智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统及控制方法
1.本专利申请为申请号201910652265.2、申请日20190718、发明名称《智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统及控制方法》的分案申请。
技术领域
2.本发明涉及矿物加工技术领域，特别是指一种智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统及控制方法。
背景技术：
3.目前我国信息技术与传统矿物加工技术不断深度融合，矿物加工过程作为典型的流程工业，实现矿物加工过程的在线检测与控制对于降低生产成本，减轻劳动工人工作强度，提高生产效率意义重大；球磨机是一直发展并广泛应用的一种磨矿设备，为选矿生产流程中一个十分重要的工序环节。球磨机内部负荷常出现三种状态：欠负荷、正常、过负荷，除正常工作状态外，其余两种均无法使球磨机达到最佳工作状态，球磨机的负荷状态主要由转速、填充率、料球比、介质大小等决定，参数之间具有一定的耦合作用，因此能否利用直接或间接的手段准确地预测出磨机内部负荷参数(填充率、料球比、浓度)是整个磨机优化控制成败的关键。现有的检测方法：振动法、有用功率法、振声法、功率-声响法、声响-振动法、振动-功率法、振动-振声-功率法，各种检测方法都各有其优缺点，且影响球磨机磨矿的因素存在多样性和各因素之间耦合的复杂性。因此，根据磨机介质运动规律，采用最新信号分析技术对数据进行深入挖掘，探索特征因素所包含的潜在信息，最终实现球磨机负荷的准确、及时预测显得尤为迫切。本发明是一种球磨机运行状态在线检测的智能物料及球磨机负荷控制方法，用以实现球磨机优化控制，对于球磨机生产控制具有重要指导意义。
技术实现要素：
4.本发明针对球磨机在线检测技术的不足之处，提供一种智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统及控制方法，易于实现，准确可行、实用性强，可以记录物料在球磨机中运动状态，实现实时在线监测球磨机负荷状态。
5.该系统包括给料皮带机、水管、电磁阀门、补加磨矿介质装置、智能物料、磨矿介质、无线基站、专家控制系统和上位机，其中，智能物料包括可拆分外壳、固定底座、加速度传感器、微处理器和连接线；给料皮带机将矿石通过给料口给入球磨机，电磁阀门控制水管向球磨机中加水，磨矿介质通过补加磨矿介质装置给入球磨机，智能物料加入球磨机中，球磨机的给料口和出料口处分别设置无线基站，无线基站、微处理器和专家控制系统、上位机之间进行数据传输，智能物料内置的加速度传感器通过连接线连接微处理器，微处理器无线连接无线基站，无线基站连接专家控制系统，专家控制系统连接上位机。
6.其中，固定底座、加速度传感器、微处理器和连接线密封在可拆分外壳内。
7.固定底座能够加载铅块进行配重，使智能物料密度与磨矿介质或矿石相同，以便模拟真实磨矿介质或矿石。
8.可拆分外壳由高强度耐磨材料制成。
9.可拆分外壳由耐磨钢、耐磨铸铁、中高碳合金耐磨钢、硬质合金、硬镍、陶瓷、高强度耐磨有机聚合物中的一种制成。
10.磨矿介质形状包括球形、棒形、短柱形、短截头锥形。
11.专家控制系统包括组合逻辑专家控制系统和微程序专家控制系统，加速度传感器包括二轴加速度传感器、三轴加速度传感器，智能物料电源来源包括
锂电池、自发电技术。
12.应用该在线检测系统进行负荷控制的方法，具体为：球磨机磨矿过程中，矿石通过给料皮带机给入，水管通水，智能物料随磨矿介质一并加入，智能物料随磨矿介质和矿石一起运动，加速度传感器检测智能物料加速度信号，通过连接线输入微处理器，微处理器对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站传输至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，专家控制系统根据频谱信息和受力分析计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置进行控制，调节球磨机至最佳状态，同时专家控制系统连接上位机，磨矿过程中若智能物料损坏，则添加相应数目智能物料。
13.本发明的上述技术方案的有益效果如下：
14.上述方案中，可实现球磨机物料运动轨迹的示踪研究，简化了物料运动特性分析，实现球磨机的自动优化控制，减少了人工判断经验不足、磨矿效果波动性大的问题；智能物料的球体外壳采用耐磨高强度材料制成，其大小、尺寸、密度可控，以便模拟真实磨矿介质或矿石好，生产工艺简单，无污染，运动特性稳定；智能物料内设有加速度感应器和微处理器，能够实现其运动状态信息的采集和数据发射，通过专家控制系统和上位机分别进行频谱分析和受力分析，专家控制系统根据频谱信息和受力分析计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置进行控制，调节球磨机至最佳状态。实验结果不仅对物料在球磨机中的运动有进一步的认识，且对于生产指导具有重要指导意义，该系统及方法可实现球磨机运行状态的直接在线检测与负荷控制，易于实现，准确可行、实用性强，可用于磨矿机自动控制，实现节能降耗。
附图说明
15.图1为本发明的智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统结构示意图；
16.图2为本发明的智能物料内部剖面图。
17.其中：1-给料皮带机，2-水管，3-补加磨矿介质装置，4-给料口，5-球磨机，6-矿石，7-智能物料，8-磨矿介质，9-无线基站，10-出料口，11-专家控制系统，12-上位机，2/1-电磁阀门，7/1-加速度传感器,7/2-连接线,7/3-可拆分外壳,7/4-微处理器。
具体实施方式
18.为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
19.本发明提供一种智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统及控制方法。
20.如图1所示，该系统包括给料皮带机1、水管2、电磁阀门2/1、补加磨矿介质装置3、智能物料7、磨矿介质8、无线基站9、专家控制系统11和上位机12，其中，智能物料7包括可拆
分外壳7/3、固定底座、加速度传感器7/1、微处理器7/4和连接线7/2；给料皮带机1将矿石6通过给料口4给入球磨机5，电磁阀门2/1控制水管2向球磨机5中加水，磨矿介质8通过补加磨矿介质装置3给入球磨机5，智能物料7加入球磨机5中，球磨机5的给料口4和出料口10处分别设置无线基站9，无线基站9和专家控制系统11、上位机12进行数据传输，智能物料7内置的加速度传感器7/1通过连接线7/2连接微处理器7/4，微处理器7/4无线连接至无线基站9，无线基站9连接专家控制系统11，专家控制系统11连接上位机12。
21.如图2所示，固定底座、加速度传感器7/1、微处理器7/4和连接线7/2密封在可拆分外壳7/3内。
22.应用该系统的具体方法如下：球磨机5磨矿过程中，智能物料7随磨矿介质8和矿石6一起运动，加速度传感器7/1检测智能物料7加速度信号，通过连接线7/2输入微处理器7/4，微处理器7/4对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站9传输至专家控制系统11和上位机12，上位机12进行受力分析，输入到专家控制系统11，专家控制系统11根据频谱信息和受力分析计算控制信号输出至给料皮带机1、电磁阀门2/1和补加磨矿介质装置3进行控制。
23.该系统中，加速度传感器具有体积小和重量轻特点，可以测量空间加速度，能够全面准确反映物体的运动状态，为保证加速度传感器计量，在保证加速度管理器进程管理块安装和固定要求下，将进程管理块安装在有硬支撑的位置，将一定数目智能物料随物料加入球磨机磨矿系统中，智能物料随物料一同运动，在整个运动过程中智能物料完整的采集了加速度数据。
24.由于采用无线基站与专家控制系统和上位机相连，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，专家控制系统读取无线基站传输的加速度传感器输出的模拟电压的频谱信息通过转换，再经数据处理，专家控制系统根据频谱信息和受力分析计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置进行控制。
25.下面结合具体实施例予以说明。
26.以单台球磨机的磨矿工艺流程为例，选用溢流型球磨机，将给料皮带机、水管、补加磨矿介质装置、连接溢流型球磨机给料口，溢流型球磨机的出料口接分级机，智能物料的加速度传感器采用二轴加速度传感器，微处理器采用智能
芯片，智能物料外壳材料采用高强度锻造钢，内部其余固定座加载铅块配重，球磨机磨矿过程中，智能物料随磨矿介质和矿石一起运动，加速度传感器检测智能物料加速度信号，通过连接线输入微处理器，微处理器对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站传输至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统，专家控制系统根据频谱信息和受力分析根据控制系统计算控制信号输出至给料皮带机、电磁阀门和补加磨矿介质装置进行控制，同时专家控制系统连接上位机。
27.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。技术特征：
1.一种智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统，其特征在于：包括给料皮带机(1)、水管(2)、电磁阀门(2/1)、补加磨矿介质装置(3)、智能物料(7)、磨矿介质(8)、无线基站(9)、专家控制系统(11)和上位机(12)，其中，智能物料(7)包括可拆分外壳(7/3)、固定底座、加速度传感器(7/1)、微处理器(7/4)和连接线(7/2)；给料皮带机(1)将矿石(6)通过给料口(4)给入球磨机(5)，电磁阀门(2/1)控制水管(2)向球磨机(5)中加水，磨矿介质(8)通过补加磨矿介质装置(3)给入球磨机(5)，智能物料(7)加入球磨机(5)中，球磨机(5)的给料口(4)和出料口(10)处分别设置无线基站(9)，微处理器(7/4)、无线基站(9)和专家控制系统(11)、上位机(12)之间进行数据传输，智能物料(7)内置的加速度传感器(7/1)通过连接线(7/2)连接微处理器(7/4)，微处理器(7/4)无线连接至无线基站(9)，无线基站(9)连接专家控制系统(11)，专家控制系统(11)连接上位机(12)。2.根据权利要求1所述的智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统，其特征在于：所述固定底座能够加载铅块进行配重，使智能物料(7)密度与磨矿介质(8)或矿石(6)相同。3.根据权利要求1所述的智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统，其特征在于：所述可拆分外壳(7/3)由耐磨钢、耐磨铸铁、中高碳合金耐磨钢、硬质合金、硬镍、陶瓷、高强度耐磨有机聚合物中的一种制成。4.根据权利要求1所述的智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统，其特征在于：所述专家控制系统(11)包括组合逻辑专家控制系统和微程序专家控制系统，加速度传感器(7/1)包括二轴加速度传感器、三轴加速度传感器，智能物料(7)电源来源包括锂电池、自发电技术。5.应用权利要求1所述的智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统进行负荷控制的方法，其特征在于：球磨机(5)磨矿过程中，智能物料(7)随磨矿介质(8)和矿石(6)一起运动，加速度传感器(7/1)检测智能物料(7)加速度信号，通过连接线(7/2)输入微处理器(7/4)，微处理器(7/4)对加速度信号进行频谱分析并输出频谱信息，通过无线基站(9)传输至专家控制系统(11)和上位机(12)，上位机(12)进行受力分析，输入到专家控制系统(11)，专家控制系统(11)根据频谱信息和受力分析计算控制信号输出至给料皮带机(1)、电磁阀门(2/1)和补加磨矿介质装置(3)进行控制。
技术总结
本发明提供一种智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统及控制方法，属于矿物加工技术领域。该系统包括给料皮带机、水管、电磁阀门、补加磨矿介质装置、智能物料、磨矿介质、无线基站、专家控制系统和上位机；智能物料内置加速度传感器，连接微处理器，磨矿机给料口和出料口安装无线基站，专家控制系统连接上位机；球磨机磨矿过程中，智能物料随磨矿介质和矿石运动，加速度传感器检测智能物料加速度信号，输入微处理器，微处理器将信号进行频谱分析并输出至专家控制系统和上位机，上位机进行受力分析，输入到专家控制系统。本发明可实现球磨机运行状态的在线检测与负荷控制，准确可行、实用性强，可用于磨矿机自动控制，实现节能降耗。降耗。降耗。
技术研发人员：邹文杰 方子川 徐怀兵 张志军 孙春宝 李正要
受保护的技术使用者：北京科技大学
技术研发日：2019.07.18
技术公布日：2022/4/8
声明：
“智能物料检测球磨机运行状态的在线检测系统及控制方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：北京科技大学
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2024年12月20日 ~ 22日 
