1． 基本原理 　　我國火力發(fā)電廠中，磨煤機(jī)還在大量的使用，大多數(shù)磨煤機(jī)還處于人工手動(dòng)控制的狀態(tài)，造成磨機(jī)內(nèi)存煤量變化大，制粉效率低，噸煤耗電量大，鋼球和襯板損耗大，另外，由于制粉狀態(tài)變化大，煤粉細(xì)度與均勻度也難以保證，不利于鍋爐燃燒且使得飛灰可燃物增加，無形中也增加了能源消耗。 　　磨煤機(jī)內(nèi)煤塊、鋼球和襯板相互碰撞產(chǎn)生噪音，該噪音隨著磨煤機(jī)內(nèi)裝煤量的變化而變化。裝煤較少時(shí)，鋼球、襯板碰撞的幾率大、能量大，產(chǎn)生的噪音大；隨著裝煤量增多時(shí)，因?yàn)槊簤K的不斷填充，鋼球、襯板碰撞的幾率減小、能量變小，產(chǎn)生的噪音也減小。因此，用音頻傳感器就可以檢測(cè)到磨煤機(jī)裝煤變化的多少。借助測(cè)量學(xué)、電子學(xué)、聲學(xué)等多學(xué)科知識(shí)，進(jìn)一步通過音頻變送器對(duì)代表裝煤量的信號(hào)進(jìn)行放大、濾波和噪音特征譜識(shí)別，輸出符合DDZIII型儀表標(biāo)準(zhǔn)、正比于磨煤機(jī)裝煤量的直流電流信號(hào)。該傳感變送器還具有Profibus現(xiàn)場(chǎng)總線接口，可方便地與現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)對(duì)接。 　　磨煤機(jī)是一個(gè)大慣性、純滯后、動(dòng)態(tài)特性復(fù)雜的對(duì)象，數(shù)學(xué)模型難以建立，而且其數(shù)學(xué)模型隨著時(shí)間變化也在緩慢變化著。針對(duì)磨煤機(jī)運(yùn)行的這一特點(diǎn)，其基本控制策略適于采用模糊PI。模糊PI是近幾年發(fā)展起來的一種PID改進(jìn)算法，這種控制方法不需要知道被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，可以根據(jù)運(yùn)行人員的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié)模糊控制規(guī)律，并在被控量接近給定值時(shí)，采用PI控制，以保證被控量快速，穩(wěn)定地運(yùn)行在給定值上。我們的研究表明，該模糊PI控制器能夠獲得良好的動(dòng)、靜態(tài)控制性能，可以保證磨煤機(jī)內(nèi)的存煤量快速準(zhǔn)確地穩(wěn)定在設(shè)定值。 　　采用自適應(yīng)的方法可以使給出的設(shè)定值能真正代表并能實(shí)時(shí)跟隨磨煤機(jī)的最佳工作點(diǎn)。深入分析磨煤機(jī)的工作特性曲線（圖2－1），有助于尋找磨煤機(jī)的最佳工作點(diǎn)，即磨機(jī)的最大出力點(diǎn)。在圖2－1中，音頻信號(hào)是隨著磨煤機(jī)內(nèi)存煤量的增加而遞減的，見曲線3。為了方便起見，在音頻變送器中對(duì)信號(hào)進(jìn)行了簡(jiǎn)單的處理，把遞減的音頻特性曲線轉(zhuǎn)換成遞增的曲線，如圖中曲線4所示，這時(shí)信號(hào)大就表示磨煤機(jī)內(nèi)的存煤量多。 通過對(duì)磨煤機(jī)特性曲線的分析可以得到以下一些結(jié)論： a. 磨煤機(jī)的最大出力點(diǎn)即最佳工作點(diǎn)在圖中的f2點(diǎn)。 [align=center] 曲線1為功率特性，曲線2為出力特性，曲線3為音頻特性，曲線4為處理后的音頻特性 圖2-1 磨煤機(jī)的工作特性曲線[/align] b. 在磨煤機(jī)的運(yùn)行中，當(dāng)其內(nèi)存煤量較少時(shí)，因鋼球相互碰撞導(dǎo)致磨煤機(jī)噪音（即音頻）信號(hào)較強(qiáng)；隨著其內(nèi)存煤量的不斷增加，鋼球間的空隙逐漸被物料填滿，因而磨煤機(jī)噪音信號(hào)逐漸減弱。當(dāng)磨煤機(jī)出力達(dá)到最大時(shí)（圖中f2點(diǎn)），鋼球間填滿了煤塊，噪音信號(hào)也就基本不變了。反映在圖中曲線3，噪音信號(hào)變得非常平坦�？梢岳迷胍羟�到達(dá)最大出力點(diǎn)后變化率很小這一特性。 c. 磨煤機(jī)的運(yùn)行范圍可劃分為3個(gè)區(qū)間，如圖2－1中I，II，III所示。可以看出：磨煤機(jī)工作在I區(qū)時(shí)耗電量較大，出力較小，顯然不合適；工作在III區(qū)時(shí)易于堵煤，發(fā)生滿灌事故。II區(qū)是最佳的運(yùn)行區(qū)域，并且應(yīng)盡可能使磨煤機(jī)的工作點(diǎn)向f2點(diǎn)靠攏。 　　隨著時(shí)間的變化，圖2-1中的曲線會(huì)發(fā)生漂移，但各曲線的相對(duì)位置不變，采用在線自適應(yīng)方法可以實(shí)時(shí)跟蹤最大出力點(diǎn)，保證磨煤機(jī)始終運(yùn)行在最佳工況。 2．關(guān)鍵技術(shù) 　　本產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)是：運(yùn)行過程中磨煤機(jī)內(nèi)裝煤量的智能檢測(cè)技術(shù)、制粉系統(tǒng)的控制策略、控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的模塊化、軟件功能模塊化。 　　磨煤機(jī)內(nèi)裝煤量檢測(cè)技術(shù)：采用自主開發(fā)的智能音頻信號(hào)傳感—變送器來實(shí)現(xiàn)。該變送器的核心采用DSP處理器，可實(shí)現(xiàn)音頻信號(hào)的頻段選擇，數(shù)字濾波，能量積分，有效值變換等功能，其作用是在磨煤機(jī)運(yùn)行噪音中檢出與裝煤量相對(duì)應(yīng)的頻段，濾除機(jī)械噪音，并對(duì)相關(guān)頻段進(jìn)行能量累計(jì)和有效值變換，從而間接得到磨煤機(jī)內(nèi)的存煤量。其結(jié)果可以用4～20mA模擬量輸出，也可通過Profibus-DP現(xiàn)場(chǎng)總線來傳輸。 音頻信號(hào)傳感—變送器的結(jié)構(gòu)如圖2-2所示： [align=center] 圖2-2 音頻信號(hào)傳感—變送器的結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　磨機(jī)負(fù)荷的控制策略：針對(duì)磨煤機(jī)大慣性、純滯后及參數(shù)時(shí)變的特點(diǎn)，采用自適應(yīng)——模糊PI相結(jié)合的控制策略及雙層控制結(jié)構(gòu)，如圖2-3所示。圖中自適應(yīng)控制器的作用是給出一個(gè)適當(dāng)?shù)脑O(shè)定值R；而模糊PI控制器則保證了被控對(duì)象的輸出可以跟隨該設(shè)定值。 　　自適應(yīng)的引入，使控制系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)跟蹤最大出力點(diǎn)，保證磨煤機(jī)始終運(yùn)行在最佳工況，從而真正起到節(jié)能降耗的效果。自適應(yīng)－模糊PI相結(jié)合的控制策略，不僅可以保證磨煤機(jī)始終運(yùn)行在最佳狀態(tài)下，而且能達(dá)到安全節(jié)能、提高產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的目的。 [align=center] 圖2-3 磨煤機(jī)自適應(yīng)—模糊PI控制系統(tǒng)[/align] 　　磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)的模塊化：針對(duì)火電廠不同磨煤機(jī)類型推出了直接數(shù)字控制（DDC）、小規(guī)模現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）和與現(xiàn)有大型DCS系統(tǒng)相融合等實(shí)現(xiàn)方式，使系統(tǒng)更具有適應(yīng)性和通用性。 　　采用DDC系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)磨煤機(jī)的負(fù)荷控制，適用于磨煤機(jī)數(shù)量較少（如只有1-2臺(tái)）的情況，此時(shí)，磨煤機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)既可以自成體系，也可以方便地連入已有控制網(wǎng)絡(luò)，具有結(jié)構(gòu)緊湊和操作方便的特點(diǎn)。 　　對(duì)擁有多臺(tái)磨煤機(jī)的發(fā)電廠，采用如圖2-4所示的兩級(jí)分布式集散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，可以保證系統(tǒng)具有較高的可靠性，某個(gè)單回路調(diào)節(jié)器出現(xiàn)故障只會(huì)影響該磨機(jī)系統(tǒng)，不會(huì)對(duì)鄰近的磨機(jī)控制系統(tǒng)造成不良影響。此外，由于每個(gè)磨煤機(jī)系統(tǒng)都可以采用一臺(tái)調(diào)節(jié)器或PLC系統(tǒng)進(jìn)行控制，因此控制算法的編寫、調(diào)試和修改都很方便，易于取得良好的控制效果。 　　小規(guī)模的現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）不僅可實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷的控制，也極易擴(kuò)展到整個(gè)制粉系統(tǒng)的控制和監(jiān)視，代替原有的儀表控制系統(tǒng)，提高整個(gè)工廠的自動(dòng)化水平，該方案尤其適合于未進(jìn)行FCS系統(tǒng)改造的中小型發(fā)電廠。 [align=center] 圖2-4 小型兩級(jí)分布式現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖[/align] 　　利用大型DCS現(xiàn)有的軟硬件實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷控制，可以達(dá)到磨機(jī)負(fù)荷控制與現(xiàn)有DCS系統(tǒng)的完全融合，且由于充分利用了DCS的可擴(kuò)展性，無需追加過多的投資，并可以大大減小系統(tǒng)開發(fā)和維護(hù)的工作量，對(duì)已實(shí)現(xiàn)DCS技術(shù)改造的企業(yè)來說是一種值得推薦的實(shí)施方案。該方案將智能磨音傳感器的信號(hào)通過現(xiàn)場(chǎng)總線或模擬量提供給DCS系統(tǒng)，控制邏輯利用DCS組態(tài)實(shí)現(xiàn)，工作量最小，而可靠性卻很高。 　　軟件功能模塊化：本產(chǎn)品針對(duì)火電廠磨煤機(jī)控制開發(fā)了一套小型的組態(tài)軟件，上述各種控制系統(tǒng)除了用電廠現(xiàn)有DCS系統(tǒng)控制外，均可利用該組態(tài)軟件進(jìn)行編程和監(jiān)控，做到了軟件功能的模塊化，更有利于產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用。 　　綜上所述，該系統(tǒng)由于采用音頻傳感—變速器，在國內(nèi)率先解決了火電廠磨煤機(jī)負(fù)荷無法準(zhǔn)確測(cè)量的難題；針對(duì)磨煤機(jī)的運(yùn)行特點(diǎn)，在國內(nèi)外首先提出了自適應(yīng)—模糊PI控制相結(jié)合的控制策略及雙層控制結(jié)構(gòu)，結(jié)束了長(zhǎng)期以來火電廠磨煤機(jī)負(fù)荷不易控制或控制效果不佳的歷史；根據(jù)各個(gè)用戶的不同需要和要求，采用了硬件模塊化、軟件模塊化的結(jié)構(gòu)，更適合中國國情和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，為系統(tǒng)的產(chǎn)品化和推廣應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，從而使該系統(tǒng)成為集測(cè)量學(xué)、電子學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和自動(dòng)控制等學(xué)科結(jié)合的高科技產(chǎn)品。 　　該產(chǎn)品能實(shí)現(xiàn)球磨機(jī)節(jié)電10-35%,降低鋼球襯板10-30%水泥增產(chǎn)10%以上,增加細(xì)度,降低噪音,延長(zhǎng)機(jī)器設(shè)備使用壽命,投資回報(bào)期約為一年左右,技術(shù)領(lǐng)先國際水平,投資回收期短,主要應(yīng)用于電廠,水泥廠,陶瓷廠以及所有應(yīng)用球磨機(jī)的企業(yè),有著很廣泛的市場(chǎng)前景。