CN106179633B - 一种磨机智能自动调速***的调整方法 - Google Patents

一种磨机智能自动调速***的调整方法 Download PDF

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Abstract

一种磨机智能自动调速***的调整方法，先进入初始化检查各模块是否工作正常，采集介质冲击磨机筒壁的振动数据和磨机运行的工艺数据，涨肚判断，是进入涨肚处理程序，否说明工况正常，保持当前转速不调节；磨机筒壁振动数据小于P1时，且斜率小于C1，调速为H1赫兹；斜率在C1和C2之间，调速为H2赫兹；斜率大于C2保持当前转速；大于P2时，斜率大于C3，调速为H4赫兹，斜率小于C3调速为H3赫兹；发出调速指令后，转速经限幅处理后通过电机调整磨机的转速，使磨机实现智能自动调速，由于配合磨机当前的功率和油压值做参考，使得磨机智能自动调速***最大限度的提高磨矿效率，为选矿厂提高经济效益。

Description

一种磨机智能自动调速***的调整方法
技术领域
本发明涉及磨机筒体转速的自动调节***，尤其是一种磨机智能自动调速***的调整方法。
背景技术
磨机是建材、冶金、有色、电力、矿山等行业将固体物料大颗粒转化为微小颗粒的核心设备。磨机从结构上可以划分为球磨机、自磨机、半自磨机和棒磨机等四种。从功能上又可以划分为矿用磨机、水泥磨机、煤磨机和氧化铝磨机等多种类型。钢球是磨机内最主要的研磨介质，磨机靠一定的转速将筒体的钢球带起一定的高度以一定的初速度抛落或泄落冲击磨机筒体的物料，使磨机内大块物料变小，小块物料变为粉末。变成粉末的产品再经过分级设备，将合格粒度的产品分离出来，不合格的产品再返回磨机内继续研磨。
在磨机工作过程中，随着磨机给料粒度大小和硬度大小的变化以及随着衬板的磨损衬板提升能力降低，磨机的磨矿速度都会受到影响，造成磨机筒体的载荷水平不断发生变化，如果载荷水平过低会造成衬板加剧磨损，降低衬板使用寿命，如果载荷水平过高会造成磨机过载，造成磨机非常停机，降低磨机的设备作业率。为了使磨机内的载荷水平尽可能保持稳定，调节磨机转速是最重要的调整策略之一。当磨机筒体内的载荷水平过低，则调节磨机降低转速，以在不影响磨矿效果的前提下，保护衬板；当磨机筒体内载荷水平过高，则调节磨机提高转速，加快磨机内的磨矿速度使得磨机的载荷水平保持稳定，进而使得生产保持稳定。
其中，载荷水平高低的判断和磨机转速调节量的大小是关键内容，长期以来选矿厂都是靠操作人员的经验进行判断，其缺点非常明显，比如受人为因素影响较强，调节滞后，劳动强度大，为保持生产稳定调节量，需要操作人员24小时进行监视调节。
鉴于上述原因，现研发出一种磨机智能自动调速***的调整方法。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种磨机智能自动调速***的调整方法，采用振动传感器直接测量磨机内介质冲击磨机筒壁的振动情况，采集、分析、处理振动数据和从低压控制柜中读取实时的磨机功率及油压信号，进行分析判断后发出调速指令给调速器，使磨机实现智能自动调速，由于配合磨机当前的功率和油压值做参考，再加上多年来磨矿工艺的经验积累，能够使得磨机智能自动调速***最大限度的提高磨矿效率，降低磨矿过程中的钢耗和成本，为选矿厂提高经济效益。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种磨机智能自动调速***的调整方法，所述磨机智能自动调速***是由磨机、基台、电机、立架、无线振动传感器、触发器、调速器、低压控制柜、数据采集模块、交换机、无线振动信号接收器、交流电源、无线振动信号处理及智能调速策略***构成；基台的一侧设置磨机，磨机的下方设置立架，基台上方一侧设置电机，电机驱动磨机旋转，磨机上设置无线振动传感器，所述立架上设置触发器，电机与低压控制柜之间设置调速器，低压控制柜与交换机之间设置数据采集模块，交换机设置于无线振动信号处理及智能调速策略***与无线振动信号接收器之间，无线振动信号接收器一侧设置交流电源，电机、调速器、低压控制柜、数据采集模块、交换机、无线振动信号接收器、交流电源、无线振动信号处理及智能调速策略***相互之间设置导线；
磨机智能自动调速***磨机内能量分布的检测方法为：
第一步，磨机筒壁振动信号的采集；
第二步，数据采集、处理、通信和存储；
第三步，转换为能量值在圆周内分布；
第四步，磨机载荷状态与磨机筒壁振动数据特征值的标定；
第五步，智能调速。
所述磨机筒壁振动信号的采集方法为：无线振动传感器的内端固定设置在磨机内表面的衬板上，外端露出磨机外表面，无线振动传感器直接检测磨机内介质冲击磨机筒壁的能量大小，在磨机正常运行过程中，无线振动传感器跟随磨机同步旋转，无线振动传感器靠近立架上的触发器时，触发器发出开始信号，无线振动传感器开始检测磨机内介质冲击磨机筒壁的振动数据，当无线振动传感器跟随磨机同步旋转再次靠近触发器时，触发器发出停止信号，无线振动传感器停止检测振动数据，一个周期的振动数据采集结束，即采集的振动数据为磨机旋转一周磨机内介质冲击磨机筒壁的振动数据，采集到磨机旋转一周的振动数据通过无线通讯协议传输到无线振动信号接收器；在触发器内设定停顿时间，停顿时间完时，触发器向靠近的无线振动传感器再次发出开始信号，按以上步骤循环往复。
所述数据采集、处理、通信和存储方法为：无线振动信号接收器接收到无线振动传感器采集的振动数据，振动数据在无线振动信号接收器和交换机之间利用TCP/IP协议进行通讯，交换机再将经过处理后的振动数据传输到无线振动信号处理及智能调速策略***，无线振动信号处理及智能调速策略***为振动数据采集部分设置了人机界面，用来设置振动数据的采样频率和采样波长，通过分析不同采样频率及采样波长下振动特征值的情况，进而确定最佳的采集参数；
无线振动信号处理及智能调速策略***依次经交换机、数据采集模块、低压控制柜、调速器通过电机驱动磨机旋转，数据采集模块采集磨机运行过程中的工艺数据，工艺数据在数据采集模块和交换机之间利用OPC协议进行通讯，交换机再将经过处理后的工艺数据传输到无线振动信号处理及智能调速策略***；
磨机运行过程中的工艺数据与磨机内介质冲击磨机筒壁的振动数据有相同的时间戳，保证在同一时刻下同时采集磨机运行过程的工艺数据与磨机筒壁的振动数据，所采集的磨机运行过程的工艺数据与磨机筒壁的振动数据均储存在无线振动信号处理及智能调速策略***的数据库中。
所述转换为能量值在圆周内分布方法为：对无线振动信号处理及智能调速策略***的数据库中所存储的磨机运行过程的工艺数据与磨机内介质冲击磨机筒壁的振动数据转化为能量值，然后将各测量点的能量值数据按照设定的计算方法均匀分布在360°圆周内，即得到磨机旋转一周磨机内介质冲击磨机筒壁的能量在筒体360°圆周内的能量分布图。
所述磨机载荷状态与磨机筒壁振动数据特征值的标定方法为：磨机在相同的转速下，不同的载荷状态对磨机筒壁振动数据的能量分布有明显的差别，根据该能量分布及磨机当前的功率及油压值，智能判断磨机内的载荷水平，对磨机在不同转速和不同载荷状态下的振动数据进行统计对比后，得到三种不同的磨机物料载荷水平下对应的振动数据能量分布图，振动数据能量分布图中显示出三种振动特征值，即三种不同转速和不同载荷状态下的振动数据有明显区别；
在投入使用的初期，无线振动信号处理及智能调速策略***首先对三种振动特征值所对应的磨机工况在无线振动信号处理及智能调速策略***内进行标定，标定的目的是能够使无线振动信号处理及智能调速策略***能够根据磨机的振动数据能量分布情况来反向识别磨机的载荷水平，再采集磨机当前的功率及油压信号作为参考值，选矿厂根据磨机的使用情况不断修改无线振动信号处理及智能调速策略***的参数设置，最终使得磨机的载荷水平控制到最优状态，有效保证磨机的运行效率；
磨机投入运行后，连续采集磨机运行过程中的工艺数据与磨机内介质冲击磨机筒壁的振动数据至少一个月的时间，正常情况下这些数据能够覆盖磨机所有的工作状况，分析所采集到磨机运行过程中的工艺数据与磨机内介质冲击磨机筒壁的振动数据，针对磨机典型的三种工况，记录下三种工况对应的磨机筒壁振动数据特征值的取值范围，完成磨机三种工况和磨机筒壁振动数据的一一对应关系，标定出磨机在正常工作状态下对应的磨机筒壁振动数据特征值、较低载荷状态下对应的磨机筒壁振动数据特征值、较高载荷状态下对应的磨机筒壁振动数据特征值、即完成标定过程。
所述智能调速方法为：通过分析采集到的磨机筒壁振动数据能量分布情况，无线振动信号处理及智能调速策略***自动识别磨机载荷水平，根据载荷水平，无线振动信号处理及智能调速策略***根据嵌入其内部的智能调速策略程序发出调速指令，最终通过电机改变磨机的旋转速度，控制磨机的载荷水平始始终处于最优状态，有效保证磨机的运行效率。
所述磨机智能自动调速***的具体调整方法为：
磨机开始正常运行之后，无线振动信号处理及智能调速策略***投入运行，首先进入初始化，初始化中磨机以工频转速运行，初始化时需要检查各仪器、仪表、通讯、数据采集、存储、各功能模块是否工作正常；
初始化之后开始采集功率、油压、振动、转速、电流参数，无线振动传感器采集磨机内介质冲击磨机筒壁的振动数据，经无线振动信号接收器和交换机传输到无线振动信号处理及智能调速策略***；数据采集模块采集磨机运行过程中的工艺数据，经交换机传输到无线振动信号处理及智能调速策略***；采集的参数数据经存储数据后存入数据库；
无线振动信号处理及智能调速策略***对所采集的参数数据进行涨肚判断，涨肚判断的主要依据是所采集的磨机工作功率和油压读数，磨机的正常工作功率为A1～A2kW，油压的正常范围为D1～D2PSI，如果磨机的工作功率大于A2kW或油压的范围大于D2PSI，即认为磨机当前处于涨肚状态，进入涨肚处理程序；
如果磨机工作功率和油压读数均正常，即认为磨机当前不涨肚，设定磨机在正常工作状态下对应的磨机筒壁振动数据特征值在最小值P1～最大值P2之间，所采集的磨机筒壁振动数据在P1～P2之间时，说明磨机目前工况正常，无线振动信号处理及智能调速策略***保持当前转速，不做调节；
所采集的磨机筒壁振动数据小于P1时，说明磨机处于较高载荷状态，计算从上次调节到本次调节之间磨机振动数据变化的斜率值，并将斜率值写入数据库，设定斜率值大于C1且小于C2，如果斜率小于C1则表明磨机有从高载荷状态进一步升高的趋势，设定幅度较大的调速为H1赫兹；如果斜率在C1和C2之间则表明磨机载荷由高载荷状态缓慢转化为正常载荷状态的趋势，则调速幅度较大，设定幅度较大的调速为H2赫兹；如果斜率大于C2则表明磨机载荷由高载荷状态快速转化为正常载荷状态的趋势，说明目前工况正常，保持当前转速。
所采集的磨机筒壁振动数据大于P2时，说明磨机处于较低载荷状态，计算从上次调节到本次调节之间磨机振动数据变化的斜率值，并将斜率值写入数据库，设定标准斜率值为C3，如果斜率大于C3则表明磨机振动值上升较快，磨机工作状态有加剧变小的趋势，则调速幅度较大，设定幅度较大的调速为H4赫兹；如果斜率小于C3则表明磨机载荷状态有缓慢升高的趋势，则调速幅度较小，设定幅度较小的调速为H3赫兹；
发出调速指令后，为了保证调速的绝对安全性，对速度调节值都进行转速限幅处理，如果调速指令低于速度下限值则按下限值进行输出，如果调速指令高于速度上限值，则按速度上限值输出；
发出调速指令后，调速指令存入数据库，调速指令到达执行机构，通过电机调整磨机的转速，发出调速指令后返回至涨肚判断前的状态，循环往复。
所述无线振动信号处理及智能调速策略***中所用到的参数值，均从磨机历史运行数据分析总结得来，用户可以根据无线振动信号处理及智能调速策略***的调节效果，对参数值进行设置和微调，无线振动信号处理及智能调速策略***开发有专门的参数设置界面。
本发明的有益效果是：本发明由于采用振动传感器直接测量磨机内介质冲击磨机筒壁的振动情况，测量手段更直接，抗干扰能力更强，测量信号特征更明显，安全可靠，经济实用。根据振动数据能量分布图，操作人员可以准确的判断出磨机内物料填充率的高低及钢球磨矿效果的好坏，进而为操作人员进行磨矿工艺调节提供直接判断依据。
本发明采集、分析、处理振动数据和从低压控制柜中读取实时的磨机功率及油压信号，进行分析判断后发出调速指令给调速器，使磨机实现智能自动调速。由于配合磨机当前的功率和油压值做参考，再加上多年来磨矿工艺的经验积累，能够使得磨机智能自动调速***最大限度的提高磨矿效率，降低磨矿过程中的钢耗和成本，为选矿厂提高经济效益。
能够智能判断磨机的载荷水平并给出调节值，当磨机筒体内的载荷水平过低，则调节磨机降低转速，以在不影响磨矿效果的前提下，保护衬板；当磨机筒体内载荷水平过高，则调节磨机提高转速，加快磨机内的磨矿速度使得磨机的载荷水平保持稳定，进而使得生产保持稳定，具有调节滞后小，调节效率高，最大程度降低了操作人员的劳动强度等众多优点，能够智能判断磨机的载荷水平并给出调节值。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明：
图1是调整步骤流程图；
图2磨机智能自动调速***结构示意图；
图3是磨机在较低载荷状态下对应的振动数据能量分布图；
图4是磨机在正常载荷状态下对应的振动数据能量分布图；
图5是磨机在较高载荷状态下对应的振动数据能量分布图；
图6是磨机在不同转速不同载荷下的三种工况振动数据特征值变化分布曲线图；
图2中：磨机1、基台2、电机3、立架4、无线振动传感器5、触发器6、调速器7、低压控制柜8、数据采集模块9、交换机10、无线振动信号接收器11、交流电源12、无线振动信号处理及智能调速策略***13。
具体实施方式
下面结合实施例与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
基台2的一侧设置磨机1，磨机1的下方设置立架4，基台2上方一侧设置电机3，电机3驱动磨机1旋转，磨机1上设置无线振动传感器5，所述立架4上设置触发器6，电机3与低压控制柜8之间设置调速器7，低压控制柜8与交换机10之间设置数据采集模块9，交换机10设置于无线振动信号处理及智能调速策略***13与无线振动信号接收器11之间，无线振动信号接收器11一侧设置交流电源12，电机3、调速器7、低压控制柜8、数据采集模块9、交换机10、无线振动信号接收器11、交流电源12、无线振动信号处理及智能调速策略***13相互之间设置导线；
所述磨机智能自动调速***的调整方法为：
磨机1开始正常运行之后，无线振动信号处理及智能调速策略***13投入运行，首先进入初始化，初始化中磨机1以工频转速运行，初始化时需要检查各仪器、仪表、通讯、数据采集、存储、各功能模块是否工作正常；
初始化之后开始采集功率、油压、振动、转速、电流参数，无线振动传感器5采集磨机1内介质冲击磨机1筒壁的振动数据，经无线振动信号接收器11和交换机10传输到无线振动信号处理及智能调速策略***13；数据采集模块9采集磨机1运行过程中的工艺数据，经交换机10传输到无线振动信号处理及智能调速策略***13；采集的参数数据经存储数据后存入数据库；
无线振动信号处理及智能调速策略***13对所采集的参数数据进行涨肚判断，涨肚判断的主要依据是所采集的磨机1工作功率和油压读数，磨机1的正常工作功率为A1～A2kW，油压的正常范围为D1～D2PSI，如果磨机1的工作功率大于A2kW或油压的范围大于D2PSI，即认为磨机1当前处于涨肚状态，进入涨肚处理程序；
如果磨机1工作功率和油压读数均正常，即认为磨机1当前不涨肚，设定磨机1在正常工作状态下对应的磨机1筒壁振动数据特征值在最小值P1～最大值P2之间，所采集的磨机1筒壁振动数据在P1～P2之间时，说明磨机1目前工况正常，无线振动信号处理及智能调速策略***13保持当前转速，不做调节；
所采集的磨机1筒壁振动数据小于P1时，说明磨机1处于较高载荷状态，计算从上次调节到本次调节之间磨机1振动数据变化的斜率值，并将斜率值写入数据库，设定斜率值大于C1且小于C2，如果斜率小于C1则表明磨机1有从高载荷状态进一步升高的趋势，设定幅度较大的调速为H1赫兹；如果斜率在C1和C2之间由则表明磨机1载荷由高载荷状态缓慢转化为正常载荷状态的趋势，则调速幅度较大，设定幅度较大的调速为H2赫兹；如果斜率大于C2则表明磨机1载荷由高载荷状态快速转化为正常载荷状态的趋势，说明目前工况正常，保持当前转速。
所采集的磨机1筒壁振动数据大于P2时，说明磨机1处于较低载荷状态，计算从上次调节到本次调节之间磨机1振动数据变化的斜率值，并将斜率值写入数据库，设定标准斜率值为C3，如果斜率大于C3则表明磨机1振动值上升较快，磨机1工作状态有加剧变小的趋势，则调速幅度较大，设定幅度较大的调速为H4赫兹；如果斜率小于C3则表明磨机1载荷状态有缓慢升高的趋势，则调速幅度较小，设定幅度较小的调速为H3赫兹；
发出调速指令后，为了保证调速的绝对安全性，对速度调节值都进行转速限幅处理，如果调速指令低于速度下限值则按下限值进行输出，如果调速指令高于速度上限值，则按速度上限值输出；
发出调速指令后，调速指令存入数据库，调速指令到达执行机构，通过电机3调整磨机1的转速，发出调速指令后返回至涨肚判断前的状态，循环往复。
实施例2
所述无线振动信号处理及智能调速策略***13中所用到的参数值，均从磨机1历史运行数据分析总结得来，用户可以根据无线振动信号处理及智能调速策略***13的调节效果，对参数值进行设置和微调，无线振动信号处理及智能调速策略***13开发有专门的参数设置界面。

Claims (2)

1.一种磨机智能自动调速***的调整方法，所述磨机智能自动调速***是由磨机(1)、基台(2)、电机(3)、立架(4)、无线振动传感器(5)、触发器(6)、调速器(7)、低压控制柜(8)、数据采集模块(9)、交换机(10)、无线振动信号接收器(11)、交流电源(12)、无线振动信号处理及智能调速策略***(13)构成；其特征在于：基台(2)的一侧设置磨机(1)，磨机(1)的下方设置立架(4)，基台(2)上方一侧设置电机(3)，电机(3)驱动磨机(1)旋转，磨机(1)上设置无线振动传感器(5)，所述立架(4)上设置触发器(6)，电机(3)与低压控制柜(8)之间设置调速器(7)，低压控制柜(8)与交换机(10)之间设置数据采集模块(9)，交换机(10)设置于无线振动信号处理及智能调速策略***(13)与无线振动信号接收器(11)之间，无线振动信号接收器(11)一侧设置交流电源(12)，电机(3)、调速器(7)、低压控制柜(8)、数据采集模块(9)、交换机(10)、无线振动信号接收器(11)、交流电源(12)、无线振动信号处理及智能调速策略***(13)相互之间设置导线；
所述磨机智能自动调速***的调整方法为：
磨机(1)开始正常运行之后，无线振动信号处理及智能调速策略***(13)投入运行，首先进入初始化，初始化中磨机(1)以工频转速运行，初始化时需要检查各仪器、仪表、通讯、数据采集、存储、各功能模块是否工作正常；
初始化之后开始采集功率、油压、振动、转速、电流参数，无线振动传感器(5)采集磨机(1)内介质冲击磨机(1)筒壁的振动数据，经无线振动信号接收器(11)和交换机(10)传输到无线振动信号处理及智能调速策略***(13)；数据采集模块(9)采集磨机(1)运行过程中的工艺数据，经交换机(10)传输到无线振动信号处理及智能调速策略***(13)；采集的参数数据经存储数据后存入数据库；
无线振动信号处理及智能调速策略***(13)对所采集的参数数据进行涨肚判断，涨肚判断的主要依据是所采集的磨机(1)工作功率和油压读数，磨机(1)的正常工作功率为A1～A2kW，油压的正常范围为D1～D2PSI，如果磨机(1)的工作功率大于A2kW或油压的范围大于D2PSI，即认为磨机(1)当前处于涨肚状态，进入涨肚处理程序；
如果磨机(1)工作功率和油压读数均正常，即认为磨机(1)当前不涨肚，设定磨机(1)在正常工作状态下对应的磨机(1)筒壁振动数据特征值在最小值P1～最大值P2之间，所采集的磨机(1)筒壁振动数据在P1～P2之间时，说明磨机(1)目前工况正常，无线振动信号处理及智能调速策略***(13)保持当前转速，不做调节；
所采集的磨机(1)筒壁振动数据小于P1时，说明磨机(1)处于较高载荷状态，计算从上次调节到本次调节之间磨机(1)振动数据变化的斜率值，并将斜率值写入数据库，设定斜率值大于C1且小于C2，如果斜率小于C1则表明磨机(1)有从高载荷状态进一步升高的趋势，设定幅度较大的调速为H1赫兹；如果斜率在C1和C2之间则表明磨机(1)载荷由高载荷状态缓慢转化为正常载荷状态的趋势，则调速幅度较大，设定幅度较大的调速为H2赫兹；如果斜率大于C2则表明磨机(1)载荷由高载荷状态快速转化为正常载荷状态的趋势，说明目前工况正常，保持当前转速；
所采集的磨机(1)筒壁振动数据大于P2时，说明磨机(1)处于较低载荷状态，计算从上次调节到本次调节之间磨机(1)振动数据变化的斜率值，并将斜率值写入数据库，设定标准斜率值为C3，如果斜率大于C3则表明磨机(1)振动值上升较快，磨机(1)工作状态有加剧变小的趋势，则调速幅度较大，设定幅度较大的调速为H4赫兹；如果斜率小于C3则表明磨机(1)载荷状态有缓慢升高的趋势，则调速幅度较小，设定幅度较小的调速为H3赫兹；
发出调速指令后，为了保证调速的绝对安全性，对速度调节值都进行转速限幅处理，如果调速指令低于速度下限值则按下限值进行输出，如果调速指令高于速度上限值，则按速度上限值输出；
发出调速指令后，调速指令存入数据库，调速指令到达执行机构，通过电机(3)调整磨机(1)的转速，发出调速指令后返回至涨肚判断前的状态，循环往复。
2.根据权利要求1所述的一种磨机智能自动调速***的调整方法，其特征在于：所述无线振动信号处理及智能调速策略***(13)中所用到的参数值，均从磨机(1)历史运行数据分析总结得来，用户可以根据无线振动信号处理及智能调速策略***(13)的调节效果，对参数值进行设置和微调，无线振动信号处理及智能调速策略***(13)开发有专门的参数设置界面。
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