基于多傳感器信息融合的球磨機(jī)負(fù)荷檢測系統(tǒng)

引言

　　介質(zhì)充填率(指球磨機(jī)靜止時(shí)磨礦介質(zhì)鋼球體積占磨機(jī)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(jī)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(jī)內(nèi)物料重量占礦漿總重量(物料+水)的百分比)是球磨機(jī)負(fù)荷檢測和控制中研究的三個(gè)主要參數(shù)。這三個(gè)參數(shù)間接地反映了球磨機(jī)的負(fù)荷(包括球負(fù)荷、物料負(fù)荷以及水量的各自數(shù)值)，能否準(zhǔn)確地檢測出球磨機(jī)的負(fù)荷是整個(gè)球磨機(jī)優(yōu)化控制成敗的關(guān)鍵。

　　本文將設(shè)計(jì)一種基于多傳感器信息融合的球磨機(jī)負(fù)荷檢測系統(tǒng)，使能夠準(zhǔn)確地檢測出球磨機(jī)的內(nèi)部負(fù)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(shí)現(xiàn)球磨機(jī)優(yōu)化實(shí)時(shí)控制的目的。

　　1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

　　所謂多傳感器信息融合就是充分利用多個(gè)傳感器資源，通過對(duì)這些傳感器及其觀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(bǔ)信息依據(jù)某種準(zhǔn)則進(jìn)行組合，以獲得被測對(duì)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(duì)象層次的不同，可分為:數(shù)據(jù)(像素)級(jí)融合、特征級(jí)融合和決策級(jí)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(jī)外部響應(yīng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，經(jīng)信號(hào)處理后提取這三個(gè)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(gè)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(jìn)行信息融合，以便獲取充分多的球磨機(jī)外部響應(yīng)信息。最后通過融合算法間接地識(shí)別球磨機(jī)內(nèi)部負(fù)荷參數(shù)(介質(zhì)充填率、料球比和磨礦濃度)。

　　2 設(shè)計(jì)步驟

　　(1)球磨機(jī)三個(gè)外部響應(yīng)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集

　　球磨機(jī)聲響信號(hào)的采集電路由傳聲器、前置放大器及信號(hào)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(hào)采集電路如圖1所示：

　　圖1聲響信號(hào)采集電路

　　球磨機(jī)運(yùn)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(jī)振動(dòng)，這些撞擊傳遞到球磨機(jī)滾筒裝甲上，并沿著筒體和軸承傳播開來。因此，在球磨機(jī)的軸承上即可測出球磨機(jī)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檢測球磨機(jī)的振動(dòng)。球磨機(jī)振動(dòng)信號(hào)采集電路包括加速度傳感器、電荷放大器、信號(hào)放大電路、帶通濾波器、A/D轉(zhuǎn)換器、微處理器等。振動(dòng)信號(hào)采集電路如圖2所示。

　　有功功率信號(hào)的采集選用有功功率傳感器來測量，由于球磨機(jī)的電機(jī)供電方式是三相三線制，所以選用三相有功功率傳感器。對(duì)于本文中球磨機(jī)的有用功率信號(hào)的檢測，是選用深圳金智機(jī)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。