Один из основных агрегатов, присутствующий в большинстве технологических процессов связанных с производством строительных материалов – трубная шаровая мельница. Режим работы мельницы, в основном, зависит от степени ее за­грузки. Вредна как недогрузка, так и перегрузка мельницы. В пер­вом случае материал слишком сильно измельчается, что снижает производительность мельницы. Во втором случае материал измель­чается недостаточно, и в результате резко ухудшается качество компонентов, участвующих в последующих стадиях технологического процесса. Существуют различные методы контроля режима работы мель­ницы, но все они обладают общим недостатком, который заключается в том, что определение загрузки базируется на исследовании материала с выхода мельницы, а это не позволяет производить измерение уровня загрузки в реальном времени в связи с большим запаздыванием между входом и выходом. В свою очередь, шум, издаваемый мельницей, является высоко информативным сигналом информативным, а его использование осуществляется не в полной мере и совместно с другими методами. Таким образом, требуемая система автоматизации процесса помола подразумевает оценку загрузки мельницы в реальном масштабе времени с высокой точностью. Разработка такой системы осуществляется в предлагаемой работе.

Одним из подходов повышения точности и уменьшения постоянной времени такой системы может быть получение большей информации из акустического сигнала.

Структурная схема системы оценки уровня загрузки мельницы по акустическому шуму состоит из аппаратной (двух микрофонов, вычитающего усилителя, АЦП) и программной частей (алгоритмы, осуществляющие анализ записанных фрагментов акустического сигнала).

Рис. 1. Структурная схема системы оценки уровня загрузки мельницы

Два микрофона используются для снятия акустических данных с объекта и исключения посторонних помех из информативной составляющей сигнала. При этом один микрофон устанавливается в направлении шаровой мельницы, а другой в противоположную сторону. При этом первый записывает информативный сигнал, а второй посторонние шумы. Вычитание сигнала снятого со второго микрофона из первого дает на выходе вычитающего усилителя очищенный от постороннего шума информативный сигнал.

Вычитающий усилитель может быть реализован на операционном усилителе.

АЦП выполняет преобразование аналогового сигнала в цифровую форму, удобную для последующего анализа акустического сигнала. Сам АЦП интегрирован в звуковой адаптер ПК, используемый для реализации вычислительной части.

Вычислительная часть системы состоит из следующего набора алгоритмов, которые реализованы в виде пользовательского приложения, с которым и будет работать оператор:

- алгоритм преобразования акустической информации в промежуточную форму, представляющую собой 32 разрядное значения ХЭШ-функции;

- алгоритм начального заполнения базы данных калибровочных фрагментов сигнала;

- алгоритм сопоставления записанного акустического сигнала с калибровочными сигналами, хранящимися в базе данных;

- набор алгоритмов, позволяющих осуществлять функционирование пользовательского приложения в полной мере, а также осуществлять самонастройку системы.

Преобразование акустического сигнала в промежуточную форму осуществляется с помощью метода стойкого хеширования аудиоданных, разработанного компанией Philips. Суть данного метода заключается в сопоставлении акустическому сигналу длительностью 0,4 с 32 разрядного значения ХЭШ – функции, характеризующей суммарные амплитуды сигнала в 33-х диапазонах частот, которые выбираются как наиболее информативные.