球磨机自动控制技术研究

在化工、火力发电、矿石开采、冶炼等行业中都有着广泛的应用，由于球磨机的结构及控制特性，使得球磨机的能耗一直居高不下。在新时期，为进一步提高球磨机的生产效率、降低能耗，需要对球磨机的控制进行全面的自动化改造，在保障球磨机安全性的基础上节能增效。

一、球磨机系统简介

球磨机系统的工作是由给料机将物料从进料端送入到球磨机内，根据通入到球磨机内的热风将被破碎研磨后的物料吹送出球磨机，这些被吹送出球磨机的物料是气粉混合物，并且考虑经过粗粉分离后，将过粗的物料粉末重新送入到球磨机内进行再次研磨。现今应用于球磨机的控制系统的形式主要有：基于工控机的分布式控制系统、一般的集散控制系统、基于IPC和PLC的分布式控制系统和现场总线控制系统等。在这些控制系统中，工控机在整体结构上及工作可靠性方面都存在着一定的缺陷，可维护性较差。DCS控制系统是一种模拟量控制较多的系统，多应用于是石油化工等行业，成本较高。在IPC+PLC的控制系统结构中，通过使用PLC构成整个控制系统的控制站，将IPC作为系统的操作站，是一种较为优秀的控制系统。

球磨机的控制系统输入输出多且复杂，其主要控制任务如下：

（1）确保球磨机内的物料接近较好加工水平，其中物料存储量是提高球磨机整体运行系统的的关键，可以确保球磨机以一个较为经济的水平运行。球磨机内的物料水平是通过球磨机的输入输出来控制的。

（2）为提高球磨机的干燥能力，应尽量提高球磨机出口的风温，将其控制在一个较为合理的水平，其中球磨机出口的风温主要通过热风门的开度来进行调节，同时球磨机的出口温度还受到循环风门开度变化的干扰。

（3）球磨机磨制好的物料需要通过一定的通风量来将其带出球磨机，因此，需要控制球磨机的循环风门的开度来调节球磨机的入口风压。

二、球磨机的整体控制系统的组成

结合球磨机的控制需求及球磨机的生产的实际情况，在对比了现今较为常见的控制系统形式优缺点的基础上，采用IPC+PLC与工业以太网的的控制形式，利用分布式的控制系统实现对于球磨机运行的整体控制。此种控制方式结构简单、经济性强、可靠性较高。

球磨机的自动控制系统采用的是层次化的结构，从球磨机自动控制系统的下层到上层分为：信号检测、下层控制、上层控制及管理三个重要的部分。每一层又横向发散进行扩充，从而使得球磨机具有极为良好的可扩展性，各层之间通过数据网络进行数据交换，构建成一个良好的有机整体，从而有效的提高球磨机控制的安全性与可靠性。其中球磨机控制系统的检测环节包含有：各种模拟的或数字的传感器和变送器，实现对于球磨机工作时的各种现场信号的测量。下层控制环节主要包含：控制站和信号站。其中控制站主要实现与上位机和信号站的数据处理与通信交换。信号站实现对于各种输入信号的采集及预处理以及控制信号的输出。上层控制站主要分为操作站和球磨机运行系统监控站，完成对于整体控制系统的组态和球磨机自动控制系统的实时监控。

通过对比并且考虑球磨机自动控制系统的控制要求，选用西门子公司的S7系列的PLC作为主控器，搭建一个小型的集散控制系统，球磨机自动控制系统的3层结构的生产管理和操作管理主要集中在上层控制站中的2台上位机中。下层控制通过使用1台S7-400实现上位机和下层控制下的数据通信，下层的使用3台PLC实现对于各种传感器信号的采集和处理。通过这种分层控制可以使得球磨机自动控制系统的安全性与稳定性大为提高，上下层之间的故障不会进行传递进而影响到整个控制系统，同时采用此种结构方便与后期的扩展。

通过对球磨机自动控制信号的统计和分析，球磨机的控制信号主要有模拟信号和数字信号，其中模拟输入信号包括：球磨机的负荷、出/入口压差、出/入口负压、粗/细粉分离器出口负压、球磨机电机电流、球磨机风门的开度反馈信号等。球磨机的模拟输出信号主要有：风门开度的控制输出信号、物料给料的控制信号等。在统计分析球磨机输入输出信号数目的基础上留有一定的裕度，选用合适的PLC输入输出模块。下层控制及通信采用的是S7-400PLC来实现的，不仅是系统总的ProfibusDP和多点接口网络的主站，还是整个球磨机自动控制系统的核心控制设备。结合球磨机的控制需求选用的是412-2的CPU，其中底层的S7-200完成了对于球磨机输入输出信号的搭建，因此，在下层的S7-400的选择上仅保持基本设置即可。在底层的PLC的模块的选择上，使用EM231热电偶模块和热电阻模块作为测温模拟量输入模块，在模拟量的输入/输出环节，选用EEM235AI4/AO1模块。

球磨机是一种高能耗的大型粉磨设备，随着经济及科技的发展，对球磨机进行自动化改造，以提高球磨机的自动化控制水平和工作效率是球磨机发展的重要方向。