1、選礦廠磨機(jī)負(fù)荷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)目的與現(xiàn)狀
在選礦生產(chǎn)中磨機(jī)的屯耗約占2/3，目前普遍存在磨礦效率低，其90%的能量為損耗。因此，控制磨機(jī)負(fù)荷使之在最佳工作狀態(tài)下運(yùn)轉(zhuǎn)是提高磨機(jī)磨礦效率、提高產(chǎn)量降低電耗的重要途徑。在我國(guó)大多數(shù)選礦廠，磨機(jī)的運(yùn)行監(jiān)測(cè)目前仍處于人為判斷、手工操作的原始狀態(tài)，對(duì)磨機(jī)負(fù)荷的監(jiān)測(cè)普遍比較粗糙簡(jiǎn)單。在手動(dòng)操作狀態(tài)下，由于人為經(jīng)驗(yàn)的限制，磨機(jī)往往不能運(yùn)行在穩(wěn)定、高效的狀態(tài)，出力較低，而且人為調(diào)節(jié)的不確定性也使得出磨物料的粒度不均勻，影響了選礦廠中礦石的質(zhì)量。
2、磨機(jī)負(fù)荷測(cè)量原理
磨機(jī)在運(yùn)行時(shí)，研磨介質(zhì)與襯板、研磨介質(zhì)與研磨介質(zhì)之問、研磨介質(zhì)與物料、物料與襯板以及物料與物料之間都會(huì)因相互之問的碰撞和研磨面發(fā)聲，且止常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)這種噪聲可高達(dá)120dB。在磨機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)出的噪聲中，鋼球之間的相互碰撞，以及鋼球和襯板碰撞產(chǎn)生的噪聲是磨機(jī)噪盧主要部分。
磨機(jī)長(zhǎng)期的運(yùn)行實(shí)踐表明，磨機(jī)的負(fù)荷與嗓音信號(hào)之間存在著一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。當(dāng)磨機(jī)負(fù)荷較小時(shí)，噪音土要來自研磨介質(zhì)之間以及研磨介質(zhì)與襯板之間的摩擦和碰撞，噪音較大并且頻率較高；當(dāng)磨機(jī)負(fù)會(huì)逐漸增大時(shí)，隨著磨內(nèi)空間和研磨介質(zhì)之問的空隙逐漸被物料所充填，磨機(jī)噪音主要來自物料和研磨介質(zhì)以及物料和襯板之問摩擦和碰撞，磨音較小日，頻率較低。因而通過對(duì)磨機(jī)噪音的檢測(cè)，可以間接確定其負(fù)荷。
采用磨音法測(cè)監(jiān)測(cè)磨機(jī)的負(fù)荷，其結(jié)構(gòu)是一個(gè)集磨音檢測(cè)和處理變送于一體的電耳。將變送器和電耳封裝在一起，既可以減小測(cè)量?jī)x的體積，減少一級(jí)信號(hào)傳輸，也便于在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝調(diào)試�？紤]到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣，灰塵較大，磨音傳感器由噪音檢測(cè)元件和防塵殼體組成。
電耳可以準(zhǔn)確地檢測(cè)強(qiáng)度為120分貝以下，頻率范圍為20k～16k的聲音信號(hào)。由電耳測(cè)得的磨音信號(hào)只是粗略地反映了磨機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)。要更精確地確定負(fù)荷的大小，還需要經(jīng)過變送器對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、帶通濾波、信號(hào)處理和噪音特征潛識(shí)別，最終在顯示器上顯示出來。
電耳硬件外觀設(shè)計(jì)如圖1所示。
3、磨機(jī)控制系統(tǒng)中的硬件設(shè)計(jì)
負(fù)荷檢測(cè)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由電耳、渦輪流量計(jì)、壓力傳感器等組成。在本套系統(tǒng)中由電耳來完成對(duì)磨音的檢測(cè)，通過渦輪流量計(jì)來完成對(duì)水流量的監(jiān)測(cè)，通過壓力傳感器來完成對(duì)濃度的監(jiān)測(cè)，如圖2所示。
由電耳實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)磨機(jī)的負(fù)荷，將聲音信號(hào)送入16位單片機(jī)MSP，130F149，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換與期望值相比較，通過控制算法(PID)調(diào)節(jié)后再經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，最后將信號(hào)送入變頻器調(diào)節(jié)給礦皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)給礦量的自動(dòng)控制。給水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)由渦輪流量計(jì)測(cè)量，信號(hào)也送入l6位單片機(jī)MSP430F149，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換與期望值相比較，通過控制算法(PID)調(diào)節(jié)后冉經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，最后將信號(hào)送入變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)給水量的自動(dòng)控制。還必須考慮礦漿的濃度，綜合上面的三個(gè)因素，我們才能使磨機(jī)出力最大并且功率較小，工作在最佳工作狀態(tài)。單片機(jī)監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)框圖如圖3所示。
4、磨機(jī)控制系統(tǒng)中的軟件構(gòu)成
軟件的控制策略采用模仿人j二智能控制方案。它依據(jù)智能控制的原理，模仿人的思維對(duì)磨機(jī)實(shí)現(xiàn)智能控制。以保證磨機(jī)安全、可靠運(yùn)行，其軟件的構(gòu)成是由智能邏輯判斷和智能控制算法組成。
智能邏輯判斷的依據(jù)就是設(shè)計(jì)操作人員積累的經(jīng)驗(yàn)。根據(jù)輸入值與測(cè)量值之差和其變化率實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的控制策略。其控制原則就是：根據(jù)磨機(jī)的噪音信號(hào)也就是電耳信號(hào)和輸入的期望信號(hào)，調(diào)整給料電機(jī)變頻器，使料位達(dá)到穩(wěn)定范圈；但是穩(wěn)定勻速的給料控制，必須有與之相適應(yīng)，符合磨機(jī)工作要求的水量才能達(dá)到比較理想的摔制效果。根據(jù)滿輪流量汁的測(cè)量值與輸入的期望值，調(diào)節(jié)給水電機(jī)的變頻器，控制阿個(gè)回路達(dá)到平衡狀態(tài)。智能控制算法是依據(jù)磨機(jī)的耦合情況，將控制器分為兩個(gè)控制回路，每個(gè)回路采用模糊PID控制，取得了仿人控制的目的。磨機(jī)的給料控制不是一個(gè)孤立的系統(tǒng)，它要和給水量相對(duì)應(yīng)，組成-個(gè)大的控制系統(tǒng)。
TI公司的單片機(jī)MSP430用C語言編程，充分利
用c語言編程結(jié)構(gòu)化、程序簡(jiǎn)潔和運(yùn)行速度快的優(yōu)點(diǎn)。軟件設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)，人機(jī)界面友好。各模塊組成如下圖4所示。
系統(tǒng)主程序主要是完成一些基本的設(shè)置工作，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，如定時(shí)器、看門狗、中斷設(shè)置。監(jiān)測(cè)和判斷系統(tǒng)運(yùn)行的情況；上位機(jī)控制程序完成人工監(jiān)測(cè)和控制；鍵盤操作程序主要是完成一些參數(shù)的設(shè)定與修改；系統(tǒng)狀態(tài)顯示實(shí)時(shí)的反應(yīng)系統(tǒng)的狀態(tài)；給水量監(jiān)控程序完成給水量的監(jiān)測(cè)與控制；給料量監(jiān)測(cè)程序完成給料量的監(jiān)測(cè)與控制；中斷控制處理突發(fā)事件和定時(shí)器產(chǎn)生的中斷，根據(jù)預(yù)定的算法進(jìn)行相應(yīng)的處理。
5、結(jié)語
本嵌入系系統(tǒng)采用新型的低功耗16位單片機(jī)MSP430F149作為整個(gè)系統(tǒng)的控制器。本芯片外圍模塊豐富，對(duì)丁-采集數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換處理、存儲(chǔ)、顯示等操作十分的方使。使得整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路實(shí)現(xiàn)十分容易。本系統(tǒng)已經(jīng)在唐山選礦廠投入使用，檢測(cè)準(zhǔn)確，運(yùn)行可靠，能根據(jù)生產(chǎn)的需要自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、球磨機(jī)、雷蒙磨、木屑顆粒機(jī)等機(jī)械設(shè)備。
