文獻標識碼： A
文章編號： 0258-7998(2013)10-0039-03
球磨機是礦山生產(chǎn)的常用設備，近年來，隨著礦山規(guī)模的擴大，在開采大規(guī)模、低品位礦床時，如何縮短工廠流程配置、提高處理能力，對各種磨機規(guī)格的大型化、節(jié)能和作業(yè)率提出了迫切的要求[1]。為了使大型球磨機連續(xù)無故障作業(yè)，需要對球磨機的重要部位或重要技術(shù)參量（如壓力、被磨物質(zhì)粒度、溫度、流量、液位、振動和電量等）進行實時監(jiān)測。
現(xiàn)有大型礦山企業(yè)對其各所屬礦山內(nèi)的球磨機群的監(jiān)測多是采用模擬量變送器進行數(shù)據(jù)采集[2]。此種數(shù)據(jù)采集技術(shù)是一個參量對應一套變送器，其采集設備復雜、連線多。當采集距離較遠時，極容易受到干擾，而且費用高，可靠性低；采用模擬量變送器進行數(shù)據(jù)采集，有時只能作指針表顯示，個別數(shù)據(jù)可送入PLC(可編程控制器) 變?yōu)閿?shù)量處理，其設備費用高，又需專業(yè)工程技人員編寫復雜的專用程序；采用模擬量變送器進行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理時，又需配備較多的電腦和轉(zhuǎn)換裝置，其設備費用也是很高的。
1 球磨機群監(jiān)測系統(tǒng)組成
球磨機群可以包括多個球磨機系統(tǒng)，一個球磨機系統(tǒng)又由球磨機和靜壓軸承兩大部分組成，圖1～圖3所示分別為球磨機系統(tǒng)的組成、球磨機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理和球磨機靜壓軸承液壓系統(tǒng)原理。
球磨機系統(tǒng)上的傳感器包括安裝在球磨機及靜壓軸承上的溫度傳感器、壓力傳感器、振動傳感器及粒度傳感器、流量傳感器、電量傳感器和液位傳感器。如圖2所示，在球磨機的出料口1和進料口6要進行流量檢測；出料口1要進行礦漿粒度檢測；出料口靜壓軸承2、滾筒3、進料口靜壓軸承5、進料口6、減速機7和電動機8要進行振動和溫度檢測；同時電動機8還要進行電量采集。如圖3所示，4路壓力傳感器分別與靜壓軸承上的進料端主軸瓦和出料端主軸瓦相連接，可以檢測軸瓦供油壓力，油箱中要進行油溫和液位檢測。
基于上述球磨機系統(tǒng)的組成及數(shù)據(jù)采集方式，結(jié)合現(xiàn)場的自動化基礎建設情況，可得出球磨機群檢測系統(tǒng)的原理圖，如圖4所示。
通過圖4可以看出，球磨機群檢測系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)監(jiān)測中心、數(shù)據(jù)傳輸裝置和數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊。其中，數(shù)據(jù)監(jiān)測中心包括廠礦自動控制的工控機及與此工控機相連接的數(shù)據(jù)顯示屏等；數(shù)據(jù)傳輸裝置介于數(shù)據(jù)監(jiān)測中心與數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊之間，包括電力光纖或GPRS無線通信等；數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊是球磨機群監(jiān)測系統(tǒng)的核心，它由多個數(shù)據(jù)采集監(jiān)測單元組成。
2 數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊
數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊主要包括兩類數(shù)據(jù)采集監(jiān)測單元，分別為網(wǎng)絡信號采集模塊、網(wǎng)絡電量計量模塊[3]。
2.1 網(wǎng)絡信號采集模塊
網(wǎng)絡信號采集模塊包括信號接入單元、信號變換單元、隔離放大單元和嵌入式微電腦，其原理如圖5所示。
2.1.1 信號接入單元
信號接入單元如圖6所示，包括“八選一”芯片UIN1、UIN2和UIN3，選通信號QH，控制信號D2、D1和D0，與芯片UIN1相連接的輸出端A1，與芯片UIN2相連接的輸出端A2以及與芯片UIN3相連接的輸出端A3。芯片UIN1設有輸入端IN11～IN18，芯片UIN2設有輸入端IN21～IN28，UIN3設有輸入端IN31～IN38，輸出端A1、A2和A3與所述的信號變換單元相連接。
2.1.2 信號變換單元
信號變換單元原理如圖7所示，包括基準電壓源Vout、電阻R1～R11、電子開關(guān)S1～S7、鎖存器SC、鎖存器選通信號BX、阻抗變換器GS1～GS6、可變電阻器W1、控制信號D2、D1和D0以及信號變換輸出端B1、B2和B3。信號變換輸出端B1、B2和B3與所述的隔離放大單元相連接。經(jīng)A1、A2和A3端輸出的標準電壓信號Ⅰ給入信號變換單元，同時向信號變換單元輸入Vout基準電壓源以及控制信號D2、D1和D0，將標準電壓信號Ⅰ變換成標準電壓信號Ⅱ經(jīng)B1、B2和B3端輸出。實施時選Vout＝2.5 V，電壓紋波≤0.5％；S1～S7狀態(tài)由D2、D1及D0狀態(tài)而定，見表2；W1為可變電阻器，用來調(diào)節(jié)輸出值；GS1～GS6為阻抗變換器，實施時可采用運放作成的電壓跟隧器；B1、B2和B3為信號變換后的輸出端；通過信號接入單元后的信號在嵌入式微電腦的控制下，可將mV、mA、熱電阻、熱電耦等信號直接變換規(guī)定的標準信號，實施時該標準信號可為5 V。
2.1.3 信號變換單元
隔離放大單元包括隔離單元U1和可編程增益放大電路。隔離單元U1包括轉(zhuǎn)換電容C1和C2, 微電子數(shù)字單刀雙擲開關(guān)KC11、KC12、KC21和KC22，選通信號GL以及微電子數(shù)字開關(guān)的控制信號D0；可編程增益放大電路包括精密集成運算放大器U2、可編程電阻網(wǎng)絡U3和增益測量電路U4?？删幊屉娮杈W(wǎng)絡U3由數(shù)字電位器SD1、SD2和SD3所組成，增益測量電路U4包括數(shù)字開關(guān)K1、K2以及標準電壓Vb和數(shù)字開關(guān)的控制信號D1[4]。
2.1.4 嵌入式微電腦
嵌入式微電腦原理如圖8所示，包括A/D轉(zhuǎn)換器、基準電壓源、DSP控制器、存儲器、網(wǎng)絡接口、USB接口和一線總線式數(shù)字溫度變送器DS18B20。
2.2 網(wǎng)絡電量計量模塊
網(wǎng)絡電量計量模塊包括一組網(wǎng)絡電量計量裝置控制器和分別與此網(wǎng)絡電量計量裝置控制器相連接的一組用電系統(tǒng)。此組用電系統(tǒng)由電網(wǎng)供電，所述的網(wǎng)絡電量計量裝置控制器包括電流傳感器CT、電壓傳感器PT、ASLC—電量測量專用芯片、鍵盤、LCD顯示器、RS485接口、看門狗、報警、時鐘電路、測溫元件DS18B20、帶光隔離的開入/開出信號端和電流源。網(wǎng)絡電量計量模塊的原理如圖9所示。
3 優(yōu)點
（1）本文的球磨機群監(jiān)測系統(tǒng)的球磨機單元監(jiān)測模塊采用了多通道、多種傳感器直接輸入的網(wǎng)絡智能數(shù)據(jù)采集模塊化裝置，允許8通道傳感器分時輸入，可實現(xiàn)統(tǒng)一變換、電容隔離、可編程放大、±18位A/D轉(zhuǎn)換和智能處理、帶現(xiàn)場總線(同時可用Modbus和Profibus-DP)的網(wǎng)絡傳輸。本球磨機群監(jiān)測模塊具有體積小、使用靈活、操作簡便、通用性強、網(wǎng)絡智能化等優(yōu)點。
（2）本系統(tǒng)的球磨機單元監(jiān)測模塊可實現(xiàn)壓力、被磨物質(zhì)粒度、溫度、流量、液位、振動、電量和現(xiàn)場運行等狀態(tài)的實時、全方位、多參量監(jiān)測，適用于檢測和控制等多種場合，是實現(xiàn)網(wǎng)絡智能數(shù)據(jù)監(jiān)測和控制的理想裝置。
（3）在智慧云計算平臺支持下，本系統(tǒng)可實現(xiàn)大型多個礦山企業(yè)的球磨機群監(jiān)測。
本文提出一種球磨機群監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集監(jiān)測模塊及其監(jiān)測方法，它包括數(shù)據(jù)監(jiān)測中心、數(shù)據(jù)傳輸裝置、球磨機群監(jiān)測模塊和網(wǎng)絡電量計量模塊，基于此數(shù)
據(jù)采集監(jiān)測模塊對球磨機群進行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測和傳輸，可實現(xiàn)大型多個礦山企業(yè)的球磨機群監(jiān)測，省去了基層設備的擴容，能實時完成大量數(shù)據(jù)收存、優(yōu)化處理、智慧決策、合理調(diào)度、全面監(jiān)視等綜合工作[5]。
參考文獻
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