本发明涉及一种基于全域增效优化节能技术的大功率球磨机节能控制方法。使用音频采集器采集球磨筒体内的音频信号，并通过傅里叶变换获得音频信号的频谱，然后将频谱与粒径分布进行相关性分析；并根据分析结果达到粒径分布，然后根据粒径分布输入节能控制公式，根据不同粒径的比例获得球磨机的转速，并控制执行该转速，以实现节能控制；节能控制方法可以以最快速度将装入的矿料粉碎成最终粉体的粒径，一方面球磨速度快，另一方面功率没有浪费，且精准控制转速实现了对球磨机自身损耗的降低，从多个方面实现了节能减排。
1.基于全域增效优化节能技术的大功率球磨机节能控制方法，其特征在于包括如下步骤：步骤1：将矿料和磨球装入球磨机筒体内，并注入预定量的水，启动音频收集器收集球磨机筒体内的音频信号，开启球磨机以一稳定的速度开始球磨；
步骤2：球磨过程中每间隔10min从球磨机筒体内取样，并将取样装入缩分分析器进行缩分分析；将矿料的粒径分成n个级别，其中n≥5；缩分分析器得到当前时刻的球磨机筒体内各个粒径的矿料的比例；同时将取样前10s内音频收集器收集的球磨机筒体内的音频信号发送给节能分析模块；节能分析模块将该音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱；
步骤3：球磨过程持续，不断进行缩分取样，直到球磨机内取样的分析结果显示完成球磨工序；取样M次，共得到M组粒径分布数据和M个音频信号的频谱；
步骤4：将得到的M组粒径分布和M个音频信号进行相关性分析，从而建立频谱‑粒径分析模型；设第m次取样n个粒径范围矿料的比例为Nm1：Nm2：…：Nmn；其中Nm1+Nm2+…+Nmn=1；1≤m≤M；
频谱‑粒径分析模型的建立方法为：将音频信号的频谱进行降噪和平滑，并将球磨过程取样的第一个和最后一个频谱进行高斯曲线拟合，得到Q1和Qn，其中Q1对应第一个取样的频谱，Qn对应最后一个取样的频谱；
然后将第2至M‑1个取样的频谱采用n维高斯曲线拟合，即利用n个高斯曲线拟合每一个频谱曲线；n个高斯曲线中必须包括Q1和Qn，其他曲线表示为Q2至Qn‑1；
Q2至Qn‑1计算的优化条件为：第 m次取样的频谱Pm与Nm1·Q1+ Nm2·Q2+ …+Nmn·Qn之间的差异为Em，Em的求和最小；
这样对于任何一个频谱都可以直接用Q1至Qn的n个高斯函数去拟合，就可以直接根据n个高斯函数的系数直接得到各个粒径范围矿料的比例；
步骤5：将新的矿料和磨球装入球磨机筒体内，并注入预定量的水，启动音频收集器收集球磨机筒体内的音频信号，开启球磨机以一稳定的速度开始球磨；
步骤6：球磨过程中每间隔10min音频收集器对球磨机筒体内的音频信号进行取样10s，并将取样发送给节能分析模块；节能分析模块将该音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱；节能分析模块的频谱输入频谱‑粒径分析模型，得到球磨机内的n个粒径范围矿料的比例；节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，其预设的模型为：转速R=A1·Nm1 + A2·Nm2+ …+ An·Nmn；其中A1至An的系数根据节能函数进行计算，节能函数为An= n+nEH/S，其中E为矿料的杨氏模量，H为矿料的硬度，S为节能系数，根据经验设置，n为A1至An的角标；
步骤7：节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，实现节能。
2.根据权利要求1所述的基于全域增效优化节能技术的大功率球磨机节能控制方法，其特征在于：音频收集器仅从球磨机的底部进行取样，且音频收集器与球磨机筒体之间采用液体耦合，不影响球磨机筒体的寿命。
3.一种执行权利要求1所述的方法的节能控制系统，其特征在于包括：
球磨机、球磨机转速控制器、节能分析模块、音频收集器、进水量控制器和缩分分析器；
音频收集器安装于球磨机的球磨筒体的外壁的底部，与球磨机筒体液体耦合，用于收集球磨机球磨筒体内的振动声音信号，并将信号发送给节能分析模块；
节能分析模块将音频收集器收集的音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱，并将音频信号的频谱输入频谱‑粒径分析模型，得到球磨机内的各个粒径范围矿料的比例；
球磨机转速控制器控制球磨机球磨筒体的转速，进水量控制器用于控制球磨机筒体内的注水量；
缩分分析器用于从球磨机内进行取样缩分，并分析缩分样品的粒径分布；
节能分析模块根据球磨机内的各个粒径范围矿料的比例控制球磨筒体的转速，从而实现球磨机节能控制。
4.根据权利要求3所述的节能控制系统，其特征在于：
音频收集器仅从球磨机的底部进行取样，且音频收集器与球磨机筒体之间采用液体耦合，不影响球磨机筒体的寿命。
基于全域增效优化节能技术的大功率球磨机节能控制方法
技术领域
[0001] 本发明涉及节能控制领域，尤其涉及基于全域增效优化节能技术的大功率球磨机节能控制方法。
背景技术
[0002] 球磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎的关键设备。这种类型磨矿机是在其筒体内装入一定数量的钢球作为研磨介质。它广泛应用于水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业。
[0003] 现有技术的球磨机控制一般都是根据不同矿料的成分，设置一个预定的转速，然后以稳定的转速直接球磨至成品；由于针对不同的粒径分布所需的最优转速是不同的，因此稳定转速的方案导致了能源的浪费；但是如果要在球磨过程中不断采样进行分析，又会导致球磨过程数次中断，导致球磨时间增加，同样不利于节能减排。
[0004] 公开号CN207780584U公开了一种球磨机节能控制系统，包括信号采集单元、数据处理单元、评估单元和优化控制单元；通过对球磨机的运行状态进行监测，并通过RBP神经网络与球磨机的负荷状态联系，实现球磨机运行状态的智能评估；又且，通过优化控制单元确保球磨机运行状态的稳定性，减轻人工操作的负担，提高球磨机的研磨质量。这种方法虽然可以实现实时检测，但是其采集的振动信号仅仅控制了球磨机的工作负荷，但是工作负荷和节能并不是直接相关的，最终节能还是要靠控制针对不同粒径的最佳转速。
发明内容
[0005] 针对上述内容，为解决上述问题，提供一种基于全域增效优化节能技术的大功率球磨机节能控制方法，包括如下步骤：
[0006] 步骤1：将矿料和磨球装入球磨机筒体内，并注入预定量的水，启动音频收集器收集球磨机筒体内的音频信号，开启球磨机以一稳定的速度开始球磨；
[0007] 步骤2：球磨过程中每间隔10min从球磨机筒体内取样，并将取样装入缩分分析器进行缩分分析；将矿料的粒径分成n个级别，其中n≥5；缩分分析器得到当前时刻的球磨机筒体内各个粒径的矿料的比例；同时将取样前10s内音频收集器收集的球磨机筒体内的音频信号发送给节能分析模块；节能分析模块将该音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱；
[0008] 步骤3：球磨过程持续，不断进行缩分取样，直到球磨机内取样的分析结果显示完成球磨工序；取样M次，共得到M组粒径分布数据和M个音频信号的频谱；
[0009] 步骤4：将得到的M粒径分布和M个音频信号进行相关性分析，从而建立频谱‑粒径分析模型；
[0010] 步骤5：将新的矿料和磨球装入球磨机筒体内，并注入预定量的水，启动音频收集器收集球磨机筒体内的音频信号，开启球磨机以一稳定的速度开始球磨；
[0011] 步骤6：球磨过程中每间隔10min音频收集器对球磨机筒体内的音频信号进行取样10s，并将取样发送给节能分析模块；节能分析模块将该音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱；节能分析模块的频谱输入频谱‑粒径分析模型，得到球磨机内的n个粒径范围矿料的比例；
[0012] 步骤7：节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，实现节能。
[0013] 音频收集器仅从球磨机的底部进行取样，且音频收集器与球磨机筒体之间采用液体耦合，不影响球磨机筒体的寿命。
[0014] 设第m次取样n个粒径范围矿料的比例为Nm1：Nm2：…：Nmn；其中Nm1+Nm2+…+Nmn=1；1≤m≤M；
[0015] 频谱‑粒径分析模型的建立方法为：将音频信号的频谱进行降噪和平滑，并将球磨过程取样的第一个和最后一个频谱进行高斯曲线拟合，得到Q1和Qn，其中Q1对应第一个取样的频谱，Qn对应最后一个取样的频谱；
[0016] 然后将第2至M‑1个取样的频谱采用n维高斯曲线拟合，即利用n个高斯曲线拟合每一个频谱曲线；n个高斯曲线中必须包括Q1和Qn，其他曲线表示为Q2至Qn‑1；
[0017] Q2至Qn‑1计算的优化条件为：第 m次取样的频谱Pm与Nm1·Q1+ Nm2·Q2+ …+Nmn·Qn之间的差异为Em，Em的求和最小；
[0018] 这样对于任何一个频谱都可以直接用Q1至Qn的n个高斯函数去拟合，就可以直接根据n个高斯函数的系数直接得到各个粒径范围矿料的比例。
[0019] 节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，其预设的模型为：
[0020] 转速R=A1·Nm1 + A2·Nm2+ …+ An·Nmn；其中A1至An的系数根据节能函数进行计算，节能函数为An= n+nEH/S，其中E为矿料的杨氏模量，H为矿料的硬度，S为节能系数，根据经验设置，n为A1至An的角标。
[0021] 一种执行所述的方法的节能控制系统，其特征在于包括：
[0022] 球磨机、球磨机转速控制器、节能分析模块、音频收集器、进水量控制器和缩分分析器；
[0023] 音频收集器安装于球磨机的球磨筒体的外壁的底部，与球磨机筒体液体耦合，用于收集球磨机球磨筒体内的振动声音信号，并将信号发送给节能分析模块；
[0024] 节能分析模块将音频收集器手机的音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱，并将音频信号的频谱输入频谱‑粒径分析模型，得到球磨机内的各个粒径范围矿料的比例；
[0025] 球磨机转速控制器控制球磨机球磨筒体的转速，进水量控制器用于控制球磨机筒体内的注水量；
[0026] 缩分分析器用于从球磨机内进行取样缩分，并分析缩分样品的粒径分布；
[0027] 节能分析模块根据球磨机内的各个粒径范围矿料的比例控制球磨筒体的转速，从而实现球磨机节能控制。
[0028] 音频收集器仅从球磨机的底部进行取样，且音频收集器与球磨机筒体之间采用液体耦合，不影响球磨机筒体的寿命。
[0029] 设第m次取样n个粒径范围矿料的比例为Nm1：Nm2：…：Nmn；其中Nm1+Nm2+…+Nmn=1；1≤m≤M；
[0030] 频谱‑粒径分析模型的建立方法为：将音频信号的频谱进行降噪和平滑，并将球磨过程取样的第一个和最后一个频谱进行高斯曲线拟合，得到Q1和Qn，其中Q1对应第一个取样的频谱，Qn对应最后一个取样的频谱；
[0031] 然后将第2至M‑1个取样的频谱采用n维高斯曲线拟合，即利用n个高斯曲线拟合每一个频谱曲线；n个高斯曲线中必须包括Q1和Qn，其他曲线表示为Q2至Qn‑1；
[0032] Q2至Qn‑1计算的优化条件为：第 m次取样的频谱Pm与Nm1·Q1+ Nm2·Q2+ …+Nmn·Qn之间的差异为Em，Em的求和最小；
[0033] 这样对于任何一个频谱都可以直接用Q1至Qn的n个高斯函数去拟合，就可以直接根据n个高斯函数的系数直接得到各个粒径范围矿料的比例。
[0034] 节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，其预设的模型为：
[0035] 转速R=A1·Nm1 + A2·Nm2+ …+ An·Nmn；其中A1至An的系数根据节能函数进行计算，节能函数为An= n+nEH/S，其中E为矿料的杨氏模量，H为矿料的硬度，S为节能系数，根据经验设置，n为A1至An的角标。
[0036] 值得指出的是，上述公式是由经验所得，不存在量纲问题，因为节能系数的量纲与EH相同。此外虽然本发明指出的频谱与粒径分布的相关性分析是利用了曲线拟合，但是实际使用时针对不同的相关性分析，例如主成分分析，分配判别模型等方法也可以使用，上述变形均落入本发明的保护范围内。
[0037] 本发明的有益效果为：
[0038] 本发明使用音频采集器采集球磨筒体内的音频信号，并通过傅里叶变换获得音频信号的频谱，然后将频谱与粒径分布进行相关性分析；并根据分析结果达到粒径分布，然后根据粒径分布输入节能控制公式，根据不同粒径的比例获得球磨机的转速，并控制执行该转速，以实现节能控制；节能控制方法可以以最快速度将装入的矿料粉碎成最终粉体的粒径，一方面球磨速度快，另一方面功率没有浪费，且精准控制转速实现了对球磨机自身损耗的降低，从多个方面实现了节能减排。
附图说明
[0039] 被包括来提供对所公开主题的进一步认识的附图，将被并入此说明书并构成该说明书的一部分。附图也阐明了所公开主题的实现，以及连同详细描述一起用于解释所公开主题的实现原则。没有尝试对所公开主题的基本理解及其多种实践方式展示超过需要的结构细节。
[0040] 图1为本发明的架构示意图；
[0041] 图2为本发明的音频收集结构示意图。
具体实施方式
[0042] 本发明的优点、特征以及达成所述目的的方法通过附图及后续的详细说明将会明确。
[0043] 实施例1：
[0044] 结合图1‑2，基于全域增效优化节能技术的大功率球磨机节能控制方法，包括如下步骤：
[0045] 步骤1：将矿料和磨球装入球磨机筒体内，并注入预定量的水，启动音频收集器收集球磨机筒体内的音频信号，开启球磨机以一稳定的速度开始球磨；
[0046] 步骤2：球磨过程中每间隔10min从球磨机筒体内取样，并将取样装入缩分分析器进行缩分分析；将矿料的粒径分成n个级别，其中n≥5；缩分分析器得到当前时刻的球磨机筒体内各个粒径的矿料的比例；同时将取样前10s内音频收集器收集的球磨机筒体内的音频信号发送给节能分析模块；节能分析模块将该音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱；
[0047] 步骤3：球磨过程持续，不断进行缩分取样，直到球磨机内取样的分析结果显示完成球磨工序；取样M次，共得到M组粒径分布数据和M个音频信号的频谱；
[0048] 步骤4：将得到的M粒径分布和M个音频信号进行相关性分析，从而建立频谱‑粒径分析模型；
[0049] 步骤5：将新的矿料和磨球装入球磨机筒体内，并注入预定量的水，启动音频收集器收集球磨机筒体内的音频信号，开启球磨机以一稳定的速度开始球磨；
[0050] 步骤6：球磨过程中每间隔10min音频收集器对球磨机筒体内的音频信号进行取样10s，并将取样发送给节能分析模块；节能分析模块将该音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱；节能分析模块的频谱输入频谱‑粒径分析模型，得到球磨机内的n个粒径范围矿料的比例；
[0051] 步骤7：节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，实现节能。
[0052] 音频收集器仅从球磨机的底部进行取样，且音频收集器与球磨机筒体之间采用液体耦合，不影响球磨机筒体的寿命。
[0053] 设第m次取样n个粒径范围矿料的比例为Nm1：Nm2：…：Nmn；其中Nm1+Nm2+…+Nmn=1；1≤m≤M；
[0054] 频谱‑粒径分析模型的建立方法为：将音频信号的频谱进行降噪和平滑，并将球磨过程取样的第一个和最后一个频谱进行高斯曲线拟合，得到Q1和Qn，其中Q1对应第一个取样的频谱，Qn对应最后一个取样的频谱；
[0055] 然后将第2至M‑1个取样的频谱采用n维高斯曲线拟合，即利用n个高斯曲线拟合每一个频谱曲线；n个高斯曲线中必须包括Q1和Qn，其他曲线表示为Q2至Qn‑1；
[0056] Q2至Qn‑1计算的优化条件为：第 m次取样的频谱Pm与Nm1·Q1+ Nm2·Q2+ …+Nmn·Qn之间的差异为Em，Em的求和最小；
[0057] 这样对于任何一个频谱都可以直接用Q1至Qn的n个高斯函数去拟合，就可以直接根据n个高斯函数的系数直接得到各个粒径范围矿料的比例。
[0058] 节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，其预设的模型为：
[0059] 转速R=A1·Nm1 + A2·Nm2+ …+ An·Nmn；其中A1至An的系数根据节能函数进行计算，节能函数为An= n+nEH/S，其中E为矿料的杨氏模量，H为矿料的硬度，S为节能系数，根据经验设置，n为A1至An的角标。
[0060] 实施例2：
[0061] 一种执行所述的方法的节能控制系统，其特征在于包括：
[0062] 球磨机、球磨机转速控制器、节能分析模块、音频收集器、进水量控制器和缩分分析器；
[0063] 音频收集器安装于球磨机的球磨筒体的外壁的底部，与球磨机筒体液体耦合，用于收集球磨机球磨筒体内的振动声音信号，并将信号发送给节能分析模块；
[0064] 节能分析模块将音频收集器手机的音频信号进行傅里叶变换，得到音频信号的频谱，并将音频信号的频谱输入频谱‑粒径分析模型，得到球磨机内的各个粒径范围矿料的比例；
[0065] 球磨机转速控制器控制球磨机球磨筒体的转速，进水量控制器用于控制球磨机筒体内的注水量；
[0066] 缩分分析器用于从球磨机内进行取样缩分，并分析缩分样品的粒径分布；
[0067] 节能分析模块根据球磨机内的各个粒径范围矿料的比例控制球磨筒体的转速，从而实现球磨机节能控制。
[0068] 音频收集器仅从球磨机的底部进行取样，且音频收集器与球磨机筒体之间采用液体耦合，不影响球磨机筒体的寿命。
[0069] 设第m次取样n个粒径范围矿料的比例为Nm1：Nm2：…：Nmn；其中Nm1+Nm2+…+Nmn=1；1≤m≤M；
[0070] 频谱‑粒径分析模型的建立方法为：将音频信号的频谱进行降噪和平滑，并将球磨过程取样的第一个和最后一个频谱进行高斯曲线拟合，得到Q1和Qn，其中Q1对应第一个取样的频谱，Qn对应最后一个取样的频谱；
[0071] 然后将第2至M‑1个取样的频谱采用n维高斯曲线拟合，即利用n个高斯曲线拟合每一个频谱曲线；n个高斯曲线中必须包括Q1和Qn，其他曲线表示为Q2至Qn‑1；
[0072] Q2至Qn‑1计算的优化条件为：第 m次取样的频谱Pm与Nm1·Q1+ Nm2·Q2+ …+Nmn·Qn之间的差异为Em，Em的求和最小；
[0073] 这样对于任何一个频谱都可以直接用Q1至Qn的n个高斯函数去拟合，就可以直接根据n个高斯函数的系数直接得到各个粒径范围矿料的比例。
[0074] 节能分析模块控制球磨机转速控制器按照预设模型进行转动，其预设的模型为：
[0075] 转速R=A1·Nm1 + A2·Nm2+ …+ An·Nmn；其中A1至An的系数根据节能函数进行计算，节能函数为An= n+nEH/S，其中E为矿料的杨氏模量，H为矿料的硬度，S为节能系数，根据经验设置，n为A1至An的角标。
[0076] 以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
