球磨机料位自动控制原理及应用

摘要:对球磨机料位控制从自动控制方面进行了系统的分析和总结。介绍了具体应用方法。 关键词: 球磨机 自动控制 应用 1 磨粉过程自动控制系统的原理概述 球磨粉自动控制的目的是对磨粉粒度进行控制，尽可能地提高球磨粉制品的质量。采用计算机技术的磨粉控制系统可以提高产能、提高控制精度。 1.1 球磨机的工作原理及运行特性 通常的球磨机是一个内装钢球。内壁衬有波浪型锰钢护甲的圆筒。筒体一边为原料进口与吹扫风进口，另一边为气粉混合物的出口。筒体经电动机、减速装置转动以低速旋转，在离心力和摩檫力的作用下，护甲将钢球及原料提升至一定的高度。然后借用重力自由下落。原料主要被球击碎，，同时还受到钢球之间、钢球与护甲之间的挤压与研磨。磨好的粉子作为配料系统的原料，进入下道工序。球磨机投人运行之后。噪音信号、出人口差压与出力之间的 关系见图1： 当球磨机内的料量不断增加时。球磨机的功率不断增加直到最大，但是，球磨机发现噪音信号，基本上是按较大的斜率呈直线下降。随着料量的不断增加，球磨机的人出口压差也在略微增加。当进料量大于出料量时。压差就急剧上升。 根据图1所示的曲线特性可以看出。球磨机发出的噪音信号是能够反映出磨机内的物料量。在球磨机转速不变，钢球量一定的某一个时期内，通过测量磨机发出的噪音信号，就能直接的探测球磨面内的物料量。因此，稳定磨机的供料量。控制吹扫风量，使它们的关系趋于平衡，就能够控制磨机的磨粉粒度。 1.2 球磨机磨粉的控制难度 1)现有的球磨机从其运行特性来看。噪音是一个变化显著的参数，它是以磨机内物料量为基础的。但是由于球磨机内的运行环境复杂和测量手段有较大的误差。所以控制方案在构成上可能会有一定的局限性。 2)球磨机的磨粉控制系统实际是多输人、多输出的多变量、强耦合、大惯性、大延时的时变系统。采用常用的PID控制强行割裂各变量之间的关系。不但得不到较好的效果，而且还极易造成系统的不稳定。 3)球磨机的磨粉控制，除了被控参数给料量、供风量的扰动外。还受到钢球量、物料的粒度以及含水量的影响。 1.3 现用磨分系统的工艺 一般的磨粉系统的操作第一种是采用球磨机的人出口压差为控制参数，第二种是采用手动操作。依靠操作者的经验进行控制，以上两种方法存在控制精度低，磨粉的粒度波动大，磨粉产量及质量较难控制。对制品的质量影响较大。 一般的磨粉系统工艺见图2： 2 自动控制系统的组成 控制系统是由软硬件两大部分组成，分别介绍如下： 2.1 控制系统的软件构成 软件的控制策略拟采用仿人智能控制方案。它是依据智能控制的原理，仿造人的思维对球磨机进行智能解耦，以保证球磨机的安全、可靠运行，其软件核心是由智能逻辑判断器和智能算法控制器组成。 智能逻辑判断器的设计依据是运行人员的操作经验，根据输入量误差和其变化量制定相应的控制策略，原则为：(1)根据球磨机发出的噪音信号，调整控制圆盘给料机的下料量。使料量达到稳定范围。 (2)调整风量档板，控制两个回路使其达到平衡。智能算法控制器是根据球磨机系统的耦合情况，将控制器分为三个子回路，每个回路均采用智能算法，并根据其输入的变化情况选择相应的算法，达到仿人控制的目的。 2.2 控制系统的硬件构成 控制系统的硬件是由：PLC、上位计算机、隔离及变换器、变频器、噪音及变换装置、流量计、电动挡板阀、电动蝶阀、负压变送器等设备构成。新构成的控制系统能够较全面地检测磨粉工艺的关键参数，通过这些参数的检测给PI C及计算机提供足够的信息，以便控制系统进行综合处理，作出正确的判断，给出准确的控制信号，使磨粉系统能按照预先的控制要求工作。控制系统构成原理框图见图3 3 控制系统的控制原理 3.1 球磨机的定量下料控制 自控要根据球磨机的实际负荷大小，由PLC比较操作人员设定的给定量(这个给定量是通过工业现场的实验确定)，通过变频器改变圆盘给料器的转速，以达到调节下料量，使下料量稳定在给定量左右，最终使磨粉机工作稳定，磨粉质量达标的要求。 但是，稳定匀速的给料控制，必须有以之相适应的，符合质量控制要求的风量做保证才能有较理想的控制效果。所以，球磨机的定量下料控制不是一个孤立的控制系统，它要和鼓风机的鼓风总量。收尘器的入口风量、旋风分离器的风量等相对应，组成一个大的控制系统，统一协调控制。 在该系统中，球磨机的料位通过电耳测出磨机内钢球撞击的声音大小来间接反映，通过噪单预处理装置和电耳变换器转换成4—20mA 的标准信号给PLC控制器，再通过PLC控制器设定和显示球磨机的料位，并输出电流或电压控制信号给变频器，由变频器控制给料机的转速，从而控制下料量的多少，最终达到球磨机内物料的自控。 3.2 球磨机风量控制 球磨机风量的自动控制是根据收尘器、旋风分离器、鼓风机的风量以及球磨机磨粉粒度的要求和下料量的大小，统一集中控制。PLC根据球磨机磨粉粒度和下料量的设定数值，通过变频器控制鼓风机的转速，通过解藕算法控制收尘器风量挡板和球磨机入口风量挡板来达到球磨机风量、磨粉粒度和下粒量等参量的动态平衡，实现自控。 3.3 磨粉控制各参数的逻辑关系 控制系统各主要参数的逻辑关系仅仅是在控制系统实施前，借鉴其他公司的一些经验提出的理论设想，在实施过程中还要不断地结合操作人员的实际经验进行修正和改进，直到控制效果达到实用阶段方可确定各参数之间的逻辑关系(图6)。 4 其它要说明的技术问题 采用计算机技术控制的磨粉系统，其系统成功的关键是旋风分离器、鼓风机、袋式收尘器风量的稳定和球磨机下料量的基本恒定，并且各参数之间的比例关系协调达到动态平衡。通过生产实际寻找出：粒度目数～ 袋式收尘器风量一旋风分离器风量一球磨机料位之间的关系，在一定的风量下，控制球磨机的喂料速度。寻找到球磨机内的料位、球磨机转速及磨粉粒度之间的最佳结合点。需要说明的是球磨机在磨制不同的物料时，上述各参数之间关系要通过试验进行摸索，找出不同物料进行磨制时的最佳设定值。 磨粉系统的自动控制仅仅依赖PI C是不能达到较好的控制效果，关键的设备是需要使用噪音预处理装置和电耳变换器及电耳，并配合上位机处理软件。目前。在国内许多水泥、碳素生产厂较多使用子瑞士哈斯勒公司生产的电耳及电耳变换器，并取得了较好的控制效果。