一、系統(tǒng)概述和整體設(shè)計(jì)
    球磨機(jī)工作效率的高低以粉磨工作與時(shí)間的比來衡量，要使球磨機(jī)在較佳工作狀態(tài)下運(yùn)行，必須獲得球磨機(jī)內(nèi)部填充量的精確數(shù)據(jù)。一般認(rèn)為如果球磨機(jī)的填充量太低，就會(huì)增加研磨體之間的相互碰撞，導(dǎo)致能量的浪費(fèi)，甚至減少球磨機(jī)的使用壽命；如果球磨機(jī)內(nèi)部的填充量過高，則研磨體之間會(huì)產(chǎn)生相互緩沖作用，導(dǎo)致粉磨效率的大幅下降。
    目前通用的一種球磨機(jī)內(nèi)部填充量的測量方法是基于測量球磨機(jī)工作時(shí)所發(fā)出的聲音（球磨機(jī)空載時(shí)比滿載時(shí)發(fā)出的聲音大的多）。在靠近球磨機(jī)的地方安裝一個(gè)特殊的麥克風(fēng)，并通過計(jì)算聲音水平的積分植來粗略地估計(jì)球磨機(jī)內(nèi)部的填充量，從而判定球磨機(jī)的工作狀態(tài)。在一些設(shè)備簡單生產(chǎn)不規(guī)范的小企業(yè)中，甚至有用人耳進(jìn)行判斷的，這不僅測量結(jié)果不準(zhǔn)確，而且噪音對人體會(huì)造成嚴(yán)重的危害。因此，開發(fā)一套精確判斷球磨機(jī)工作狀態(tài)的檢測裝置成為當(dāng)務(wù)之急。基于噪音頻譜矢量分析的球磨機(jī)較優(yōu)化控制系統(tǒng)滿足以上要求，該系統(tǒng)總體上有智能電耳、數(shù)字信號(hào)處理器即DSP、控制器等幾部分組成，其結(jié)構(gòu)框圖及工作原理如下所示：
    安裝在球磨機(jī)附近的智能電耳能夠接收到的球磨機(jī)工作時(shí)發(fā)出的噪音信號(hào)，然后將噪音信號(hào)轉(zhuǎn)換成4—20mV的電信號(hào)，再經(jīng)過抗混疊濾波即濾掉直流分量和20k以上的偕波分量，把濾波器輸出的有用噪音信號(hào)輸入到DSP模塊，DSP模塊對輸入的電信號(hào)進(jìn)行抽樣、量化，運(yùn)用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對有用噪音信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，再將分析結(jié)果通過串行接口傳送給控制器，控制器一方面將球磨機(jī)的工作狀態(tài)顯示出來，另一方面控制給料機(jī)的加料速度。
    二、硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    噪音信號(hào)處理部分的硬件結(jié)構(gòu)包括噪音采集模塊（TLV1578即TI公司專門為DSP芯片配套制作的一種8通道10位數(shù)據(jù)并行A/D轉(zhuǎn)換器），噪音處理DSP模塊（TI公司的TMS320VC5402），程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器FLASH模塊，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器SRAM模塊。
    三、軟件設(shè)計(jì)
    大型球磨機(jī)在不同狀態(tài)下工作時(shí)，磨機(jī)本身發(fā)出的噪音的功率譜密度不同。簡單地說，球磨機(jī)內(nèi)部填充水、料的質(zhì)量不同、比例不同、研磨程度不同，球磨機(jī)發(fā)出的噪音信號(hào)的幅度、頻率也不同，即球磨機(jī)的工作狀態(tài)與噪音的功率譜密度存在——對應(yīng)的關(guān)系，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：Y(工作狀態(tài))=F[x(功率譜密度)]。
    球磨機(jī)的工作狀態(tài)是一個(gè)模糊量，需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師預(yù)先衡量其優(yōu)劣與否，因此，軟件部分的開始是一段自學(xué)習(xí)的過程。有經(jīng)驗(yàn)的工程師預(yù)先判斷球磨機(jī)工作狀態(tài)的優(yōu)劣，并將與之對應(yīng)的功率譜密度數(shù)據(jù)保存，球磨機(jī)工作過程中，檢測裝置把接收的噪音信號(hào)作傅立葉變換得到功率譜密度，將其和預(yù)先保存的已知的普密度比較，從而判斷出球磨機(jī)的工作狀態(tài)。
    軟件流程如下所示：
    自學(xué)習(xí)程序：初始化，噪音信號(hào)采集，快速傅立葉變換，聚類分析，經(jīng)驗(yàn)判斷，保存。
    工作程序：初始化，噪音信號(hào)采集，快速傅立葉變換，比較分類，判斷。
    基于噪音頻譜矢量分析判斷球磨機(jī)工作狀態(tài)的檢測系統(tǒng)采用新型的磨機(jī)填充量測量方案，抗干擾能力強(qiáng)，能準(zhǔn)確地掌握磨機(jī)內(nèi)部填充量的情況；而且整個(gè)系統(tǒng)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，大大提高了系統(tǒng)的精確性，從而更有利于磨機(jī)優(yōu)化控制系統(tǒng)的建立，更有利于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)控制。