1．  基本原理
　　我國火力發電廠中，磨煤機還在大量的使用，大多數磨煤機還處于人工手動控制的狀態，造成磨機內存煤量變化大，制粉效率低，噸煤耗電量大，鋼球和襯板損耗大，另外，由于制粉狀態變化大，煤粉細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。
　　磨煤機內煤塊、鋼球和襯板相互碰撞產生噪音，該噪音隨著磨煤機內裝煤量的變化而變化。裝煤較少時，鋼球、襯板碰撞的幾率大、能量大，產生的噪音大；隨著裝煤量增多時，因為煤塊的不斷填充，
鋼球、襯板碰撞的幾率減小、能量變小，產生的噪音也減小。因此，用音頻傳感器就可以檢測到磨煤機裝煤變化的多少。借助測量學、電子學、聲學等多學科知識，進一步通過音頻變送器對代表裝煤量的信號進行放大、濾波和噪音特征譜識別，輸出符合DDZIII型儀表標準、正比于磨煤機裝煤量的直流電流信號。該傳感變送器還具有Profibus現場總線接口，可方便地與現場總線系統對接。
　　磨煤機是一個大慣性、純滯后、動態特性復雜的對象，數學模型難以建立，而且其數學模型隨著時間變化也在緩慢變化著。針對磨煤機運行的這一特點，其基本控制策略適于采用模糊PI。模糊PI是近幾年發展起來的一種PID改進算法，這種控制方法不需要知道被控對象的數學模型，可以根據運行人員的實際經驗總結模糊控制規律，并在被控量接近給定值時，采用PI控制，以保證被控量快速，穩定地運行在給定值上。我們的研究表明，該模糊PI控制器能夠獲得良好的動、靜態控制性能，可以保證磨煤機內的存煤量快速準確地穩定在設定值。
　　采用自適應的方法可以使給出的設定值能真正代表并能實時跟隨磨煤機的最佳工作點。深入分析磨煤機的工作特性曲線（圖2－1），有助于尋找磨煤機的最佳工作點，即磨機的最大出力點。在圖2－1中，音頻信號是隨著磨煤機內存煤量的增加而遞減的，見曲線3。為了方便起見，在音頻變送器中對信號進行了簡單的處理，把遞減的音頻特性曲線轉換成遞增的曲線，如圖中曲線4所示，這時信號大就表示磨煤機內的存煤量多。
通過對磨煤機特性曲線的分析可以得到以下一些結論：
a. 磨煤機的最大出力點即最佳工作點在圖中的f2點。

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  磨煤機的工作特性曲線

b. 在磨煤機的運行中，當其內存煤量較少時，因鋼球相互碰撞導致磨煤機噪音（即音頻）信號較強；隨著其內存煤量的不斷增加，鋼球間的空隙逐漸被物料填滿，因而磨煤機噪音信號逐漸減弱。當磨煤機出力達到最大時（圖中f2點），鋼球間填滿了煤塊，噪音信號也就基本不變了。反映在圖中曲線3，噪音信號變得非常平坦�？梢岳�用噪音曲線到達最大出力點后變化率很小這一特性。
c. 磨煤機的運行范圍可劃分為3個區間，如圖2－1中I，II，III所示�？梢钥闯觯耗ッ簷C工作在I區時耗電量較大，出力較小，顯然不合適；工作在III區時易于堵煤，發生滿灌事故。II區是最佳的運行區域，并且應盡可能使磨煤機的工作點向f2點靠攏。
　　隨著時間的變化，圖2-1中的曲線會發生漂移，但各曲線的相對位置不變，采用在線自適應方法可以實時跟蹤最大出力點，保證磨煤機始終運行在最佳工況。
 
2．        關鍵技術
　　本產品的關鍵技術是：運行過程中磨煤機內裝煤量的智能檢測技術、制粉系統的控制策略、控制系統硬件結構的模塊化、軟件功能模塊化。
　　磨煤機內裝煤量檢測技術：采用自主開發的智能音頻信號傳感—變送器來實現。該變送器的核心采用DSP處理器，可實現音頻信號的頻段選擇，數字濾波，能量積分，有效值變換等功能，其作用是在磨煤機運行噪音中檢出與裝煤量相對應的頻段，濾除機械噪音，并對相關頻段進行能量累計和有效值變換，從而間接得到磨煤機內的存煤量。其結果可以用4～20mA模擬量輸出，也可通過Profibus-DP現場總線來傳輸。
音頻信號傳感—變送器的結構如圖2-2所示：

　　磨機負荷的控制策略：針對磨煤機大慣性、純滯后及參數時變的特點，采用自適應——模糊PI相結合的控制策略及雙層控制結構，如圖2-3所示。圖中自適應控制器的作用是給出一個適當的設定值R；而模糊PI控制器則保證了被控對象的輸出可以跟隨該設定值。
　　自適應的引入，使控制系統能夠實時跟蹤最大出力點，保證磨煤機始終運行在最佳工況，從而真正起到節能降耗的效果。自適應－模糊PI相結合的控制策略，不僅可以保證磨煤機始終運行在最佳狀態下，而且能達到安全節能、提高產品質量和產量的目的。

圖2-3  磨煤機自適應—模糊PI控制系統

　　磨煤機負荷控制系統硬件結構的模塊化：針對火電廠不同磨煤機類型推出了直接數字控制（DDC）、小規模現場總線控制系統（FCS）和與現有大型DCS系統相融合等實現方式，使系統更具有適應性和通用性。
　　采用DDC系統實現磨煤機的負荷控制，適用于磨煤機數量較少（如只有1-2臺）的情況，此時，磨煤機負荷控制系統既可以自成體系，也可以方便地連入已有控制網絡，具有結構緊湊和操作方便的特點。
　　對擁有多臺磨煤機的發電廠，采用如圖2-4所示的兩級分布式集散控制系統結構，可以保證系統具有較高的可靠性，某個單回路調節器出現故障只會影響該磨機系統，不會對鄰近的磨機控制系統造成不良影響。此外，由于每個磨煤機系統都可以采用一臺調節器或PLC系統進行控制，因此控制算法的編寫、調試和修改都很方便，易于取得良好的控制效果。
　　小規模的現場總線控制系統（FCS）不僅可實現磨機負荷的控制，也極易擴展到整個制粉系統的控制和監視，代替原有的儀表控制系統，提高整個工廠的自動化水平，該方案尤其適合于未進行FCS系統改造的中小型發電廠。

圖2-4  小型兩級分布式現場總線控制系統結構圖

　　利用大型DCS現有的軟硬件實現磨機負荷控制，可以達到磨機負荷控制與現有DCS系統的完全融合，且由于充分利用了DCS的可擴展性，無需追加過多的投資，并可以大大減小系統開發和維護的工作量，對已實現DCS技術改造的企業來說是一種值得推薦的實施方案。該方案將智能磨音傳感器的信號通過現場總線或模擬量提供給DCS系統，控制邏輯利用DCS組態實現，工作量最小，而可靠性卻很高。
　　軟件功能模塊化：本產品針對火電廠磨煤機控制開發了一套小型的組態軟件，上述各種控制系統除了用電廠現有DCS系統控制外，均可利用該組態軟件進行編程和監控，做到了軟件功能的模塊化，更有利于產品的推廣和應用。
　　綜上所述，該系統由于采用音頻傳感—變速器，在國內率先解決了火電廠磨煤機負荷無法準確測量的難題；針對磨煤機的運行特點，在國內外首先提出了自適應—模糊PI控制相結合的控制策略及雙層控制結構，結束了長期以來火電廠磨煤機負荷不易控制或控制效果不佳的歷史；根據各個用戶的不同需要和要求，采用了硬件模塊化、軟件模塊化的結構，更適合中國國情和現場實際，為系統的產品化和推廣應用奠定了堅實的基礎，從而使該系統成為集測量學、電子學、計算機科學和自動控制等學科結合的高科技產品。
　　該產品能實現球磨機節電10-35%,降低鋼球襯板10-30%水泥增產10%以上,增加細度,降低噪音,延長機器設備使用壽命,投資回報期約為一年左右,技術領先國際水平,投資回收期短,主要應用于電廠,水泥廠,陶瓷廠以及所有應用球磨機的企業,有著很廣泛的市場前景.