在化工、火力發(fā)電、礦石開采、冶煉等行業(yè)中都有著廣泛的應(yīng)用，由于球磨機(jī)的結(jié)構(gòu)及控制特性，使得球磨機(jī)的能耗一直居高不下。在新時(shí)期，為進(jìn)一步提高球磨機(jī)的生產(chǎn)效率、降低能耗，需要對(duì)球磨機(jī)的控制進(jìn)行全面的自動(dòng)化改造，在保障球磨機(jī)安全性的基礎(chǔ)上節(jié)能增效。

一、球磨機(jī)系統(tǒng)簡介

球磨機(jī)系統(tǒng)的工作是由給料機(jī)將物料從進(jìn)料端送入到球磨機(jī)內(nèi)，根據(jù)通入到球磨機(jī)內(nèi)的熱風(fēng)將被破碎研磨后的物料吹送出球磨機(jī)，這些被吹送出球磨機(jī)的物料是氣粉混合物，并且考慮經(jīng)過粗粉分離后，將過粗的物料粉末重新送入到球磨機(jī)內(nèi)進(jìn)行再次研磨。現(xiàn)今應(yīng)用于球磨機(jī)的控制系統(tǒng)的形式主要有：基于工控機(jī)的分布式控制系統(tǒng)、一般的集散控制系統(tǒng)、基于IPC和PLC的分布式控制系統(tǒng)和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)等。在這些控制系統(tǒng)中，工控機(jī)在整體結(jié)構(gòu)上及工作可靠性方面都存在著一定的缺陷，可維護(hù)性較差。DCS控制系統(tǒng)是一種模擬量控制較多的系統(tǒng)，多應(yīng)用于是石油化工等行業(yè)，成本較高。在IPC+PLC的控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，通過使用PLC構(gòu)成整個(gè)控制系統(tǒng)的控制站，將IPC作為系統(tǒng)的操作站，是一種較為優(yōu)秀的控制系統(tǒng)。

球磨機(jī)的控制系統(tǒng)輸入輸出多且復(fù)雜，其主要控制任務(wù)如下：

（1）確保球磨機(jī)內(nèi)的物料接近較好加工水平，其中物料存儲(chǔ)量是提高球磨機(jī)整體運(yùn)行系統(tǒng)的的關(guān)鍵，可以確保球磨機(jī)以一個(gè)較為經(jīng)濟(jì)的水平運(yùn)行。球磨機(jī)內(nèi)的物料水平是通過球磨機(jī)的輸入輸出來控制的。

（2）為提高球磨機(jī)的干燥能力，應(yīng)盡量提高球磨機(jī)出口的風(fēng)溫，將其控制在一個(gè)較為合理的水平，其中球磨機(jī)出口的風(fēng)溫主要通過熱風(fēng)門的開度來進(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)球磨機(jī)的出口溫度還受到循環(huán)風(fēng)門開度變化的干擾。

（3）球磨機(jī)磨制好的物料需要通過一定的通風(fēng)量來將其帶出球磨機(jī)，因此，需要控制球磨機(jī)的循環(huán)風(fēng)門的開度來調(diào)節(jié)球磨機(jī)的入口風(fēng)壓。

二、球磨機(jī)的整體控制系統(tǒng)的組成

結(jié)合球磨機(jī)的控制需求及球磨機(jī)的生產(chǎn)的實(shí)際情況，在對(duì)比了現(xiàn)今較為常見的控制系統(tǒng)形式優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，采用IPC+PLC與工業(yè)以太網(wǎng)的的控制形式，利用分布式的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)于球磨機(jī)運(yùn)行的整體控制。此種控制方式結(jié)構(gòu)簡單、經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、可靠性較高。

球磨機(jī)的自動(dòng)控制系統(tǒng)采用的是層次化的結(jié)構(gòu)，從球磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的下層到上層分為：信號(hào)檢測(cè)、下層控制、上層控制及管理三個(gè)重要的部分。每一層又橫向發(fā)散進(jìn)行擴(kuò)充，從而使得球磨機(jī)具有極為良好的可擴(kuò)展性，各層之間通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，構(gòu)建成一個(gè)良好的有機(jī)整體，從而有效的提高球磨機(jī)控制的安全性與可靠性。其中球磨機(jī)控制系統(tǒng)的檢測(cè)環(huán)節(jié)包含有：各種模擬的或數(shù)字的傳感器和變送器，實(shí)現(xiàn)對(duì)于球磨機(jī)工作時(shí)的各種現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的測(cè)量。下層控制環(huán)節(jié)主要包含：控制站和信號(hào)站。其中控制站主要實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)和信號(hào)站的數(shù)據(jù)處理與通信交換。信號(hào)站實(shí)現(xiàn)對(duì)于各種輸入信號(hào)的采集及預(yù)處理以及控制信號(hào)的輸出。上層控制站主要分為操作站和球磨機(jī)運(yùn)行系統(tǒng)監(jiān)控站，完成對(duì)于整體控制系統(tǒng)的組態(tài)和球磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

通過對(duì)比并且考慮球磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的控制要求，選用西門子公司的S7系列的PLC作為主控器，搭建一個(gè)小型的集散控制系統(tǒng)，球磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的3層結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)管理和操作管理主要集中在上層控制站中的2臺(tái)上位機(jī)中。下層控制通過使用1臺(tái)S7-400實(shí)現(xiàn)上位機(jī)和下層控制下的數(shù)據(jù)通信，下層的使用3臺(tái)PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)于各種傳感器信號(hào)的采集和處理。通過這種分層控制可以使得球磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性與穩(wěn)定性大為提高，上下層之間的故障不會(huì)進(jìn)行傳遞進(jìn)而影響到整個(gè)控制系統(tǒng)，同時(shí)采用此種結(jié)構(gòu)方便與后期的擴(kuò)展。

通過對(duì)球磨機(jī)自動(dòng)控制信號(hào)的統(tǒng)計(jì)和分析，球磨機(jī)的控制信號(hào)主要有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，其中模擬輸入信號(hào)包括：球磨機(jī)的負(fù)荷、出/入口壓差、出/入口負(fù)壓、粗/細(xì)粉分離器出口負(fù)壓、球磨機(jī)電機(jī)電流、球磨機(jī)風(fēng)門的開度反饋信號(hào)等。球磨機(jī)的模擬輸出信號(hào)主要有：風(fēng)門開度的控制輸出信號(hào)、物料給料的控制信號(hào)等。在統(tǒng)計(jì)分析球磨機(jī)輸入輸出信號(hào)數(shù)目的基礎(chǔ)上留有一定的裕度，選用合適的PLC輸入輸出模塊。下層控制及通信采用的是S7-400PLC來實(shí)現(xiàn)的，不僅是系統(tǒng)總的ProfibusDP和多點(diǎn)接口網(wǎng)絡(luò)的主站，還是整個(gè)球磨機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)的核心控制設(shè)備。結(jié)合球磨機(jī)的控制需求選用的是412-2的CPU，其中底層的S7-200完成了對(duì)于球磨機(jī)輸入輸出信號(hào)的搭建，因此，在下層的S7-400的選擇上僅保持基本設(shè)置即可。在底層的PLC的模塊的選擇上，使用EM231熱電偶模塊和熱電阻模塊作為測(cè)溫模擬量輸入模塊，在模擬量的輸入/輸出環(huán)節(jié)，選用EEM235AI4/AO1模塊。

球磨機(jī)是一種高能耗的大型粉磨設(shè)備，隨著經(jīng)濟(jì)及科技的發(fā)展，對(duì)球磨機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化改造，以提高球磨機(jī)的自動(dòng)化控制水平和工作效率是球磨機(jī)發(fā)展的重要方向。