率傳感器。