CN107159435B - 一种磨机工作状态调整方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种磨机工作状态调整方法及装置。所述方法包括：采集磨机工作的声音信号，从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部；判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。如此方案，便可实现磨机工作状态的及时调整，不仅可以使趾部上方的衬板尽量少的受到磨碎介质的直接撞击，还有助于磨机尽量保持最佳工作状态，提高磨机的整体工作效率。

Description

一种磨机工作状态调整方法及装置

技术领域

本公开涉及数据处理领域，具体地，涉及一种磨机工作状态调整方法及装置。

背景技术

磨机是物料被破碎之后，再进行粉碎研磨的关键设备，是工业生产中极为重要的高细磨生成设备，被广泛应用于冶金、矿山、建材及化工等行业。通常，磨机可以包括水平设置的筒体、进料口、出料口等部分。破碎后的物料经进料口到筒体，与筒体内的磨球、水混合，筒体绕水平轴线以一定的转速回转时，磨碎介质(包括磨球和物料)在离心力和摩擦力的作用下，被带到一定高度后，受自身重力作用向下抛落，如此回转过程中，磨球不断撞击物料起到研磨作用。物料在筒体内研磨成符合要求的细小颗粒后，可经出料口排出。

实际应用过程中，如果磨机始终保持固定的转速工作，那么磨球撞击物料只能在某一段时间内处于最佳工作状态，使研磨工作效率最优。也就是说，如果磨机的转速不能随着物料的粉碎状态的变化，进行及时调整，会影响磨机的整体工作效率。

发明内容

本公开的主要目的是提供一种磨机工作状态调整方法及装置，可以根据磨机工作的声音信号分析磨机的工作状态，并在需要时及时调整磨机转速，有助于提高磨机的整体工作效率。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种磨机工作状态调整方法，包括：

采集磨机工作的声音信号，从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；

根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；

根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部；

判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。

在第一方面的第一种可能的实现方式中，所述采集磨机工作的声音信号，包括：

通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号；

其中，所述麦克风阵列呈弧状结构，且所述弧状结构的弧度与所述磨机的筒体弧度相匹配，所述麦克风阵列包括N个按照间距d布设的麦克风，N＝L/d且N≥3，d≤λ_min/2，λ_min为所述声音信号的最小波长，L为所述麦克风阵列的采集范围，R为所述筒体的半径，θ为所述麦克风阵列的采集角度，θ的取值为50～90°。

结合第一方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述麦克风阵列在空间上对应于所述磨机的最集中撞击区域，且所述麦克风阵列的最上方覆盖所述趾部上方的检测区域，所述麦克风阵列与所述筒体之间的距离为r_s，0<r_s≤2L²/λ_max，λ_max为所述声音信号的最大波长。

在第一方面的第三种可能的实现方式中，所述从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧，包括：

对所述声音信号进行分帧处理，获得每帧的幅值最大值Max、每帧的幅值最小值Min、每帧的频域能量和P_f以及每帧的频域能量平均值P_a；

从所述分帧处理得到的所有帧中，提取所述撞击数据帧，所述撞击数据帧满足以下条件：

幅值最大值Max不小于预设正向阈值、幅值最小值Min不大于预设负向阈值、且频域能量和P_f不小于预设能量阈值P₀为首次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和，P_t为本次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和。

在第一方面的第四种可能的实现方式中，如果通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号，则所述根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置，包括：

利用声源定位技术，定位出每个撞击数据帧对应的最大声源位置，并转换到0～θ的角度范围中，作为所述撞击位置；

其中，所述麦克风阵列的最下方对应所述角度范围中的0，所述麦克风阵列的最上方对应所述角度范围中的θ。

结合第一方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述确定所述磨机的趾部，包括：

按照预设角度，将所述角度范围划分为多个角度区间；

根据所述撞击位置，统计每个角度区间对应的撞击次数，得到撞击次数最高的两个角度区间；

将所述两个角度区间中，角度值最大的角度区间确定为所述磨机的趾部。

结合第一方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，相邻角度区间之间部分重叠。

在第一方面的第七种可能的实现方式中，所述调整所述磨机工作状态，包括：

如果所述撞击次数高于所述预设次数，则对所述磨机进行降速处理；

如果所述撞击次数低于所述预设次数，则对所述磨机进行提速处理。

本公开第二方面提供一种磨机工作状态调整装置，所述装置包括；

声音信号采集模块，用于采集磨机工作的声音信号；

数据帧提取模块，用于从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；

撞击位置定位模块，用于根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；

趾部确定模块，用于根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部；

工作状态调整模块，用于判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。

在第二方面的第一种可能的实现方式中，所述声音信号采集模块，用于通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号；

其中，所述麦克风阵列呈弧状结构，且所述弧状结构的弧度与所述磨机的筒体弧度相匹配，所述麦克风阵列包括N个按照间距d布设的麦克风，N＝L/d且N≥3，d≤λ_min/2，λ_min为所述声音信号的最小波长，L为所述麦克风阵列的采集范围，R为所述筒体的半径，θ为所述麦克风阵列的采集角度，θ的取值为50～90°。

结合第二方面的第一种可能的实现方式，在第二种可能的实现方式中，所述麦克风阵列在空间上对应于所述磨机的最集中撞击区域，且所述麦克风阵列的最上方覆盖所述趾部上方的检测区域，所述麦克风阵列与所述筒体之间的距离为r_s，0<r_s≤2L²/λ_max，λ_max为所述声音信号的最大波长。

在第二方面的第三种可能的实现方式中，所述数据帧提取模块包括：

分帧处理模块，用于对所述声音信号进行分帧处理，获得每帧的幅值最大值Max、每帧的幅值最小值Min、每帧的频域能量和P_f以及每帧的频域能量平均值P_a；

数据帧提取子模块，用于从所述分帧处理得到的所有帧中，提取所述撞击数据帧，所述撞击数据帧满足以下条件：

幅值最大值Max不小于预设正向阈值、幅值最小值Min不大于预设负向阈值、且频域能量和P_f不小于预设能量阈值P₀为首次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和，P_t为本次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和。

在第二方面的第四种可能的实现方式中，如果所述声音信号采集模块通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号，则所述撞击位置定位模块，用于利用声源定位技术，定位出每个撞击数据帧对应的最大声源位置，并转换到0～θ的角度范围中，作为所述撞击位置；

其中，所述麦克风阵列的最下方对应所述角度范围中的0，所述麦克风阵列的最上方对应所述角度范围中的θ。

结合第二方面的第四种可能的实现方式，在第五种可能的实现方式中，所述趾部确定模块包括：

角度区间划分模块，用于按照预设角度，将所述角度范围划分为多个角度区间；

撞击次数统计模块，用于根据所述撞击位置，统计每个角度区间对应的撞击次数，得到撞击次数最高的两个角度区间；

趾部确定子模块，用于将所述两个角度区间中，角度值最大的角度区间确定为所述磨机的趾部。

结合第二方面的第五种可能的实现方式，在第六种可能的实现方式中，所述角度区间划分模块划分的角度区间中，相邻角度区间之间部分重叠。

在第二方面的第七种可能的实现方式中，所述工作状态调整模块，用于在所述撞击次数高于所述预设次数时，对所述磨机进行降速处理；在所述撞击次数低于所述预设次数时，对所述磨机进行提速处理。

本公开第三方面提供一种磨机工作状态调整装置，所述装置包括；

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：

采集磨机工作的声音信号，从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；

根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；

根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部；

判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。

本公开方案中，可以采集磨机工作时的声音信号，并从声音信号中提取出磨碎介质撞击衬板时的撞击数据帧，如此，便可依据声源定位技术，确定出各个撞击数据帧对应的撞击点位置，进而根据撞击位置确定出磨机此时的趾部位置，这样，便可统计得到趾部上方的撞击次数，如果趾部上方的撞击次数与预设次数不相符，则可及时调整磨机的工作状态。如此方案，便可实现磨机工作状态的及时调整，不仅可以使趾部上方的衬板尽量少的受到磨碎介质的直接撞击，还有助于磨机尽量保持最佳工作状态，提高磨机的整体工作效率。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1为本公开方案中磨机处于泄落状态的示意图；

图2为本公开方案中磨机处于抛落状态的示意图；

图3为本公开方案中磨机处于离心状态的示意图；

图4为本公开方案磨机工作状态调整方法的流程示意图；

图5为本公开方案中麦克风阵列与磨机的正视图；

图6为本公开方案中麦克风阵列与磨机的右视图；

图7为本公开方案中提取撞击数据帧的流程示意图；

图8为本公开方案中确定磨机趾部的流程示意图；

图9为本公开方案中磨机趾部的位置示意图；

图10为本公开方案磨机工作状态调整装置的构成示意图；

图11为本公开方案磨机工作状态调整装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

为了便于本领域技术人员更容易理解本公开实施例提供的技术方案，先作如下解释说明。

通常，用于混合物料和磨球的筒体内壁设置有衬板，在磨机转动时，磨碎介质在离心力和摩擦力的作用，附着在衬板上随筒体转动，当转到一定高度后，受自身重力作用向下抛落。

在实际应用过程中，随着磨机转速由低到高，磨碎介质的运动状态可以分为以下三种：

(1)磨机以低速运转时，磨碎介质呈现泄落状态，具体可参见图1所示示意图。该状态下，主要靠磨碎介质相互滑动时产生的压碎和研磨作用，进行物料粉碎。

(2)磨机以较高速运转时，磨碎介质呈现抛落状态，具体可参见图2所示示意图。该状态下，主要靠冲击力进行物料粉碎，磨机一般工作在这种状态下。

(3)磨机以超过临界极限值高速运转时，磨碎介质呈现离心状态，具体可参见图3所示示意图。该状态下，磨碎介质随筒体转动不会下落，通常不会产生研磨作用，故磨机应尽量避免在这种状态下工作。

需要说明的是，图1、图2、图3示出的是磨机进料口到出料口方向上，筒体的横截面示意图。

通常，可以将磨碎介质倾斜面与筒体交界的下端线称为磨机趾部。当磨机转速较高时，磨碎介质可能会直接撞击趾部上方(可以理解为，趾部向上到磨机中心线的区域)的衬板，如果这种直接撞击衬板的情况过多，会造成衬板破损故障率升高。当磨机转速较低时，磨碎介质呈泻落状态，不会直接撞击趾部上方的衬板，有助于保护衬板，但这种状态下磨机的工作效率较低。因此，可以根据磨碎介质的运动状态，分析磨机工作状态，并视情况及时调整磨机转速，用于提高磨机的整体工作效率，并尽量降低衬板所受损害。

参见图4，示出了本公开磨机工作状态调整方法的流程示意图。可以包括以下步骤：

S101，采集磨机工作的声音信号，从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧。

发明人在研发过程中发现，磨机在不同工作状态、磨碎介质撞击筒体不同位置时，产生的声音会有所不同，故本公开方案可以采集磨机工作的声音信号，并通过分析声音信号的方式，明确磨机的工作状态，为调整工作状态提供技术支持。

作为一种示例，可以采集磨机在预定时间段内的声音信号，例如，预定时间段为3min，即采集3min内磨机工作的声音信号。通常，可以结合实际应用需求设置预定时间段，本公开方案对此可不做具体限定。

作为一种示例，可以采集预定数目的声音信号，例如，预定数目为200万个采样点，每个采样点对应一个声音信号的数据。通常，可以结合实际应用需求设置预定数目，本公开方案对此可不做具体限定。

考虑到方案的改进难易程度以及改进成本，本公开方案可以不对现有的磨机、生产线进行大规模改造。作为一种示例，可以通过在磨机近场区域布设麦克风阵列的方式，采集磨机工作的声音信号。具体地，麦克风阵列与磨机的空间位置关系，可参见图5所示麦克风阵列与磨机的正视图，以及图6所示麦克风阵列与磨机的右视图。

对于本公开方案中的麦克风阵列，可作如下解释说明：

1.麦克风阵列的结构设计

(1)几何构型排列

考虑到磨机的筒体通常为圆柱形状，且调整磨机转速时主要依据磨机在垂直方向上的声源定位结果，故本公开方案中麦克风阵列可以设计呈弧状结构。此外，考虑到声音信号的检测区域为筒体的一部分，至少可以包括：趾部上方区域、趾部变化区域、趾部下方少许区域(包括磨机腹部)，因此，还可以结合采集角度θ以及筒体半径R，将麦克风阵列的采集范围设置为L，以使阵列的采集范围可以覆盖检测区域。可以理解地，一旦选定研磨物料所用的磨机，磨机的检测区域便已确定。

作为一种示例，采集角度θ的取值可以为50～90°。若要尽量多的采集声音信号，可以将采集角度设置的偏大些，例如采集角度为90°；若要尽量降低计算量，提高本公开方案的处理效率，可以将采集角度设置的偏小些，例如采集角度为50°。采集角度的取值可以结合实际应用需求而定，本公开方案对此可不做具体限定。

(2)远/近场选取

在实际应用过程中，磨机现场存在较强的噪声背景，采用远场声源定位的话，麦克风阵列采集到的声音信号中会掺杂大量环境噪声，严重影响声源定位的准确性。采用近场声源定位的话，随着麦克风阵列与筒体之间距离的缩短，可有效减少声音信号中掺杂的环境噪声，有效提高声源定位的准确性。针对于此，本公开方案采用近场声源定位，即，将麦克风阵列布设于磨机的近场区域。作为一种示例，可以将麦克风阵列安装在支架上，并将支架摆放在磨机的近场区域。

(3)阵元间距，即相邻麦克风之间的间距

通过麦克风阵列对磨机工作的声音信号进行空间采样时，相邻麦克风之间的间距d越大，波束带宽就越窄，空间分辨率越强，但d的取值不能无限增大，可以受信号波长的限制，以避免引起声音信号的空间混叠。

d≤λ_min/2 公式2

可以理解地，不同的磨碎介质，对应有各自的频率范围，可以从中选取频率最大值，再结合公式：声速＝波长*频率，得到λ_min，本公开方案对此不做详述。

(4)阵元数目，即麦克风阵列包括的麦克风数目

为了实现本公开根据声音信号进行磨机工作调整的目的，麦克风阵列至少可以包括3个麦克风。同时，结合阵列采集范围以及阵元间距，还可知N＝L/d。

2.麦克风阵列的布局设计

为了尽量提高本公开方案所采集声音信号的效果，以及基于声音信号调整工作状态的准确性，还可对麦克风阵列作如下布局设计：

(1)阵列相对筒体的垂直距离

确定出采用近场声源定位后，还可进一步明确麦克风阵列与筒体之间的距离r_s。通常，麦克风阵列越靠近磨机，所采集声音信号中掺杂的环境噪声越小，有效性越高，但是，考虑到麦克风阵列需要通过空气作为传输介质采集声音信号，阵列与筒体之间应预留一定的距离，如此还可避免阵列紧贴筒体时，因筒体震动产生的噪声影响声音信号的采集效果。

可以理解地，不同的磨碎介质，对应有各自的频率范围，可以从中选取频率最小值，再结合公式：声速＝波长*频率，得到λ_max，本公开方案对此不做详述。

(2)阵列相对筒体的水平距离

通常，磨机内部从进料口到出料口呈螺旋形状，存在一个磨碎介质撞击筒体的最集中撞击区域，为了使声音信号的采集效果最佳，麦克风阵列可在空间上对应该最集中撞击区域。结合实际应用可知，最集中撞击区域位于筒体中心靠近进料口的位置，以磨机半径为2.4m、磨机长度为4.5m为例，从筒体中心向进料口方向移动0.5m可以作为最集中撞击区域，如果筒体中心视为0m，则阵列相对筒体的水平距离r_v为0.5m。可以理解地，一旦选定研磨物料所用的磨机，最集中撞击区域便已确定。

(3)阵列相对筒体的高度

本公开方案中的高度，可以理解为阵列最上方的麦克风所在的位置，可参见图6中的A点，为了尽量全面的采集检测区域内的声音信号，避免因声音信号丢失，特别是趾部上方的声音信号丢失，影响工作状态调整准确性的情况出现，可使阵列高度略高于趾部上方区域的上限，即，阵列最上方可以包裹住趾部上方区域。通常，趾部上方区域的上限对应磨机的中心线。

作为一种示例，为了尽量减小后向噪声的干扰，还可以对麦克风阵列进行隔音处理，利用隔音材料将阵列包覆起来，并确保朝向筒体的一侧敞口设计。对于使用的隔音材料，本公开方案可不做具体限定，可结合实际应用需求选定。

综上，按照上述结构设计以及布局设计，便可得到本公开方案的麦克风阵列，采集磨机工作的声音信号，用于进行后续分析。

具体地，可以从声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧。参见图7，示出了本公开提取撞击数据帧的流程示意图。可以包括以下步骤：

S201，对所述声音信号进行分帧处理，获得每帧的幅值最大值Max、每帧的幅值最小值Min、每帧的频域能量和P_f以及每帧的频域能量平均值P_a。

S202，从所述分帧处理得到的所有帧中，提取所述撞击数据帧，所述撞击数据帧满足以下条件：

幅值最大值Max不小于预设正向阈值、幅值最小值Min不大于预设负向阈值、且频域能量和P_f不小于预设能量阈值P₀为首次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和，P_t为本次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和。

本公开方案中，磨机工作时的声音，可能包括磨机运转的声音、周围环境中的声音、磨碎介质撞击衬板的声音，等等。为了从声音信号中提取出磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧，本公开方案至少可作以下两方面考虑：

第一方面，考虑到声音信号为准稳态信号，可先对声音信号进行分帧处理，得到多个数据帧，每个数据帧内的声音信号可以视为稳态信号，进行后续分析处理。

作为一种示例，可以按照预设采样点数目进行分帧处理，例如，预设采样点数目为512，即每个数据帧包括512个采样点。通常，可以结合实际应用需求设置预设采样点数目，本公开方案对此可不做具体限定。

作为一种示例，可以按照预设时间长度进行分帧处理，例如，预设时间长度为30ms，即每帧包括30ms内采集的所有声音信号。通常，可以结合实际应用需求设置预设时间长度，本公开方案对此可不做具体限定。

第二方面，筒体旋转一周视为一个运转周期，在一个运转周期内，磨碎介质撞击衬板时产生的声音最大且最尖锐，故可将声音信号转换到时域、频域上进行分析处理，识别出磨碎介质撞击衬板时对应的撞击数据帧。

具体地，可以计算得到以下参数：本次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和P_t、每帧的幅值最大值Max、每帧的幅值最小值Min、每帧的频域能量和P_f、每帧的频域能量平均值P_a，本公开方案对参数的计算方式不做详述，具体可参照相关技术实现。

对每个数据帧进行时频域分析，判断当前数据帧是否为撞击数据帧。具体地，撞击数据帧同时满足以下条件：

(1)在时域上，幅值最大值Max不小于预设正向阈值，且幅值最小值Min不大于预设负向阈值；

(2)在频域上，频域能量和P_f不小于预设能量阈值P。

作为一种示例，预设正向阈值为k*T₁，预设负向阈值为k*T₂，预设能量阈值其中，P₀为首次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和；T₁为首次工作状态调整所采集声音信号中所有正数的平均值；T₂为首次工作状态调整所采集声音信号中所有负数的平均值；k为调整系数，可以根据实际应用而定，作为一种示例，k＝3.5，本公开方案对此可不做具体限定。

首次工作状态调整可以理解为，磨机正常运转后，第一次按照本公开方案调整磨机工作状态时。首次工作状态调整时，采集到声音信号后，可以不进行分帧处理，直接利用声音信号得到P₀、T₁、T₂。

S102，根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置。

S103，根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部。

通常，磨碎介质撞击衬板可以分为两种情况：间接撞击衬板、直接撞击衬板。具体地，在实际应用过程中，在磨机趾部及趾部下方区域，会有部分磨碎介质随着筒体的转动，在衬板上滑动，这种情况下，被抛落的磨碎介质可以隔着随衬板滑动的磨碎介质，间接撞击在衬板上；在磨机趾部上方区域，通常不会存在随衬板滑动的磨碎介质，这种情况下，被抛落的磨碎介质直接撞击在衬板上。

本公开方案主要依据趾部上方衬板的撞击情况，调整磨机工作状态。因此，提取到撞击数据帧后，可以先定位出各个撞击数据帧对应的撞击位置，再根据撞击位置识别出磨机趾部，进而统计得到趾部上方的撞击情况。

具体地，可以基于声源定位技术，确定出每个撞击数据帧对应的最大声源位置，并将最大声源位置转换到0～θ的角度范围中，得到各个撞击数据帧对应的撞击位置。

通常，可以将麦克风阵列的采集角度θ设置为90°，也就是说，角度范围为0～90°，当麦克风阵列按照图6所示示意图布设时，如果以筒体横截面为基础建立坐标系，则在磨机按照逆时针方向运转时，X轴负半轴为90°，Y轴负半轴为0°。

结合实际应用可知，磨机的趾部、趾部上方通常位于0～50°的角度范围内，为了尽量减少计算量，还可以将采集角度θ设置为50°，此时，X轴负半轴为50°，麦克风阵列最下方对应为0°(可以对应到0～90°角度范围中的40°)。

作为一种示例，可以通过基于能量的算法、可控波束形成算法、谱估计算法、基于TDOA(英文：Time Difference of Arrival，中文：到达时间差)/TDE(英文：Time DelayEstimation，中文：时间延迟估计)算法等声源定位技术，确定最大声源位置，本公开方案对此可不做具体限定。

获得磨碎介质撞击衬板的撞击位置后，便可根据撞击位置确定出磨机此时的趾部位置。具体地，参见图8，示出了本公开确定磨机趾部的流程示意图。可以包括以下步骤：

S301，按照预设角度，将所述角度范围划分为多个角度区间。

S302，根据所述撞击位置，统计每个角度区间对应的撞击次数，得到撞击次数最高的两个角度区间。

S303，将所述两个角度区间中，角度值最大的角度区间确定为所述磨机的趾部。

在实际应用过程中，磨碎介质的撞击位置主要集中在磨机趾部、位于趾部下方的磨机腹部。一般情况下，磨机腹部的撞击次数高于磨机趾部，但随着转速提高，也可能是磨机趾部的撞击次数高于磨机腹部，因此，本公开方案可以先统计出撞击次数最高的两个位置，然后再结合趾部和腹部的位置关系，将其中更靠上的位置确定为磨机趾部。

作为一种示例，用于划分角度区间的预设角度可以为3～5°，本公开方案对此可不做限定，具体可结合实际应用需求而定。

以角度范围为0～50°、预设角度为5°为例，可以统计得到0～4°、5～9°、……、45～49°这些角度区间对应的撞击次数，如果撞击次数最高的两个角度区间为5～9°、10～14°，考虑到腹部位于趾部下方，故可将角度值最大的角度区间10～14°确定为磨机的趾部，具体可参见图9所示示意图。

作为一种示例，为了使确定出的趾部位置更准确，相邻角度区间之间可以存在部分重叠。例如，预设角度为5°时，可以划分为0～4°、3～7°、6～10°等角度区间。

S104，判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。

由上文所做介绍可知，随着磨机转速由低向高变化，直接撞击趾部上方衬板的情况会越来越多，故，可以依据趾部上方的撞击次数，确定磨机的工作状态，进而在需要时及时进行工作状态调整。

具体地，确定出磨机趾部之后，便可统计得到趾部上方对应的撞击次数，也就是说，可以统计撞击位置对应的角度值高于趾部的最大角度值的撞击次数。参见图9所示示例，15～50°属于趾部上方，可统计得到该区域对应的撞击次数，用于确定磨机的工作状态。

具体地，本公开方案可以将磨机正常转速下，统计出的趾部上方的撞击次数作为预设次数，与本次工作状态调整统计得到的趾部上方的撞击次数相比较。如果趾部上方的撞击次数高于预设次数，则说明磨机转速较高，可对磨机进行降速处理；如果趾部上方的撞击次数低于预设次数，则说明磨机转速较低，可对磨机进行提速处理。如此，便可实现磨机工作状态的及时调整，不仅可以使趾部上方的衬板尽量少的受到磨碎介质的直接撞击，还有助于磨机尽量保持最佳工作状态，提高磨机的整体工作效率。

作为一种示例，上述预设次数可以是一个具体的数值，或者，也可以是一个数值区间，本公开方案对此可不做具体限定。

参见图10，示出了本公开磨机工作状态调整装置的构成示意图。所述装置可以包括：

声音信号采集模块401，用于采集磨机工作的声音信号；

数据帧提取模块402，用于从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；

撞击位置定位模块403，用于根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；

趾部确定模块404，用于根据所述撞击位置确定所述磨机的趾部；

工作状态调整模块405，用于判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。

可选地，所述声音信号采集模块，用于通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号；

其中，所述麦克风阵列呈弧状结构，且所述弧状结构的弧度与所述磨机的筒体弧度相匹配，所述麦克风阵列包括N个按照间距d布设的麦克风，N＝L/d且N≥3，d≤λ_min/2，λ_min为所述声音信号的最小波长，L为所述麦克风阵列的采集范围，R为所述筒体的半径，θ为所述麦克风阵列的采集角度，θ的取值为50～90°。

本公开方案中，声音信号采集模块可以体现为用于采集声音信号的麦克风阵列；或者，可以体现为与麦克风阵列交互的接口，用于接收麦克风阵列采集的声音信号，本公开方案对此可不做具体限定。

可选地，所述麦克风阵列在空间上对应于所述磨机的最集中撞击区域，且所述麦克风阵列的最上方覆盖所述趾部上方的检测区域，所述麦克风阵列与所述筒体之间的距离为r_s，0<r_s≤2L²/λ_max，λ_max为所述声音信号的最大波长。

可选地，所述数据帧提取模块包括：

分帧处理模块，用于对所述声音信号进行分帧处理，获得每帧的幅值最大值Max、每帧的幅值最小值Min、每帧的频域能量和P_f以及每帧的频域能量平均值P_a；

数据帧提取子模块，用于从所述分帧处理得到的所有帧中，提取所述撞击数据帧，所述撞击数据帧满足以下条件：

幅值最大值Max不小于预设正向阈值、幅值最小值Min不大于预设负向阈值、且频域能量和P_f不小于预设能量阈值P₀为首次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和，P_t为本次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和。

可选地，如果所述声音信号采集模块用于通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号，则所述撞击位置定位模块，用于利用声源定位技术，定位出每个撞击数据帧对应的最大声源位置，并转换到0～θ的角度范围中，作为所述撞击位置；

其中，所述麦克风阵列的最下方对应所述角度范围中的0，所述麦克风阵列的最上方对应所述角度范围中的θ。

可选地，所述趾部确定模块包括：

角度区间划分模块，用于按照预设角度，将所述角度范围划分为多个角度区间；

撞击次数统计模块，用于根据所述撞击位置，统计每个角度区间对应的撞击次数，得到撞击次数最高的两个角度区间；

趾部确定子模块，用于将所述两个角度区间中，角度值最大的角度区间确定为所述磨机的趾部。

可选地，所述角度区间划分模块划分的角度区间中，相邻角度区间之间部分重叠。

可选地，所述工作状态调整模块，用于在所述撞击次数高于所述预设次数时，对所述磨机进行降速处理；在所述撞击次数低于所述预设次数时，对所述磨机进行提速处理。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

参见图11为本公开磨机工作状态调整装置500的结构示意图。例如，装置500可以被提供为一服务器。参照图11，装置500包括处理组件501，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器502所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件501的执行的指令，例如应用程序。存储器502中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件501被配置为执行指令，以执行上述磨机工作状态调整方法。

装置500还可以包括一个电源组件503被配置为执行装置500的电源管理，一个有线或无线网络接口504被配置为将装置500连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口505。装置500可以操作基于存储在存储器502的操作系统，例如Windows ServerTM，Mac OS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM或类似。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (15)

1.一种磨机工作状态调整方法，其特征在于，所述方法包括：

采集磨机工作的声音信号，从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；

根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；

根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部；

判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述采集磨机工作的声音信号，包括：

通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号；

其中，所述麦克风阵列呈弧状结构，且所述弧状结构的弧度与所述磨机的筒体弧度相匹配，所述麦克风阵列包括N个按照间距d布设的麦克风，N＝L/d且N≥3，d≤λ_min/2，λ_min为所述声音信号的最小波长，L为所述麦克风阵列的采集范围，R为所述筒体的半径，θ为所述麦克风阵列的采集角度，θ的取值为50～90°。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

所述麦克风阵列在空间上对应于所述磨机的最集中撞击区域，且所述麦克风阵列的最上方覆盖所述趾部上方的检测区域，所述麦克风阵列与所述筒体之间的距离为r_s，0<r_s≤2L²/λ_max，λ_max为所述声音信号的最大波长。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧，包括：

对所述声音信号进行分帧处理，获得每帧的幅值最大值Max、每帧的幅值最小值Min、每帧的频域能量和P_f以及每帧的频域能量平均值P_a；

从所述分帧处理得到的所有帧中，提取所述撞击数据帧，所述撞击数据帧满足以下条件：

幅值最大值Max不小于预设正向阈值、幅值最小值Min不大于预设负向阈值、且频域能量和P_f不小于预设能量阈值P₀为首次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和，P_t为本次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，如果通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号，则所述根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置，包括：

利用声源定位技术，定位出每个撞击数据帧对应的最大声源位置，并转换到0～θ的角度范围中，作为所述撞击位置；

其中，所述麦克风阵列的最下方对应所述角度范围中的0，所述麦克风阵列的最上方对应所述角度范围中的θ。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定所述磨机的趾部，包括：

按照预设角度，将所述角度范围划分为多个角度区间；

根据所述撞击位置，统计每个角度区间对应的撞击次数，得到撞击次数最高的两个角度区间；

将所述两个角度区间中，角度值最大的角度区间确定为所述磨机的趾部。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调整所述磨机工作状态，包括：

如果所述撞击次数高于所述预设次数，则对所述磨机进行降速处理；

如果所述撞击次数低于所述预设次数，则对所述磨机进行提速处理。

8.一种磨机工作状态调整装置，其特征在于，所述装置包括；

声音信号采集模块，用于采集磨机工作的声音信号；

数据帧提取模块，用于从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；

撞击位置定位模块，用于根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；

趾部确定模块，用于根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部；

工作状态调整模块，用于判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述声音信号采集模块，用于通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号；

其中，所述麦克风阵列呈弧状结构，且所述弧状结构的弧度与所述磨机的筒体弧度相匹配，所述麦克风阵列包括N个按照间距d布设的麦克风，N＝L/d且N≥3，d≤λ_min/2，λ_min为所述声音信号的最小波长，L为所述麦克风阵列的采集范围，R为所述筒体的半径，θ为所述麦克风阵列的采集角度，θ的取值为50～90°。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述麦克风阵列在空间上对应于所述磨机的最集中撞击区域，且所述麦克风阵列的最上方覆盖所述趾部上方的检测区域，所述麦克风阵列与所述筒体之间的距离为r_s，0<r_s≤2L²/λ_max，λ_max为所述声音信号的最大波长。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述数据帧提取模块包括：

分帧处理模块，用于对所述声音信号进行分帧处理，获得每帧的幅值最大值Max、每帧的幅值最小值Min、每帧的频域能量和P_f以及每帧的频域能量平均值P_a；

数据帧提取子模块，用于从所述分帧处理得到的所有帧中，提取所述撞击数据帧，所述撞击数据帧满足以下条件：

幅值最大值Max不小于预设正向阈值、幅值最小值Min不大于预设负向阈值、且频域能量和P_f不小于预设能量阈值P₀为首次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和，P_t为本次工作状态调整所采集声音信号的时域能量和。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，如果所述声音信号采集模块通过布设于所述磨机近场区域的麦克风阵列，采集所述声音信号，则

所述撞击位置定位模块，用于利用声源定位技术，定位出每个撞击数据帧对应的最大声源位置，并转换到0～θ的角度范围中，作为所述撞击位置；

其中，所述麦克风阵列的最下方对应所述角度范围中的0，所述麦克风阵列的最上方对应所述角度范围中的θ。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述趾部确定模块包括：

角度区间划分模块，用于按照预设角度，将所述角度范围划分为多个角度区间；

撞击次数统计模块，用于根据所述撞击位置，统计每个角度区间对应的撞击次数，得到撞击次数最高的两个角度区间；

趾部确定子模块，用于将所述两个角度区间中，角度值最大的角度区间确定为所述磨机的趾部。

14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述工作状态调整模块，用于在所述撞击次数高于所述预设次数时，对所述磨机进行降速处理；在所述撞击次数低于所述预设次数时，对所述磨机进行提速处理。

15.一种磨机工作状态调整装置，其特征在于，所述装置包括；

处理器；

用于存储处理器可执行指令的存储器；

其中，所述处理器被配置为：

采集磨机工作的声音信号，从所述声音信号中提取磨碎介质撞击衬板的撞击数据帧；

根据所述撞击数据帧，定位所述磨碎介质撞击衬板的撞击位置；

根据所述撞击位置，确定所述磨机的趾部；

判断所述撞击位置位于所述趾部上方的撞击次数，是否与预设次数相符，如果不符，则调整所述磨机工作状态。