一种立磨和环辊磨的监控方法及系统与流程

1.本发明属于磨具监控技术领域，具体为一种立磨和环辊磨的监控方法及系统。


背景技术：

2.立式辊磨简称“立磨”；作为干法粉磨系统的核心设备，与输送、收尘(成品收集)、供风、供热等辅助系统构成了粉磨系统(生产线)，对物料的加工过程连续且不可逆，由于单位时间物料处理量大，其工作状态和效率对生产起了决定性作用；环辊磨为一种非金属矿类的粉碎机，工作原理为物料经加料机送入磨机腔内，物料在离心力的作用下散向圆周边，并落入磨环的滚道内被环辊磨冲压、滚碾、研磨而粉碎，物料经粉碎后由甩盘甩出高压离心风机抽入分级机，分级的粗颗粒物料回落重磨，细粉则随气流进入布袋除尘器收集、气固分离，物料从卸料阀排出即为成品。立磨和环辊磨在使用过程中，需要对其进行状态监测，避免其出现故障意外。
3.但是常见的监控方法多采用人工监测，从而使得监测的参数不够全面，同时也由于人工监测，多存在疏漏，从而造成了安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于：为了解决上述提出的问题，提供一种立磨和环辊磨的监控方法及系统。
5.本发明采用的技术方案如下：一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，包括电源供电模块、数据采集模块、数据传输模块、数据处理模块、处理器模块、数据显示模块、报警模块、振动信号采集模块、电流采集模块和温度采集模块，所述电源供电模块的输出端连接有所述数据采集模块的输入端，所述数据采集模块的输出端连接有所述数据传输模块的输入端，所述数据传输模块的输出端连接有所述数据处理模块的输入端，所述数据处理模块的输出端连接有所述处理器模块的输入端，所述处理器模块的输出端连接有所述数据显示模块的输入端，所述数据显示模块的输出端连接有所述报警模块的输入端。
6.在一优选的实施方式中，所述数据采集模块的内部设置有振动信号采集模块、电流采集模块和温度采集模块，所述振动信号采集模块、电流采集模块和温度采集模块的整体输出端连接有所述数据采集模块的输入端。
7.在一优选的实施方式中，所述振动信号采集模块采用电流输出型传感器对立式磨滚动轴承及其他振动信号进行采集，所述振动信号采集模块包括流压转换、去噪、电压放大三个环节，流压转换通过rcv420高精度电流环接收器实现，可以准确将4～20ma的电流转换成0～5v的电压信号，然后使用压控电压源二阶低通滤波电路滤除相应的高频噪声，最后通过同相电压放大电路，将电路电压调节到0～3.3v，符合stm32自带的adc的输入电压要求。
8.在一优选的实施方式中，所述电流采集模块采用电压跟随器进行连接，以降低前级电路的输出阻抗，增加后级电路的输入阻抗，增强电路的抗干扰能力，最后将电压跟随器输出的电压信号进行线性分压得到stm32自带adc可以识别的电压信号，从而实现信号的采
集。
9.在一优选的实施方式中，所述温度采集模块采集的温度信号有轴瓦温度、前后轴温度、绕组24个温度值；如果使用模拟信号传感器，则至少需要占用24个i/o口，对中央处理器的i/o口资源造成了极大的浪费；本文采用ds18b20采集温度值，该传感器测量值以串行数字信号输出，且单线可挂载最多8个测温点，大大减少了i/o口资源的开销；
10.s18b20是一种数字式小体积、高精度的温度传感器，且具有较低硬件开销，较强的抗干扰能力优点；其工作电压3v～5.5v超低功耗，静态功耗小于3ua，测温范围-55℃～+125℃，支持单线挂载多个传感器，且最多达8个，可以在无任何辅助元件的情况下实现多点测温，其测量值以9～12位数字量进行打包，并通过串行方式传送，且该型温度传感器封装类型丰富可满足绝大多数的应用场合；因此，本文采用ds18b20并联的方式减少i/o开销，24个测温点分成3组，每一组8个；每一个ds18b20都有一个独特的64位“身份证号”，即64位光刻rom，前1～8位为类型编码，9～56位为每个传感器唯一序列号，最后8位为循环冗余校验码；
11.所述温度采集模块采集时首先主机对挂载在一条线上的所有ds18b20温度传感器进行初始化，然后依次发送跳过rom指令[cch]，变换温度指令[44h]，如此，就可以实现对所有的温度传感器的温度转换，待1s时间就可以逐个读取温度传感器的温度值；读取步骤如下：首先，对读取传感器个数进行设置，其次，发出匹配rom指令[55h]和所需要读取的温度传感器的rom值，逐一读出所需的温度值；这种先跳过rom指令，先统一转换温度，最后进行逐一读取的方法，可以极大的减少温度读取时间，并且挂载的温度传感器越多，那么这种省时的效应越明显。
[0012]
在一优选的实施方式中，所述数据传输模块运用的是gprs通信功能，所述数据传输模块与服务器通讯的建立包括了通讯模块初始化和internet连接两个部分组成；sim900a芯片的初始化包括主控芯片与通讯模块建立连接，设置通讯模块波特率，注册sim卡网络，通讯模块初始化完毕后，开始建立gprs通讯模块与服务器的通讯，先判断sim卡是否注册成功，注册成功后再接入移动网关，设置pdp方式为ip，接入点为cmnet，最后设置数据库服务器的ip地址和端口，最终建立连接。
[0013]
在一优选的实施方式中，所述数据处理模块的处理手段是缺值插补和基于时序的跳变数据处理；缺值是因为传感器或者网络原因造成数据缺失，少量的数据缺失插补方法很多，如线性插值，就有很好的适应性，对数据趋势影响较小；因为生产或者设备故障造成的大范围数据缺失，应该重新选择采样起点来构建数据序列；数据跳变是由于传感器偶发故障或者信号干扰造成的，此时的数据大幅度偏离波动范围且不连续，通过时域滤波处理有效去除数据突变，计算精度与效率和实用性符合立磨粉磨生产工况需求。
[0014]
在一优选的实施方式中，所述处理器模块选用以cortex-m3为内核，由意法半导体公司st推出的高性能微处理器stm32f103rct6，该芯片为32位处理器，相对于其他单片机，cortex-m3的内核的优点就是：低功耗、高性能、易扩展；stm32f103rct6具有丰富的内存资源及采集系统所需的定时器、dma、spi、adc、51个通用i/o口重要的外设资源；该芯片主频达到72mhz，i/o口翻转速度可达18mhz，每个adc采样频率高达1mhz。
[0015]
在一优选的实施方式中，所述数据显示模块使用型号为tpc1061ti的昆仑通态mcgs触摸显示屏作为显示设备；根据立式磨远程监控与故障诊断系统的功能分配，该触摸屏主要有现场数据实时显示、数据历史查询及故障报警功能；根据功能将其分为登陆窗口、
数据实时显示窗口、历史数据查询窗口及预警详情信息窗口；立式磨数据采集系统触摸屏登陆窗口包括用户名、密码及输入键盘；数据显示窗口包括主要数据的实时显示、历史查询按钮、故障详情按钮；报警详情显示了各个检测的参数是否在安全的范围内，如果超出了安全范围则发生报警。
[0016]
在一优选的实施方式中，所述报警模块将采集到的数据经过中央处理器的计算处理后，与预设的安全范围进行比对，若发现超出了预设值，则进行蜂鸣器和警示灯报警，并在屏幕中显示相应的详情；所述报警模块在使用时stm32控制信号通过基极电阻r59控制三极管q4的基极，当控制器输出高电平，则q4处于导通状态，即相当于led1一端与r57相连，一端接地，led1获得足够的电压发出报警灯光；当蜂鸣器报警信号为高电平的时候，三极管q3处于饱和状态而导通，蜂鸣器开始报警；其中r58为q3的基极电阻，r60为泄流电阻，主要作用为防止外界电磁干扰的情况下，误触发蜂鸣器报警。
[0017]
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
[0018]
1、本发明中，数据采集模块内部的各个模块对立磨和环辊磨运行过程中的各项数据进行采集，从而使得立磨和环辊磨在使用过程中，各项参数数据可以很好的被采集，从而使得整个使用过程，数据可以及时被记录，从而为后续发生故障时的诊断提供了数据支撑，从而提高了整个系统在使用过程中的数据全面性。
[0019]
2、本发明中，报警模块内部设置了声光报警模块，当监测到的数据与预设的安全范围进行比对，若发现超出了预设值，则进行蜂鸣器和警示灯报警，并在屏幕中显示相应的详情，从而方便整个系统及时对故障进行报警提示，避免了故障通报不及时引发的故障，提高了整个系统在使用过程中的安全可靠性。
附图说明
[0020]
图1为本发明的整体系统框图；
[0021]
图2为本发明中数据采集模块系统框图。
[0022]
图中标记：1-电源供电模块、2-数据采集模块、3-数据传输模块、4-数据处理模块、5-处理器模块、6-数据显示模块、7-报警模块、8-振动信号采集模块、9-电流采集模块、10-温度采集模块。
具体实施方式
[0023]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0024]
参照图1-2，
[0025]
实施例：
[0026]
一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，包括电源供电模块1、数据采集模块2、数据传输模块3、数据处理模块4、处理器模块5、数据显示模块6、报警模块7、振动信号采集模块8、电流采集模块9和温度采集模块10，电源供电模块1的输出端连接有数据采集模块2的输入端，数据采集模块2的输出端连接有数据传输模块3的输入端，数据传输模块3的输出端连接有数据处理模块4的输入端，数据处理模块4的输出端连接有处理器模块5的输入端，处理
器模块5的输出端连接有数据显示模块6的输入端，数据显示模块6的输出端连接有报警模块7的输入端。
[0027]
数据采集模块2的内部设置有振动信号采集模块8、电流采集模块9和温度采集模块10，振动信号采集模块8、电流采集模块9和温度采集模块10的整体输出端连接有数据采集模块2的输入端。
[0028]
振动信号采集模块8采用电流输出型传感器对立式磨滚动轴承及其他振动信号进行采集，振动信号采集模块8包括流压转换、去噪、电压放大三个环节，流压转换通过rcv420高精度电流环接收器实现，可以准确将4～20ma的电流转换成0～5v的电压信号，然后使用压控电压源二阶低通滤波电路滤除相应的高频噪声，最后通过同相电压放大电路，将电路电压调节到0～3.3v，符合stm32自带的adc的输入电压要求。
[0029]
电流采集模块9采用电压跟随器进行连接，以降低前级电路的输出阻抗，增加后级电路的输入阻抗，增强电路的抗干扰能力，最后将电压跟随器输出的电压信号进行线性分压得到stm32自带adc可以识别的电压信号，从而实现信号的采集。
[0030]
温度采集模块10采集的温度信号有轴瓦温度、前后轴温度、绕组24个温度值；如果使用模拟信号传感器，则至少需要占用24个i/o口，对中央处理器的i/o口资源造成了极大的浪费；本文采用ds18b20采集温度值，该传感器测量值以串行数字信号输出，且单线可挂载最多8个测温点，大大减少了i/o口资源的开销；
[0031]
s18b20是一种数字式小体积、高精度的温度传感器，且具有较低硬件开销，较强的抗干扰能力优点；其工作电压3v～5.5v超低功耗，静态功耗小于3ua，测温范围-55℃～+125℃，支持单线挂载多个传感器，且最多达8个，可以在无任何辅助元件的情况下实现多点测温，其测量值以9～12位数字量进行打包，并通过串行方式传送，且该型温度传感器封装类型丰富可满足绝大多数的应用场合；因此，本文采用ds18b20并联的方式减少i/o开销，24个测温点分成3组，每一组8个；每一个ds18b20都有一个独特的64位“身份证号”，即64位光刻rom，前1～8位为类型编码，9～56位为每个传感器唯一序列号，最后8位为循环冗余校验码；
[0032]
温度采集模块10采集时首先主机对挂载在一条线上的所有ds18b20温度传感器进行初始化，然后依次发送跳过rom指令[cch]，变换温度指令[44h]，如此，就可以实现对所有的温度传感器的温度转换，待1s时间就可以逐个读取温度传感器的温度值；读取步骤如下：首先，对读取传感器个数进行设置，其次，发出匹配rom指令[55h]和所需要读取的温度传感器的rom值，逐一读出所需的温度值；这种先跳过rom指令，先统一转换温度，最后进行逐一读取的方法，可以极大的减少温度读取时间，并且挂载的温度传感器越多，那么这种省时的效应越明显。
[0033]
数据传输模块3运用的是gprs通信功能，数据传输模块3与服务器通讯的建立包括了通讯模块初始化和internet连接两个部分组成；sim900a芯片的初始化包括主控芯片与通讯模块建立连接，设置通讯模块波特率，注册sim卡网络，通讯模块初始化完毕后，开始建立gprs通讯模块与服务器的通讯，先判断sim卡是否注册成功，注册成功后再接入移动网关，设置pdp方式为ip，接入点为cmnet，最后设置数据库服务器的ip地址和端口，最终建立连接。
[0034]
数据处理模块4的处理手段是缺值插补和基于时序的跳变数据处理；缺值是因为传感器或者网络原因造成数据缺失，少量的数据缺失插补方法很多，如线性插值，就有很好
的适应性，对数据趋势影响较小；因为生产或者设备故障造成的大范围数据缺失，应该重新选择采样起点来构建数据序列；数据跳变是由于传感器偶发故障或者信号干扰造成的，此时的数据大幅度偏离波动范围且不连续，通过时域滤波处理有效去除数据突变，计算精度与效率和实用性符合立磨粉磨生产工况需求。
[0035]
处理器模块5选用以cortex-m3为内核，由意法半导体公司st推出的高性能微处理器stm32f103rct6，该芯片为32位处理器，相对于其他单片机，cortex-m3的内核的优点就是：低功耗、高性能、易扩展；stm32f103rct6具有丰富的内存资源及采集系统所需的定时器、dma、spi、adc、51个通用i/o口重要的外设资源；该芯片主频达到72mhz，i/o口翻转速度可达18mhz，每个adc采样频率高达1mhz。
[0036]
数据显示模块6使用型号为tpc1061ti的昆仑通态mcgs触摸显示屏作为显示设备；根据立式磨远程监控与故障诊断系统的功能分配，该触摸屏主要有现场数据实时显示、数据历史查询及故障报警功能；根据功能将其分为登陆窗口、数据实时显示窗口、历史数据查询窗口及预警详情信息窗口；立式磨数据采集系统触摸屏登陆窗口包括用户名、密码及输入键盘；数据显示窗口包括主要数据的实时显示、历史查询按钮、故障详情按钮；报警详情显示了各个检测的参数是否在安全的范围内，如果超出了安全范围则发生报警。
[0037]
报警模块7将采集到的数据经过中央处理器的计算处理后，与预设的安全范围进行比对，若发现超出了预设值，则进行蜂鸣器和警示灯报警，并在屏幕中显示相应的详情；报警模块7在使用时stm32控制信号通过基极电阻r59控制三极管q4的基极，当控制器输出高电平，则q4处于导通状态，即相当于led1一端与r57相连，一端接地，led1获得足够的电压发出报警灯光；当蜂鸣器报警信号为高电平的时候，三极管q3处于饱和状态而导通，蜂鸣器开始报警；其中r58为q3的基极电阻，r60为泄流电阻，主要作用为防止外界电磁干扰的情况下，误触发蜂鸣器报警。
[0038]
本发明中，数据采集模块2内部的各个模块对立磨和环辊磨运行过程中的各项数据进行采集，从而使得立磨和环辊磨在使用过程中，各项参数数据可以很好的被采集，从而使得整个使用过程，数据可以及时被记录，从而为后续发生故障时的诊断提供了数据支撑，从而提高了整个系统在使用过程中的数据全面性。
[0039]
本发明中，报警模块7内部设置了报警模块，当监测到的数据与预设的安全范围进行比对，若发现超出了预设值，则进行蜂鸣器和警示灯报警，并在屏幕中显示相应的详情，从而方便整个系统及时对故障进行报警提示，避免了故障通报不及时引发的故障，提高了整个系统在使用过程中的安全可靠性。
[0040]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
[0041]
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施
例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，包括电源供电模块(1)、数据采集模块(2)、数据传输模块(3)、数据处理模块(4)、处理器模块(5)、数据显示模块(6)、报警模块(7)、振动信号采集模块(8)、电流采集模块(9)和温度采集模块(10)，其特征在于：所述电源供电模块(1)的输出端连接有所述数据采集模块(2)的输入端，所述数据采集模块(2)的输出端连接有所述数据传输模块(3)的输入端，所述数据传输模块(3)的输出端连接有所述数据处理模块(4)的输入端，所述数据处理模块(4)的输出端连接有所述处理器模块(5)的输入端，所述处理器模块(5)的输出端连接有所述数据显示模块(6)的输入端，所述数据显示模块(6)的输出端连接有所述报警模块(7)的输入端。2.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述数据采集模块(2)的内部设置有振动信号采集模块(8)、电流采集模块(9)和温度采集模块(10)，所述振动信号采集模块(8)、电流采集模块(9)和温度采集模块(10)的整体输出端连接有所述数据采集模块(2)的输入端。3.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述振动信号采集模块(8)采用电流输出型传感器对立式磨滚动轴承及其他振动信号进行采集，所述振动信号采集模块(8)包括流压转换、去噪、电压放大三个环节，流压转换通过rcv420高精度电流环接收器实现，可以准确将4～20ma的电流转换成0～5v的电压信号，然后使用压控电压源二阶低通滤波电路滤除相应的高频噪声，最后通过同相电压放大电路，将电路电压调节到0～3.3v，符合stm32自带的adc的输入电压要求。4.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述电流采集模块(9)采用电压跟随器进行连接，以降低前级电路的输出阻抗，增加后级电路的输入阻抗，增强电路的抗干扰能力，最后将电压跟随器输出的电压信号进行线性分压得到stm32自带adc可以识别的电压信号，从而实现信号的采集。5.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述温度采集模块(10)采集的温度信号有轴瓦温度、前后轴温度、绕组24个温度值。6.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述数据传输模块(3)运用的是gprs通信功能，所述数据传输模块(3)与服务器通讯的建立包括了通讯模块初始化和internet连接两个部分组成；sim900a芯片的初始化包括主控芯片与通讯模块建立连接，设置通讯模块波特率，注册sim卡网络，通讯模块初始化完毕后，开始建立gprs通讯模块与服务器的通讯，先判断sim卡是否注册成功，注册成功后再接入移动网关，设置pdp方式为ip，接入点为cmnet，最后设置数据库服务器的ip地址和端口，最终建立连接。7.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述数据处理模块(4)的处理手段是缺值插补和基于时序的跳变数据处理；缺值是因为传感器或者网络原因造成数据缺失，少量的数据缺失插补方法很多。8.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述处理器模块(5)选用以cortex-m3为内核，由意法半导体公司st推出的高性能微处理器stm32f103rct6，该芯片为32位处理器。9.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述数据显示模块(6)使用型号为tpc1061ti的昆仑通态mcgs触摸显示屏作为显示设备；根据立式磨远程监控与故障诊断系统的功能分配，该触摸屏主要有现场数据实时显示、数据历史查询及
故障报警功能；根据功能将其分为登陆窗口、数据实时显示窗口、历史数据查询窗口及预警详情信息窗口；立式磨数据采集系统触摸屏登陆窗口包括用户名、密码及输入键盘；数据显示窗口包括主要数据的实时显示、历史查询按钮、故障详情按钮；报警详情显示了各个检测的参数是否在安全的范围内，如果超出了安全范围则发生报警。10.如权利要求1所述的一种立磨和环辊磨的监控方法及系统，其特征在于：所述报警模块(7)将采集到的数据经过中央处理器的计算处理后，与预设的安全范围进行比对，若发现超出了预设值，则进行蜂鸣器和警示灯报警，并在屏幕中显示相应的详情；所述报警模块(7)在使用时stm32控制信号通过基极电阻r59控制三极管q4的基极，当控制器输出高电平，则q4处于导通状态，即相当于led1一端与r57相连，一端接地，led1获得足够的电压发出报警灯光；当蜂鸣器报警信号为高电平的时候，三极管q3处于饱和状态而导通，蜂鸣器开始报警；其中r58为q3的基极电阻，r60为泄流电阻，主要作用为防止外界电磁干扰的情况下，误触发蜂鸣器报警。

技术总结
本发明公开了一种立磨和环辊磨的监控方法及系统。本发明中，数据采集模块内部的各个模块对立磨和环辊磨运行过程中的各项数据进行采集，从而使得立磨和环辊磨在使用过程中，各项参数数据可以很好的被采集，从而使得整个使用过程，数据可以及时被记录，从而为后续发生故障时的诊断提供了数据支撑，从而提高了整个系统在使用过程中的数据全面性。报警模块内部设置了声光报警模块，当监测到的数据与预设的安全范围进行比对，若发现超出了预设值，则进行蜂鸣器和警示灯报警，并在屏幕中显示相应的详情，从而方便整个系统及时对故障进行报警提示，避免了故障通报不及时引发的故障，提高了整个系统在使用过程中的安全可靠性。了整个系统在使用过程中的安全可靠性。了整个系统在使用过程中的安全可靠性。


技术研发人员：陈鹏晖
受保护的技术使用者：蕉岭金鹏精细化工有限公司
技术研发日：2023.08.03
技术公布日：2023/10/8