我國電網(wǎng)的能源結(jié)構(gòu)是以燃煤電站為主。已有的燃煤電站，大多采用球磨機制粉系統(tǒng)。在新設(shè)計的燃煤電站中，仍有相當一部分機組采用的是球磨機制粉系統(tǒng)。因此，如何解決中間倉儲式球磨機制粉系統(tǒng)長期存在的制粉單耗高、經(jīng)濟性差、自動控制難以長期穩(wěn)定地投入運行等問題，就具有重大的經(jīng)濟意義和現(xiàn)實意義。目前，對球磨機制粉系統(tǒng)的筒內(nèi)料位、風量等參數(shù)和斷煤、堵磨等事故工況仍缺乏有效可靠的監(jiān)測手段。
本研究試圖通過對球磨機軸承振動信號、球磨機差壓、電流信號的綜合分析以確保球磨機在最佳料位下運行，達到降低制粉單耗的目的。并能對斷煤、堵磨等故障工況進行判斷，確保球磨機制粉系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。
    三門峽富通新能源銷售球磨機、雷蒙磨粉機等磨機設(shè)備。
1、基于振動信號的球磨機料位測量原理
    球鼓內(nèi)存煤少時，鋼球間、鋼球與煤間產(chǎn)生的撞擊作用增大，振動量信號加大；反之，振動量信號減弱。隨著存煤量的增加，出力逐漸增加。當存煤量達到一定時，球磨機的出力將達到最大。繼續(xù)使存煤量增加，出力反而減小，球磨機將出現(xiàn)進煤大于出粉的情況，球鼓內(nèi)存煤量急劇上升，造成堵磨。球磨機出力達到最大前，其出入口差壓變化較平穩(wěn)；達到最大出力后，如繼續(xù)加大給煤量，磨進出口差壓由正常時的緩慢增加，轉(zhuǎn)化為急劇增大，造成堵磨。上述關(guān)系的表述如圖l所示，其中曲線1表征球磨機總功率和存煤量的關(guān)系，曲線2表征球磨機無效碰撞功率和存煤量的關(guān)系，曲線3表征球磨機有效功率即球磨機出力和存煤量的關(guān)系，曲線4表征球磨機進出口差壓與存煤量的關(guān)系。
    對轉(zhuǎn)速固定的球磨機來講，由于所消耗的總功率在空載和帶負荷運行時差別不大，故由滾筒傳遞給鋼球的能量基本確定。這部分能量主要用于磨煤和激發(fā)球磨機滾筒振動。其中磨煤所消耗功率的大小直接和物料量有關(guān)。因此滾筒振動所消耗功率與存煤量高低成一定的關(guān)系，即滾筒振動較強時，與之相對應(yīng)的球磨機存煤量較低，滾筒振動較弱時，則與之相對應(yīng)的球磨機存煤量較高。
    球磨機的振動信號來源，除了上面所述鋼球撞擊滾筒所激發(fā)的滾筒振動外，還存在一些其他振動信號來源，如傳動系統(tǒng)振動、基礎(chǔ)振動等：此外，傳遞路徑及結(jié)構(gòu)振動的聲輻射及頻域特性對在測量點拾取的振動信號頻域特性也有一定影響。故必須在沖擊脈沖力所激發(fā)的滾筒振動中尋找能量最強，對存煤量變化最敏感的頻帶作為監(jiān)測頻帶，才能將其他“干擾”的影響降低到最小。
    根據(jù)文獻資料，滾筒在2～5 kHz頻帶內(nèi)振動能量較高，對存煤量變化的靈敏率也較高，是監(jiān)測存煤量的最佳頻帶。振動以頻譜形式表示時，包含3個部分的內(nèi)容：振動位移頻譜特性、振動加速度頻譜特性和振動速度頻譜特性。球磨機振動的位移頻譜特性是常量，而從以往資料分析和實踐經(jīng)驗看，加速度頻譜特性比速度頻譜特性反應(yīng)更加靈敏。因而本研究選用加速度信號傳感器測量軸承振動，并對采集信號進行FFT變換。
2、球磨機優(yōu)化運行工況監(jiān)測參數(shù)的選擇
    除了第1節(jié)提到的用軸承振動的加速度信號進行FFT監(jiān)測球磨機的存煤量之外，球磨機運行工況的參數(shù)選擇還有許多。如，磨出口負壓、給煤機轉(zhuǎn)速、磨進出口溫度、磨的進出口差壓、磨煤機的電流、磨的通風量、磨的循環(huán)風量等。要優(yōu)化球磨機的運行工況，必需從眾多可測量參數(shù)中選擇能夠反映球磨機優(yōu)化運行工況的典型參數(shù)。在本球磨機監(jiān)測系統(tǒng)中，除了磨煤機的前后軸承振動信號外，還選擇了磨煤機的電流和磨煤機的進出口差壓信號。磨煤機的電流直接反映磨煤機的實際功耗。磨煤機的進出口差壓和磨進出口差壓變化率在堵磨的時候變化都很快，可直接反映堵磨這一事故工況。所以，本系統(tǒng)對球磨機優(yōu)化運行工況監(jiān)測參數(shù)的選擇是合理可行的。
3、便攜式球磨機優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)的硬件設(shè)計
    便攜式球磨機優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)組成如圖2所示。壓電式加速度傳感器采用我國某空間研究所研制的新型壓電式加速度傳感器。電壓晶體為陶瓷晶體，其抗噪性能好，對于高頻和低頻信號反應(yīng)靈敏。它由正負12 V直流電壓供電，輸出為正負5V的交流電壓。加速度傳感器的安裝位置如圖所示，大體在圓周右下方45。左右。試驗過程中可以用磁力很強的磁鋼將傳感器固定在球磨機軸承座上，系統(tǒng)正式投用時需固定安裝。采集前置放大器由可編程放大器、衰減放大器、光繼電器、V/I轉(zhuǎn)換器和單片機組成。
    本系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡采用美國某公司生產(chǎn)的TypeIl PCMCIA系列數(shù)據(jù)采集卡。該數(shù)據(jù)采集卡具有采集精度高（A/D轉(zhuǎn)換精度是16位）、系統(tǒng)采集通道易擴展（差分4通道／單端8通道，可最大擴展至128通道）、工作性能穩(wěn)定、采樣頻率范圍寬（采樣頻率從0.006 Hz—100kHz）等特點。
    目前本系統(tǒng)接入4路信號，即球磨機前軸承振動加速度信號，后軸承振動加速度信號，球磨機的電流和球磨機的進出口差壓信號。
4、便攜式球磨機優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)的驅(qū)動軟件設(shè)計
    驅(qū)動程序是本系統(tǒng)獲取球磨機實時數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。Type IIPCMCIA系列數(shù)據(jù)采集卡的驅(qū)動程序編制很有自己的特點。對同一型號的采集卡，可共用同一個依賴于硬件的驅(qū)動（即相同的配置文件），獨立于硬件的驅(qū)動和用戶的應(yīng)用程序。對不同型號的采集卡，其依賴于硬件的驅(qū)動應(yīng)不同（即配置文件應(yīng)不同），但可以共用相同的獨立于硬件的驅(qū)動和相同的用戶應(yīng)用程序。這就意味著，在原有的系統(tǒng)上新加入一塊不同型號采集卡，只需建立一個新的配置文件即可。  而應(yīng)用程序幾乎不用修改。這就使得采集卡的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)非常靈活且便于擴展系統(tǒng)加入新的采集卡。這就是該系列采集卡的優(yōu)勢所在。
4.1驅(qū)動的配置文件
    驅(qū)動的配置文件主要有2個：通用配置數(shù)據(jù)文件和A/D轉(zhuǎn)換器配置文件。
    (l)通用配置數(shù)據(jù)文件。
    所有的數(shù)據(jù)采集卡必需一個通用配置數(shù)據(jù)文件。該配置數(shù)據(jù)文件由DAQDRIVE的配置應(yīng)用程序產(chǎn)生。主要指設(shè)定采集卡的基址，中斷優(yōu)先級，DMA通道。對于本數(shù)據(jù)采集卡，其基址默認為O，即意味著每當采集卡打開開始運行時，由DAQDRIVE決定基址、中斷優(yōu)先級和DMA通道。對于本采集卡，不支持DMA方式，即從數(shù)據(jù)采集卡取數(shù)據(jù)時由主機CPU控制而不是由DMA控制器控制。中斷優(yōu)先級采用DAQDRIVE的配置應(yīng)用程序的默認設(shè)置。
    (2) A/D轉(zhuǎn)換器配置文件。
    主要指定A/D轉(zhuǎn)換器(通常只有一個A/D轉(zhuǎn)換設(shè)備：ADCO)、通道（下拉菜單顯示可獲得的A/D輸入通道）、輸入模式、信號類型（單極或雙極）、增益（本采集卡沒有硬件增益設(shè)置，在軟件運行時，由程序進行設(shè)置）。