基于多傳感器信息融合的球磨機負荷檢測系統

引言

　　介質(zhì)充填率(指球磨機靜止時(shí)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(shí)體積占球磨機內介質(zhì)中空隙體積的比例(用小數表示))和磨礦濃度(指球磨機內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(gè)主要參數。這三個(gè)參數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值)，能否準確地檢測出球磨機的負荷是整個(gè)球磨機優(yōu)化控制成敗的關(guān)鍵。

　　本文將設計一種基于多傳感器信息融合的球磨機負荷檢測系統，使能夠準確地檢測出球磨機的內部負荷參數：介質(zhì)充填率、料球比和磨礦濃度。最終根據需要來(lái)調整介質(zhì)加入量、給礦量及給水量，從而實(shí)現球磨機優(yōu)化實(shí)時(shí)控制的目的。

　　1 系統總體設計

　　所謂多傳感器信息融合就是充分利用多個(gè)傳感器資源，通過(guò)對這些傳感器及其觀(guān)測信息的合理支配和使用，把多個(gè)傳感器在空間或時(shí)間上的冗余或互補信息依據某種準則進(jìn)行組合，以獲得被測對象的一致性解釋或描述，使該信息系統由此獲得比它的各組成部分的子集所構成的系統更優(yōu)越的性能。根據處理對象層次的不同，可分為:數據(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(dòng)和有功功率)檢測方法，分別通過(guò)聲音傳感器、振動(dòng)加速度傳感器和有功功率傳感器進(jìn)行球磨機外部響應信號的數據采集，經(jīng)信號處理后提取這三個(gè)參數。為了保持盡可能多的現場(chǎng)數據，可將全部傳感器的觀(guān)測數據融合，且這三個(gè)傳感器是同質(zhì)的(傳感器觀(guān)測的是同一物理現象)，所以可以在數據層進(jìn)行信息融合，以便獲取充分多的球磨機外部響應信息。最后通過(guò)融合算法間接地識別球磨機內部負荷參數(介質(zhì)充填率、料球比和磨礦濃度)。

　　2 設計步驟

　　(1)球磨機三個(gè)外部響應信號的數據采集

　　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(shí)，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(dòng)，這些撞擊傳遞到球磨機滾筒裝甲上，并沿著(zhù)筒體和軸承傳播開(kāi)來(lái)。因此，在球磨機的軸承上即可測出球磨機滾筒的振動(dòng)特性，因此采用安裝在軸承上的壓電式加速度傳感器來(lái)檢測球磨機的振動(dòng)。球磨機振動(dòng)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轉換器、微處理器等。振動(dòng)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(lái)測量，由于球磨機的電機供電方式是三相三線(xiàn)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(xiàn)有功功率傳感器。