基于噪音频谱分析判断球磨机工作状态问题的

一、系统概述和整体设计

球磨机工作效率的高低以粉磨工作与时间的比来衡量，要使球磨机在 工作状态下运行，必须获得球磨机内部填充量的精确数据。一般认为如果球磨机的填充量太低，就会增加研磨体之间的相互碰撞，导致能量的浪费，甚至减少球磨机的使用寿命；如果球磨机内部的填充量过高，则研磨体之间会产生相互缓冲作用，导致粉磨效率的大幅下降。

目前球磨机内部填充量的测量方法是基于测量球磨机工作时所发出的声音（球磨机空载时比满载时发出的声音大的多）。在靠近球磨机的地方安装一个特殊的麦克风，并通过计算声音水平的积分植来粗略地估计球磨机内部的填充量，从而判定球磨机的工作状态。在一些设备简单生产不规范的小企业中，甚至有用人耳进行判断的，这不仅测量结果不准确，而且噪音对人体会造成严重的危害。因此，开发一套精确判断球磨机工作状态的检测装置成为当务之急。基于噪音频谱矢量分析的球磨机 化控制系统满足以上要求，该系统总体上有智能电耳、数字信号处理器即DSP、控制器等几部分组成，其结构框图及工作原理如下所示：

安装在球磨机附近的智能电耳能够接收到的球磨机工作时发出的噪音信号，然后将噪音信号转换成4-20mV的电信号，再经过抗混叠滤波即滤掉直流分量和20k以上的偕波分量，把滤波器输出的有用噪音信号输入到DSP模块，DSP模块对输入的电信号进行抽样、量化，运用现代数字信号处理技术对有用噪音信号进行实时分析，再将分析结果通过串行接口传送给控制器，控制器一方面将球磨机的工作状态显示出来，另一方面控制给料机的加料速度。

二、硬件系统设计

噪音信号处理部分的硬件结构包括噪音采集模块（TLV1578即TI公司专门为DSP芯片配套制作的一种8通道10位数据并行A/D转换器），噪音处理DSP模块（TI公司的TMS320VC5402），程序数据存储器FLASH模块，数据存储器SRAM模块。

三、软件设计

大型球磨机在不同状态下工作时，磨机本身发出的噪音的功率谱密度不同。简单地说，球磨机内部填充水、料的质量不同、比例不同、研磨程度不同，球磨机发出的噪音信号的幅度、频率也不同，即球磨机的工作状态与噪音的功率谱密度存在——对应的关系，其数学表达式如下：Y(工作状态)=F[x(功率谱密度)]。

球磨机的工作状态是一个模糊量，需要有经验的工程师预先衡量其优劣与否，因此，软件部分的开始是一段自学习的过程。有经验的工程师预先判断球磨机工作状态的优劣，并将与之对应的功率谱密度数据保存，球磨机工作过程中，检测装置把接收的噪音信号作傅立叶变换得到功率谱密度，将其和预先保存的已知的普密度比较，从而判断出球磨机的工作状态。

软件流程如下所示

自学习程序：初始化，噪音信号采集，快速傅立叶变换，聚类分析，经验判断，保存。

工作程序：初始化，噪音信号采集，快速傅立叶变换，比较分类，判断。

基于噪音频谱矢量分析判断球磨机工作状态的检测系统采用新型的磨机填充量测量方案，抗干扰能力强，能准确地掌握磨机内部填充量的情况；而且整个系统采用数字信号处理技术，大大提高了系统的精确性，从而更有利于磨机优化控制系统的建立，更有利于 计算机控制。