一种煤泥浮选机泡沫层状态实时监测的系统及方法与流程

本专利申请属于煤泥浮选技术领域，更具体地说，是涉及一种煤泥浮选机泡沫层状态实时监测的系统及方法。

背景技术：

目前，选煤行业对设备单机自动控制程度的要求不断提高，而控制指标准确的实时在线测定则是实现良好自动控制的前提。对于浮选，其控制指标主要为浮选精矿的产率及灰分。其中，浮选精矿的产率可通过测量浮选入料及尾矿的流量和浓度间接得出，且常用的流量计、浓度计可实现准确的在线测定；因此，浮选精矿产率这一控制指标的在线测定依靠目前技术已无问题。而对于煤泥浮选精矿灰分，目前尚无准确的在线测定方法，但因浮选设备的泡沫层状态可间接、较准确地反映浮选精矿的灰分，故目前对于浮选精矿灰分的在线监测通常以观测泡沫层状态的方式进行。

浮选泡沫层状态主要以“沫层虚、实”表征。“沫层虚、实”是指精矿泡沫中气体与固体的体积比，比例越大，沫层越“虚”；反之，沫层过“实”；判断方法包括主要为“目测”“声测”和“触测”，即是眼看、耳听和手摸。例如：泡沫状态合适时浮选机刮泡量大且密度较高，落于浮选机精矿槽中发出“啪”“啪”声，且声音较大、落到手里感觉较重，一般精矿灰分适宜；气泡发“虚”时，气泡内含气率高，泡沫密度低，落于浮选槽内发出“噗”“噗”声，落到手里感觉较轻，一般精矿灰分偏高；气泡过“实”时，气泡流动性差，浮选机二室较一室泡沫刮出量高，一般不符合浮选过程规律。经验丰富的浮选机司机可准确地判断浮选精矿的沫层状态，但是人为判断仍存在诸多弊端——①经验不同，对同样泡沫层状态的判断不同；②无法实时监测泡沫层状态波动，对应对生产系统波动不利。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种煤泥浮选机泡沫层状态实时监测的系统及方法，用以实时监测煤泥浮选机泡沫层状态，并将之图形化、数字化，从而减少人为因素对泡沫层状态判断产生的偏差，同时，本发明采用数据库将泡沫层状态与浮选精矿灰分相对应，可一定程度上实时给出浮选精矿灰分，进一步为浮选过程自动控制提供依据。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：

一种煤泥浮选机泡沫层状态实时监测的系统，是通过以“机器触觉”和“机器听觉”替代人类触觉和听觉的方式实现的，包括振动检测处理系统、声音检测处理系统、工控机，振动检测处理系统包括相互连接的振动传感器和振动分析仪，声音检测处理系统包括依次连接的声音传感器、音频校准器、中继器、声音分析仪，振动分析仪和声音分析仪均与工控机连接，振动分析仪和音频分析仪安装于生产现场或浮选岗位值班室内，工控机安装于集控室内。

本发明技术方案的进一步改进在于：振动传感器包括泡沫跌落振动传感器，其采用工业胶粘附安装于与浮选机各槽对应的精矿溜槽的底部，用以检测浮选精矿泡沫跌落产生的振动，进而反映浮选机各室的泡沫刮出量及其逐室的变化情况，泡沫跌落振动传感器的数量与浮选机槽数相对应；振动传感器还包括环境振动传感器，其采用工业胶粘附安装于精矿溜槽的支腿上，用以检测生产系统的环境振动，以便在分析仪处理信号时消除环境振动的干扰，数量为至少1个。泡沫跌落振动传感器和环境振动传感器均与振动分析仪连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：声音传感器，包括泡沫跌落声音传感器，采用钻孔、螺纹或攻丝安装于与浮选机各槽对应的精矿溜槽的侧帮，并距精矿溜槽底部约300mm~500mm，用以检测刮出的泡沫跌落至精矿溜槽底部时发出的撞击声音，进而反映浮选机各室刮出的泡沫的“虚、实”及灰分，泡沫跌落声音传感器的数量与浮选机的槽数相对应；声音传感器还包括环境声音传感器，其采用钻孔、螺纹或攻丝安装于浮选机所在位置一侧的5m~8m内的墙上或支架上（也就是可检测除泡沫跌落发出声音外的生产系统处），用以检测除泡沫跌落发出声音外的生产系统自身噪声，以便在分析仪处理信号时消除环境声音的干扰，数量为至少1个。泡沫跌落声音传感器和环境噪声声音传感器均依次通过音频校准器、中继器从而与音频分析仪连接。

本发明技术方案的进一步改进在于：泡沫跌落振动传感器和环境振动传感器均为压电式振动传感器；泡沫跌落声音传感器和环境噪声声音传感器均为麦克风；振动分析仪型号为zx800d-8t，声音分析仪型号为apx585，振动分析仪、声音分析仪均安装于生产现场或浮选岗位值班室内，工控机安装于集控室内。

本发明技术方案的进一步改进在于：泡沫振动传感器和环境振动传感器通过信号电缆与振动分析仪连接,泡沫跌落声音传感器和环境噪声声音传感器通过信号电缆与音频分析仪相应连接，振动分析仪和声音分析仪均通过网线与工控机连接。振动分析仪和音频分析仪检测到的振动和声音信号经滤波、整形处理后，通过网线上传至工控机。

本发明技术方案的进一步改进在于：泡沫跌落振动传感器和环境振动传感器均采用工业胶粘附安装于浮选机精矿溜槽底部和支腿，泡沫跌落声音传感器和环境噪声声音传感器采用钻孔、螺纹或攻丝方式安装于浮选机精矿溜槽侧帮和可检测除泡沫跌落发出声音外的生产系统处；在泡沫跌落声音传感器上还设有声音传感器护罩。

一种煤泥浮选机泡沫层状态实时监测的方法，利用了上述的系统，该方法为：利用了上述的系统，该方法为：振动检测处理系统、声音检测处理系统连续获取煤泥浮选机精矿溜槽内的泡沫跌落振动信号和泡沫跌落声音信号，并对上述振动信号、声音信号进行滤波、整形的预处理后于工控机上显示相应的谱图数据及谱图特征数据，同时以人工快灰采样时间为基础，将间断获取的浮选精矿人工快灰数据、人工测定的浮选机各槽泡沫刮出量比例与同时刻的谱图数据相对应，建立数据库；

工作时，工控机自动于当前时间一段时间内（如8小时内）的数据库中查询与谱图特征数据对应的各槽精矿灰分及各槽泡沫刮出量的比例，并通过加权计算得出单台浮选机的总精矿灰分予以显示；同时，在实测谱图数据持续超过标定范围时，系统自动提示浮选过程泡沫层状态异常。

本发明技术方案的进一步改进在于：具体包括以下步骤：

（1）数据采集

煤泥浮选机生产稳定后，依靠泡沫跌落振动传感器、环境振动传感器和泡沫跌落声音传感器、环境噪声声音传感器采集相应的振动信号和声音信号，然后通过信号电缆将之传至振动分析仪、声音分析仪；

（2）数据处理

将环境振动传感器、环境噪声声音传感器检测到的信号作为背景，利用振动分析仪、声音分析仪对生产中通过泡沫跌落振动传感器和泡沫跌落声音传感器检测到的振动信号、声音信号进行滤波，并对波形进行整形，而后上传至工控机，显示相应的振动谱图、声音谱图及谱图特征数据；

（3）数据库建立

数据库的条目包含系统采样时间，振动谱图特征数据、声音谱图特征数据和人工快灰数据、人工各室精矿重量比例，其中系统采样时间为提取谱图数据时间，振动谱图特征数据为从振动谱图中获得的振幅和加速度，声音谱图特征数据为从声音谱图中获得的音频和音量；

振动谱图、声音谱图均使用时域谱图，并以每个时域周期的起始值作为谱图特征数据，振动谱图特征数据以加速度为主，用以反映并表示各槽刮出泡沫的重量；声音谱图特征数据以音频为主，用以反映各槽刮出的泡沫灰分；系统工作时，人工将某一时刻采制的人工快灰数据、人工各室精矿重量比例输入工控机，而后系统自动将灰分数据、精矿重量数据与同时刻检测的谱图数据相对应，建立数据库；

（4）给出精矿泡沫灰分

工作时，工控机自动于当前时间一段时间内（如8小时内）的数据库中查询与谱图特征数据对应的各槽精矿灰分及各槽泡沫刮出量的比例，并通过加权计算得出单台浮选机的总精矿灰分并予以显示；

（5）泡沫层状态判断及提示

浮选专业人员对浮选设备调试完成后，会得到一个相对较好的泡沫层状态，包括各室的虚、实情况及各槽泡沫刮出量的比例，将此时谱图特征数据作为浮选生产状态调控的目标值，并给定一个较小的波动范围（一般为振幅、音频基准值的±10%，用以保证泡沫刮出量及刮出的泡沫灰分不致差异过大），此过程是将浮选专业人员的判断数据化的过程，依据为专业人员的经验及现场检测的泡沫灰分数据；生产时如检测的谱图特征数据连续30min超出此范围，则在工控机的监视器上显示浮选泡沫层状态异常，提示浮选机岗位司机调整或给出调整信号至浮选过程（自动）控制系统；如在范围内，则设备显示机器自行判断浮选泡沫灰分。

本发明技术方案的进一步改进在于：对振动信号、声音信号进行预处理是指进行滤波和整形处理；在泡沫层状态判断及提示中，波动范围的取值为振幅、音频基准值的±10%。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的有益效果是：本发明的目的是通过以“机器触觉”和“机器听觉”替代人类触觉和听觉的方式实现的，可实时监测煤泥浮选机泡沫层状态，并将之图形化、数字化，从而减少人为因素对泡沫层状态判断产生的偏差，同时，本发明采用数据库将泡沫层状态与浮选精矿灰分相对应，可一定程度上实时给出浮选精矿灰分，进一步为浮选过程（自动）控制提供依据；且监测系统实时工作、远程显示，可有效避免因司机责任心（不能及时应对生产系统波动）引起的浮选效果波动，配合浮选设备的监视系统可明显改善司机工作环境。

附图说明

图1为本发明的系统硬件构成图；

图2为声音传感器护罩的结构简图；

图3为本发明的工作流程图；

图4为本发明采集的不同状态泡沫层的振动谱图；

图5本发明采集的不同状态泡沫层的声音谱图；

其中：1、浮选机；2、精矿溜槽；31-34、与浮选机1~4室精矿溜槽对应的泡沫跌落振动传感器，35、环境振动传感器；41-44、与浮选机1~4室精矿溜槽对应的泡沫跌落声音传感器，45、环境噪声声音传感器；5、振动分析仪；6、声音分析仪；7、工控机；8、声音传感器护罩。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

本发明公开了一种煤泥浮选机泡沫层状态实时监测的系统，由振动检测处理系统、声音检测处理系统、工控机7构成；振动检测处理系统包括相互连接的振动传感器和振动分析仪5，声音检测处理系统包括依次连接的声音传感器、音频校准器、中继器、声音分析仪6，同时还在声音传感器上安装声音传感器护罩8，声音传感器护罩8为3mm厚钢板制作，包括相连接的一个斜板和一个竖板，竖板底部距精矿溜槽2的底部300-500mm、且竖板距离精矿溜槽2的侧壁75-100mm。

振动传感器包括泡沫跌落振动传感器，其采用工业胶粘附安装于与浮选机1各槽对应的精矿溜槽2的底部，用以检测浮选精矿泡沫跌落产生的振动，进而反映浮选机1各室的泡沫刮出量及其逐室的变化情况，泡沫跌落振动传感器的数量与浮选机1槽数相对应，分别编号为31-34；振动传感器还包括环境振动传感器35，其采用工业胶粘附安装于精矿溜槽2的支腿上，用以检测生产系统的环境振动，以便在分析仪处理信号时消除环境振动的干扰，数量为1个以上，比如1个、3个等，编号为35。泡沫跌落振动传感器和环境振动传感器35均与振动分析仪5连接。

声音传感器，包括泡沫跌落声音传感器，其采用钻孔或螺纹或攻丝安装于与浮选机1各槽对应的精矿溜槽2的侧帮，并距精矿溜槽2底部约300mm~500mm，用以检测刮出的泡沫跌落至精矿溜槽2底部时发出的撞击声音，进而反映浮选机1各室刮出的泡沫的“虚、实”及灰分，泡沫跌落声音传感器的数量与浮选机1的槽数相对应，分别编号为41-44；声音传感器4还包括环境噪声声音传感器45，其安装于浮选机所在位置一侧的5m~8m内，用以检测除泡沫跌落发出声音外的生产系统自身噪声，以便在分析仪处理信号时消除环境声音的干扰，数量为1个，编号为45。泡沫跌落声音传感器41-44和环境噪声声音传感器45均依次通过音频校准器、中继器从而与音频分析仪6连接。

泡沫跌落振动传感器31-34和环境振动传感器35均为压电式振动传感器；泡沫跌落声音传感器41-44和环境噪声声音传感器45均为麦克风。

振动分析仪5型号为zx800d-8t，声音分析仪6型号为zxzx585；二者安装于生产现场或浮选岗位值班室内。工控机7安装于集控室内。

泡沫跌落振动传感器31-34和环境振动传感器35通过信号电缆与振动分析仪5连接；泡沫跌落声音传感器41-44和环境噪声声音传感器45通过信号电缆与声音分析仪6连接；检测到的振动和声音信号经振动分析仪5和声音分析仪6滤波、整形处理后，通过网线上传至工控机7。

特别地，因泡沫跌落声音传感器41-44位于精矿溜槽2的内部，为防止其溅水损坏，故设置了声音传感器护罩8，其数量与泡沫跌落声音传感器数量相同。

一种煤泥浮选机泡沫层状态实时监测的方法，利用了上述的系统，过程为：

振动检测处理系统、声音检测处理系统连续获取煤泥浮选机精矿溜槽内的泡沫跌落振动和泡沫跌落声音，并对振动信号、声音信号进行滤波、整形后于工控机上显示相应的谱图及谱图特征数据，同时以人工快灰采样时间为基础，将间断获取的浮选精矿人工快灰数据、人工测定的浮选机各槽泡沫刮出量比例与同时刻的谱图数据相对应，建立数据库；

工作时，工控机7自动于当前时间一段时间内（如8小时内）的数据库中查询与谱图特征数据对应的各槽精矿灰分及各槽泡沫刮出量的比例，并通过加权计算得出单台浮选机的总精矿灰分予以显示；同时，在实测谱图数据持续超过标定范围时，系统自动提示浮选过程泡沫层状态异常。

该方法具体包括以下步骤：

（1）数据采集

煤泥浮选机生产稳定后，依靠泡沫跌落振动传感器31-34、环境振动传感器35和泡沫跌落声音传感器41-44、环境噪声声音传感器45采集相应的振动和声音信号，然后通过信号电缆将之传至振动分析仪5、声音分析仪6；

（2）数据处理

将环境振动传感器35、环境噪声声音传感器45检测到的信号作为背景，利用振动分析仪5、声音分析仪6对生产中通过泡沫跌落振动传感器31-34和泡沫跌落声音传感器41-44检测到的振动信号、声音信号进行滤波，并对波形进行整形，而后上传至工控机7，显示相应的振动谱图、声音谱图及谱图特征数据；

（3）数据库建立

数据库的条目包含系统采样时间，振动谱图特征数据、声音谱图特征数据和人工快灰数据、人工各室精矿重量比例，其中系统采样时间为提取谱图数据时间，振动谱图特征数据为从振动谱图中获得的振幅和加速度，声音谱图特征数据为从声音谱图中获得的音频和音量；

振动谱图、声音谱图均使用时域谱图，并以每个时域周期的起始值作为谱图特征数据，振动谱图特征数据以加速度为主，用以反映并表示各槽刮出泡沫的重量；声音谱图特征数据以音频为主，用以反映各槽刮出的泡沫灰分；系统工作时，人工将某一时刻采制的人工快灰数据、人工各室精矿重量比例输入工控机7，而后系统自动将灰分数据、精矿重量数据与同时刻检测的谱图数据相对应，建立数据库；

（4）给出精矿泡沫灰分

工作时，工控机7自动于当前时间一段时间内（如8小时内）的数据库中查询与谱图特征数据对应的各槽精矿灰分及各槽泡沫刮出量的比例，并通过加权计算得出单台浮选机的总精矿灰分予以显示；

（5）泡沫层状态判断及提示

浮选专业人员对浮选设备调试完成后，会得到一个较好的泡沫层状态，包括各室的“虚、实”及各槽泡沫刮出量的比例，将此时谱图特征数据作为浮选生产状态调控的目标值，并给定一个较小的波动范围（一般为振幅、音频基准值的±10%，用以保证泡沫刮出量及刮出的泡沫灰分不致差异过大），此过程是将浮选专业人员的判断数据化的过程，依据为专业人员的经验及现场检测的泡沫灰分数据；生产时如检测的谱图特征数据连续30min超出此范围，则在工控机7的监视器上显示浮选泡沫层状态异常，提示浮选机岗位司机调整或给出调整信号至浮选过程（自动）控制系统；如在范围内，则显示机器自行判断浮选泡沫灰分。

图4、图5分别为该实施例中浮选机第1槽不同泡沫层状态下的振动谱图及声音谱图，说明如下。

图4中，11线条为合适状态，22线条、33线条均为非适宜；11线条——泡沫密度高，刮出泡沫体积大、重量大，体现为精矿溜槽底部受力大，振动加速度大；22线条——泡沫过实，密度较高，但泡沫流动性差，刮出泡沫体积少、重量低；33线条——泡沫虚：泡沫含气量高、密度低，刮出体积大，但重量小。

图5中，线条1表示合适状态：刮出泡沫含气量低、密度高，刮出泡沫重量大，体现为泡沫跌落至精矿溜槽时发出声音较大，音频稍高，且泡沫跌落至精矿溜槽后泡沫消泡很快，采集到的跌落声音杂音少；线条2表示泡沫虚：刮出体积大但泡沫含气量高、密度低，泡沫刮出重量小，体现为泡沫跌落至精矿溜槽时发出声音小，音频也稍低，且泡沫跌落至精矿溜槽后泡沫消泡慢，采集到的跌落声音杂音多。

本发明的目的是通过以“机器触觉”和“机器听觉”替代人类触觉和听觉的方式实现的，可实时监测煤泥浮选机泡沫层状态，并将之图形化、数字化，从而减少人为因素对泡沫层状态判断产生的偏差，同时，本发明采用数据库将泡沫层状态与浮选精矿灰分相对应，可一定程度上实时给出浮选精矿灰分，进一步为浮选过程（自动）控制提供依据；且监测系统实时工作、远程显示，可有效避免因司机责任心（不能及时应对生产系统波动）引起的浮选效果波动，配合浮选设备的监视系统可明显改善司机工作环境。