CN103203277B - 基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于大型矿山企业设备运行监测技术领域，尤其是涉及一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统及监测方法。基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统，其特征在于包括基于智慧云计算平台上的监测中心，系统管理专网，系统管控专网，系统监控专网，数据采集监测模块，数据采集监测模块包括数据监测中心，数据传输装置，球磨机群监测模块，网络电量计量模块。本发明可实现大型矿山企业多个生产厂矿的球磨机群监测，并在云计算平台支持下，将所有的监测系统在同一平台上运行，能快速实时完成大量数据收存、优化处理、智慧决策、合理调度、全面监视等综合工作。

Description

基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统及监测方法

技术领域

本发明属于大型矿山企业设备运行监测技术领域，尤其是涉及一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统及监测方法。

背景技术

近年来，随着矿山规模的扩大，在开采大规模、低品位矿床时，如何缩短工厂流程配置、提高处理能力，这就对各种磨机规格的大型化、节能和作业率提出了迫切的要求。为了提高大型球磨机的寿命、节约能耗，球磨机的主轴承常采用静压轴承结构。为了使大型球磨机连续无故障作业，需要对球磨机的重要部位，或重要技术参量，如压力、被磨物质粒度、温度、流量、液位、振动和电量等进行实时监测。

现有大型矿山企业对其单台球磨机设备的监测技术多是采用模拟量变送器进行数据采集。1）此种数据采集技术是一个参量对应一套变送器，其采集设备复杂、连线多。当采集距离较远时，又极容易受到干扰，而且费用高，可靠性低。2）采用模拟量变送器进行数据采集，有时只能作指针表显示。个别数据可送入PLC(可编程控制器) 变为数字量处理，其设备费用高，又需专业工程技人员编写复杂的专用程序。3) 采用模拟量变送器进行数据采集和数据处理时，又需配备较多的A/D转换装置和微电脑，其设备费用也是很高的。

现有大型矿山企业对下属所有厂矿的球磨机群的监测系统多是离线的、分布式的。1）此种监测系统分布方式是指每个厂矿均有自己单独的监测工程师站，将本厂矿的球磨机群设备进行集中监控，但企业级没有一个统一的平台能实现对下属所有厂矿球磨机设备的整体监控。2）企业内部各厂矿之间不能实现球磨机设备运行的互相监测，不能实现厂矿之间设备运行关键技术经济指标的实时对标。

发明内容

本发明的目的是针对大型矿山企业球磨机群监测技术的不足提供一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统及监测方法，可实现大型矿山企业多个生产厂矿的球磨机群监测，并在云计算平台支持下，将所有的监测系统在同一平台上运行，这样即省了重复投资的费用，又使得所有的投资均得到充分利用，使得投资不浪费，也可省去基层设备的扩容，能快速实时完成大量数据收存、优化处理、智慧决策、合理调度、全面监视等综合工作。

本发明的目的是通过下述技术方案来实现的：

本发明的基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统，其特征在于包括基于智慧云计算平台上的监测中心，此监测中心下依次设有系统管理专网，系统管控专网，系统监控专网，与所述的系统监控专网相连接的一组数据采集监测模块，所述的数据采集监测模块包括数据监测中心，数据传输装置，球磨机群监测模块，网络电量计量模块，

所述的数据监测中心包括工控机，与此工控机相连接的数据显示屏，

所述的数据传输装置包括电力光纤或GPRS无线通讯，

所述的球磨机群监测模块由一组球磨机单元监测模块所组成，所述的球磨机单元监测模块包括设置在球磨机上的传感器，与此传感器相连接的网络信号采集模块，

所述的网络电量计量模块包括一组网络电量计量装置控制器，分别与此网络电量计量装置控制器相连接的一组用电系统，此一组用电系统由电网供电，所述的网络电量计量装置控制器包括电流传感器CT，电压传感器PT，ASLC—电量测量专用芯片，键盘，LCD显示器，RS485接口，看门狗，报警，时钟电路，DS18B20测温元件，带光隔离的开入，开出信号端，电流源，

所述的网络信号采集模块和所述的网络电量计量模块分别与所述的电力光纤或GPRS无线通讯相连接，所述的电力光纤或GPRS无线通讯与所述的工控机相连接，

所述的球磨机上的传感器包括设在球磨机上的温度传感器，压力传感器，振动传感器，粒度传感器、流量传感器、电量传感器和液位传感器，

所述的网络信号采集模块包括信号接入单元，信号变换单元，隔离放大单元，嵌入式微电脑，所述的嵌入式微电脑与所述的电力光纤或GPRS无线通讯相连接，

所述的信号接入单元包括 “八选一”芯片UIN1、UIN2和UIN3，选通信号QH，D₂、D₁和D₀控制信号，与所述芯片UIN1相连接的输出端A₁，与所述芯片UIN2相连接的输出端A₂，与所述芯片UIN3相连接的输出端A₃，所述的芯片UIN1设有输入端IN11～IN18，所述的芯片UIN2设有输入端IN21～IN28，所述的UIN3设有输入端IN31～IN38，所述的输出端A₁、A₂和A₃与所述的信号变换单元相连接，

所述的信号变换单元包括基准电压源Vout，电阻R1～R11，电子开关S1～S7，锁存器SC，锁存器选通信号BX，阻抗变换器GS1～GS6，可变电阻器W1，D₂、D₁和D₀控制信号，信号变换输出端B1、B2和B3，所述的信号变换输出端B1、B2和B3与所述的隔离放大单元相连接，

所述的隔离放大单元包括隔离单元U₁，可编程增益放大电路，所述的隔离单元U₁包括转换电容C1和C2, 微电子数字单刀双掷开关KC11、KC12、KC21和KC22，选通信号GL，微电子数字开关的控制信号D0, 所述的可编程增益放大电路包括精密集成运算放大器U2，可编程电阻网络U3,增益测量电路U4，所述的可编程电阻网络U3由数字电位器SD1，SD2和SD3所组成，所述的增益测量电路U4包括数字开关K1、K2,标准电压Vb，数字开关的控制信号D1，

所述的嵌入式微电脑包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、存储器、网络接口、USB接口、DS18B20一线总线式数字温度变送器。

一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统的球磨机群监测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

A、在球磨机及球磨机静压轴承上根据不同的监测目标设置一组传感器，包括温度传感器，压力传感器，振动传感器，粒度传感器、流量传感器、电量传感器和液位传感器，用以测量温度，压力，振动，粒度，流量，电量和液位，经传感器得到传感器输出信号；

B、传感器输出信号进入网络信号采集模块，并给入信号接入单元的IN11～IN38信号输入端，同时向信号接入单元输入QH选通信号，D₂、D₁和D₀控制信号，将传感器输出信号变换成标准电压信号Ⅰ经A₁、A₂和A₃端输出，QH选通信号为低电平时为选通状态；

经A₁、A₂和A₃端输出的标准电压信号Ⅰ给入信号变换单元，同时向信号变换单元输入Vout基准电压源，D₂、D₁和D₀控制信号，将标准电压信号Ⅰ变换成标准电压信号Ⅱ经B₁、B₂和B3端输出，实施时选Vout＝2.5V，电压纹波≤0.5％；

为了使信号不受干扰的进行放大，将标准电压信号Ⅱ给入隔离放大单元，同时向隔离放大单元输入GL选通信号，隔离控制信号D₀和D₁，在嵌入式微电脑的选控下，将标准电压信号Ⅱ变换成放大模拟信号，GL选通信号为低电平时为选通状态；放大模拟信号进入嵌入式微电脑进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，数字信号经数字信号处理器DSP处理后可进行存储或传输给电力光纤及GPRS无线通讯；

C、网络电量计量模块采集球磨机及球磨机静压轴承电量，完成多种电量的计量、处理、存储和传输；

D、网络信号采集模块采集到的数据和网络电量计量模块采集到的数据经电力光纤或GPRS无线通讯进入数据采集监测模块的数据监测中心，并给入数据监测中心的工控机，通过与此工控机相连接的数据显示屏显示数据，供调度管理部门调度；

E、将上述所有数据采集监测模块采集到的数据逐级传输给系统监控专网—系统管控专网—系统管理专网—基于智慧云计算平台上的监测中心。

F、基于智慧云计算平台上的监测中心，对采集到的数据进行实时存储，通过与生产工艺流程、设备管理现状、电耗影响因素、故障统计规律相结合对这些数据进行统计分析，实现球磨状态实时监控、球磨生产智慧调配、球磨电量智慧预测和球磨故障智慧预警。

本发明的优点：

（1）本发明采用了多通道、多种传感器直接输入的网络智能数据采集模块化装置，可实现压力、被磨物质粒度、温度、流量、液位、振动、电量和现场运行等状态的实时、全方位、多参量监测，本数据采集模块体积小、使用灵活、操作简便、通用性强、网络智能化，可适用于检测和控制等多种场合，是网络智能数据监测的理想控制系统；

（2）本发明中厂矿内采用了“电力光纤”作为网线，即在电力线中覆设有通讯光导纤维，可规范了网线架线，大大提高了通讯路数和网速，是大型厂矿网络实用技术；

（3）本发明中采用了三网分离的网络安全技术，通过在系统管理专网与系统监控专网之间建设系统管控专网，增强了数据传输的安全性与稳定性；

（4）本发明的基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统，可实现大型多个矿山企业的球磨机群监测，通过将实时数据与生产工艺流程、设备管理现状、电耗影响因素、故障统计规律相结合，实现球磨状态实时监控、球磨生产智慧调配、球磨电量智慧预测、球磨故障智慧预警；

（5）在云计算平台支持下，可省去基层设备的扩容，因云平台能有效的提供设备扩容所需要的服务及终端设备，并且能在基于分钟级的需求响应，能实时完成大量数据收存、优化处理、智慧决策、合理调度、全面监视等综合工作；

（6）本发明技术也可在含有多个子公司的大型企应用。

附图说明

图1为本发明球磨机群监测系统原理图。

图2为本发明数据采集监测模块的原理图。

图3为本发明球磨机系统组成框图。

图4为本发明球磨机结构示意图。

图5为本发明静压轴承液压系统原理图。

图6为本发明网络信号采集模块原理图。

图7为本发明信号接入单元组成图。

图8为本发明信号变换单元组成图。

图9为本发明隔离放大单元组成图。

图10为本发明嵌入式微电脑组成图。

图11为本发明网络电量计量模块原理图。

图12为本发明网络电量计量装置控制器组成图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施方式。

一个大型矿山企业，可能有多个矿山子公司，每个子公司有多台球磨机，或称球磨机群，一台球磨机系统又由球磨机和静压轴承两大部分组成。如图1所示，本发明的一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统，其特征在于包括基于智慧云计算平台上的监测中心，此监测中心下依次设有系统管理专网，系统管控专网，系统监控专网，与所述的系统监控专网相连接的一组数据采集监测模块，如图2所示，所述的数据采集监测模块包括数据监测中心，数据传输装置，球磨机群监测模块，网络电量计量模块，

所述的智慧云计算平台是指有多个下属厂矿的大型企业自建的一种云计算平台，该平台配备有硬件和智能软件系统。所述基于智慧云计算平台上的监测中心下设的系统管理专网，系统管控专网，系统监控专网构成了监测中心与下属所有厂矿检测中心之间实时数据传输的安全、稳定、快速高效通道，该通道通过三网隔离的方式保证了厂矿控制专网的独立性、安全性。

系统管理专网是指大型企业的内部办公局域网。

系统监控专网是指大型企业下属各厂矿内部的控制监控网络，该网络以电力光线为介质、遵循Profibus-DP或Modbus协议。

系统管控专网是为基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统专门搭建的环网，介于系统管理专网与系统监控专网之间起到数据稳定交互、网络安全隔断的作用。

如图2所示，所述的数据监测中心包括工控机，与此工控机相连接的数据显示屏，

所述的数据传输装置包括电力光纤或GPRS无线通讯，

所述的球磨机群监测模块由一组球磨机单元监测模块所组成，所述的球磨机单元监测模块包括设置在球磨机上的传感器，与此传感器相连接的网络信号采集模块，

如图11、12所示，所述的网络电量计量模块包括一组网络电量计量装置控制器，分别与此网络电量计量装置控制器相连接的一组用电系统，此一组用电系统由电网供电，所述的网络电量计量装置控制器包括电流传感器CT，电压传感器PT，ASLC—电量测量专用芯片，键盘，LCD显示器，RS485接口，看门狗，报警，时钟电路，DS18B20测温元件，带光隔离的开入，开出信号端，电流源，

如图2所示，所述的网络信号采集模块和所述的网络电量计量模块分别与所述的电力光纤或GPRS无线通讯相连接，所述的电力光纤或GPRS无线通讯与所述的工控机相连接，

如图3、4和5所示，球磨机群可以包括多个球磨机系统，一个球磨机系统又由球磨机和静压轴承两大部分组成，图3表明了球磨机系统的组成。所述的球磨机上的传感器包括设在球磨机上的温度传感器，压力传感器，振动传感器，粒度传感器、流量传感器、电量传感器和液位传感器。图4和图5分别表明了球磨机的结构和静压轴承液压系统原理。如图4所示电动机8驱动传动齿轮4带动球磨机工作，在球磨机的出料口1和进料口6要进行流量检测；出料口1要进行矿浆粒度检测；出料口静压轴承2、滚筒3、进料口静压轴承5、进料口6、减速机7和电动机8要进行振动和温度检测；如图5所示，四路压力传感器分别与进料端主轴瓦和出料端主轴瓦相连接，可以检测轴瓦供油压力，油箱中要进行油温和液位检测，

如图6所示，所述的网络信号采集模块包括信号接入单元，信号变换单元，隔离放大单元，嵌入式微电脑，所述的嵌入式微电脑与所述的电力光纤或GPRS无线通讯相连接，

如图7所示，所述的信号接入单元包括 “八选一”芯片UIN1、UIN2和UIN3，选通信号QH，D₂、D₁和D₀控制信号，与所述芯片UIN1相连接的输出端A₁，与所述芯片UIN2相连接的输出端A₂，与所述芯片UIN3相连接的输出端A₃，所述的芯片UIN1设有输入端IN11～IN18，所述的芯片UIN2设有输入端IN21～IN28，所述的UIN3设有输入端IN31～IN38，所述的输出端A₁、A₂和A₃与所述的信号变换单元相连接，

如图8所示，所述的信号变换单元包括基准电压源Vout，电阻R1～R11，电子开关S1～S7，锁存器SC，锁存器选通信号BX，阻抗变换器GS1～GS6，可变电阻器W1，D₂、D₁和D₀控制信号，信号变换输出端B1、B2和B3，所述的信号变换输出端B1、B2和B3与所述的隔离放大单元相连接，

如图9所示，所述的隔离放大单元包括隔离单元U₁，可编程增益放大电路，所述的隔离单元U₁包括转换电容C1和C2, 微电子数字单刀双掷开关KC11、KC12、KC21和KC22，选通信号GL，微电子数字开关的控制信号D0, 所述的可编程增益放大电路包括精密集成运算放大器U2，可编程电阻网络U3,增益测量电路U4，所述的可编程电阻网络U3由数字电位器SD1，SD2和SD3所组成，所述的增益测量电路U4包括数字开关K1、K2,标准电压Vb，数字开关的控制信号D1，

如图10所示，所述的嵌入式微电脑包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、存储器、网络接口、USB接口、DS18B20一线总线式数字温度变送器。

一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统的球磨机群监测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

A、在球磨机及球磨机静压轴承上根据不同的监测目标设置一组传感器，包括温度传感器，压力传感器，振动传感器，粒度传感器、流量传感器、电量传感器和液位传感器，用以测量温度，压力，振动，粒度，流量，电量和液位，经传感器得到传感器输出信号；

B、传感器输出信号进入网络信号采集模块，并给入信号接入单元的IN11～IN38信号输入端，同时向信号接入单元输入QH选通信号，D₂、D₁和D₀控制信号，将传感器输出信号变换成标准电压信号Ⅰ经A₁、A₂和A₃端输出，QH选通信号为低电平时为选通状态；

经A₁、A₂和A₃端输出的标准电压信号Ⅰ给入信号变换单元，同时向信号变换单元输入Vout基准电压源，D₂、D₁和D₀控制信号，将标准电压信号Ⅰ变换成标准电压信号Ⅱ经B₁、B₂和B3端输出，实施时选Vout＝2.5V，电压纹波≤0.5％；

为了使信号不受干扰的进行放大，将标准电压信号Ⅱ给入隔离放大单元，同时向隔离放大单元输入GL选通信号，隔离控制信号D₀和D₁，在嵌入式微电脑的选控下，将标准电压信号Ⅱ变换成放大模拟信号，GL选通信号为低电平时为选通状态；放大模拟信号进入嵌入式微电脑进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，数字信号经数字信号处理器DSP处理后可进行存储或传输给电力光纤及GPRS无线通讯；

C、网络电量计量模块采集球磨机及球磨机静压轴承电量，完成多种电量的计量、处理、存储和传输；

D、网络信号采集模块采集到的数据和网络电量计量模块采集到的数据经电力光纤或GPRS无线通讯进入数据采集监测模块的数据监测中心，并给入数据监测中心的工控机，通过与此工控机相连接的数据显示屏显示数据，供调度管理部门调度；

E、将上述所有数据采集监测模块采集到的数据逐级传输给系统监控专网—系统管控专网—系统管理专网—基于智慧云计算平台上的监测中心；

F、基于智慧云计算平台上的监测中心，对采集到的数据进行实时存储，通过与生产工艺流程、设备管理现状、电耗影响因素、故障统计规律相结合对这些数据进行统计分析，实现球磨状态实时监控、球磨生产智慧调配、球磨电量智慧预测和球磨故障智慧预警。

本发明将原有的所有监测平台均移植到云平台上，采用云平台可靠、稳定的运行环境来支持球磨机检测。因系统的底层采用稳定的开源linux系统自主研发的云平台，保障检测系统能够7*24小时稳定运行。

Claims (2)

1.一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统，其特征在于包括基于智慧云计算平台上的监测中心，此监测中心下依次设有系统管理专网，系统管控专网，系统监控专网，与所述的系统监控专网相连接的一组数据采集监测模块，所述的数据采集监测模块包括数据监测中心，数据传输装置，球磨机群监测模块，网络电量计量模块，

所述的数据监测中心包括工控机，与此工控机相连接的数据显示屏，

所述的数据传输装置包括电力光纤或GPRS无线通讯，

所述的球磨机群监测模块由一组球磨机单元监测模块所组成，所述的球磨机单元监测模块包括设置在球磨机上的传感器，与此传感器相连接的网络信号采集模块，

所述的网络电量计量模块包括一组网络电量计量装置控制器，分别与此网络电量计量装置控制器相连接的一组用电系统，此一组用电系统由电网供电，所述的网络电量计量装置控制器包括电流传感器CT，电压传感器PT，ASLC—电量测量专用芯片，键盘，LCD显示器，RS485接口，看门狗，报警，时钟电路，DS18B20测温元件，带光隔离的开入，开出信号端，电流源，

所述的网络信号采集模块和所述的网络电量计量模块分别与所述的电力光纤或GPRS无线通讯相连接，所述的电力光纤或GPRS无线通讯与所述的工控机相连接，

所述的球磨机上的传感器包括设在球磨机上的温度传感器，压力传感器，振动传感器，粒度传感器、流量传感器、电量传感器和液位传感器，

所述的网络信号采集模块包括信号接入单元，信号变换单元，隔离放大单元，嵌入式微电脑，所述的嵌入式微电脑与所述的电力光纤或GPRS无线通讯相连接，

所述的信号接入单元包括 “八选一”芯片UIN1、UIN2和UIN3，选通信号QH，D₂、D₁和D₀控制信号，与所述芯片UIN1相连接的输出端A₁，与所述芯片UIN2相连接的输出端A₂，与所述芯片UIN3相连接的输出端A₃，所述的芯片UIN1设有输入端IN11～IN18，所述的芯片UIN2设有输入端IN21～IN28，所述的UIN3设有输入端IN31～IN38，所述的输出端A₁、A₂和A₃与所述的信号变换单元相连接，

所述的信号变换单元包括基准电压源Vout，电阻R1～R11，电子开关S1～S7，锁存器SC，锁存器选通信号BX，阻抗变换器GS1～GS6，可变电阻器W1，D₂、D₁和D₀控制信号，信号变换输出端B1、B2和B3，所述的信号变换输出端B1、B2和B3与所述的隔离放大单元相连接，

所述的隔离放大单元包括隔离单元U₁，可编程增益放大电路，所述的隔离单元U₁包括转换电容C1和C2, 微电子数字单刀双掷开关KC11、KC12、KC21和KC22，选通信号GL，微电子数字开关的控制信号D0, 所述的可编程增益放大电路包括精密集成运算放大器U2，可编程电阻网络U3,增益测量电路U4，所述的可编程电阻网络U3由数字电位器SD1，SD2和SD3所组成，所述的增益测量电路U4包括数字开关K1、K2,标准电压Vb，数字开关的控制信号D1，

所述的嵌入式微电脑包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、存储器、网络接口、USB接口、DS18B20一线总线式数字温度变送器。

2.一种基于智慧云计算平台的球磨机群监测系统的球磨机群监测方法，其特征在于：它包括如下步骤：

A、在球磨机及球磨机静压轴承上根据不同的监测目标设置一组传感器，包括温度传感器，压力传感器，振动传感器，粒度传感器、流量传感器、电量传感器和液位传感器，用以测量温度，压力，振动，粒度，流量，电量和液位，经传感器得到传感器输出信号；

B、传感器输出信号进入网络信号采集模块，并给入信号接入单元的IN11～IN38信号输入端，同时向信号接入单元输入QH选通信号，D₂、D₁和D₀控制信号，将传感器输出信号变换成标准电压信号Ⅰ经A₁、A₂和A₃端输出，QH选通信号为低电平时为选通状态；

经A₁、A₂和A₃端输出的标准电压信号Ⅰ给入信号变换单元，同时向信号变换单元输入Vout基准电压源，D₂、D₁和D₀控制信号，将标准电压信号Ⅰ变换成标准电压信号Ⅱ经B₁、B₂和B3端输出，实施时选Vout＝2.5V，电压纹波≤0.5％；

为了使信号不受干扰的进行放大，将标准电压信号Ⅱ给入隔离放大单元，同时向隔离放大单元输入GL选通信号，隔离控制信号D₀和D₁，在嵌入式微电脑的选控下，将标准电压信号Ⅱ变换成放大模拟信号，GL选通信号为低电平时为选通状态；放大模拟信号进入嵌入式微电脑进行A/D转换，将模拟信号转换成数字信号，数字信号经数字信号处理器DSP处理后可进行存储或传输给电力光纤及GPRS无线通讯；

C、网络电量计量模块采集球磨机及球磨机静压轴承电量，完成多种电量的计量、处理、存储和传输；

D、网络信号采集模块采集到的数据和网络电量计量模块采集到的数据经电力光纤或GPRS无线通讯进入数据采集监测模块的数据监测中心，并给入数据监测中心的工控机，通过与此工控机相连接的数据显示屏显示数据，供调度管理部门调度；

E、将上述数据采集监测模块采集到的数据逐级传输给系统监控专网—系统管控专网—系统管理专网—基于智慧云计算平台上的监测中心；

F、基于智慧云计算平台上的监测中心，对采集到的数据进行实时存储，通过与生产工艺流程、设备管理现状、电耗影响因素、故障统计规律相结合对这些数据进行统计分析，实现球磨状态实时监控、球磨生产智慧调配、球磨电量智慧预测和球磨故障智慧预警。