CN101623667B - 磨机负荷自动控制方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种磨机负荷自动控制方法，根据预先设定的周期，采集磨机的电流信号将所述电流信号依次记录，并找到所述电流信号的拐点；根据所述电流信号的拐点确定磨机最佳优化区；选取所述优化区的两端电流值；将预定周期采集的当前所述电流信号作为磨机电流实测值与所述优化区的两端电流值进行比较，如果所述电流实测值在所述优化区的两端电流值范围内，则继续将下一周期采集的所述电流实测值与所述优化区的两端电流值进行比较；否则，调整所述磨机的电流值实测，使所述电流值实测在所述优化区域范围内，继续将下一周期采集的电流实测值与所述优化区的两端电流值比较。从而可以很好地检测到磨机内料位的变化，实现优化经济运行，降低电耗。

Description

磨机负荷自动控制方法及系统

技术领域

本发明涉及一种磨机控制方法和系统，特别涉及一种磨机负荷的自动控制方法和系统。

背景技术

磨机广泛用于是在水泥建材、矿山冶金、火电能源、工程机械、交通运输等行业的制粉系统或是原料破碎系统中，是以上行业中的最重要的设备之一。在现代冶金、水泥、非金属矿及燃煤电厂等企业中，磨机是用以粉碎矿石及煤块的重型设备。比如在燃煤电厂，钢球煤磨机是四大辅机之一，是制粉系统的主体设备，主要用于粉磨各种硬度的煤炭，是电厂中耗电最多的设备之一。

在国内发电厂中，钢球磨机占各类磨煤机总量的30％以上，在水泥行业中70％以上。钢球磨机的优点是运行可靠、维护简单、对煤种适应性强和检修费用低等，缺点是设备庞大，噪声大，钢球及衬板磨损大，运行电耗高(据统计，电站制粉系统用电量占厂用电量的15％～25％，水泥行业磨机用电量占厂用电量的60％～70％)，运行所监视及控制的主要参数相互影响，偶合性大，使得其难于实现自动控制。

钢球磨机负荷控制是自动控制领域的一大难点。以燃煤电厂为例，目前国内大部分电厂的磨机调整信号采用磨机出入口风的压差大小表示煤量的增大或减小。但根据实际运行情况，压差的变化不等于煤量的变化，煤量变化时压差未必有变化，所以磨机压差信号不能真实反映煤量的变化。另外，相关的优化控制国内外都有相关的研究，提出预测控制、解耦控制等控制方法，但往往难与球磨机的实际特性很好地结合。

由于磨机是一个典型三输入三输出的耦合系统，具有时变性、大迟延等特点，并且由于测量技术的限制，影响制粉经济性的料位难以准确的测量，长期以来国内绝大部分磨机都处于手动控制状态或音频信号控制状态。其中，采用手动控制，制粉系统很难工作在最佳工况、磨机电耗高，而且增大了运行人员的劳动强度，进而增加了成本。采用音频信号控制，通过磨机只装钢球运行，到逐渐加料，音频信号将逐渐减小，因此通过音频信号的大小可以反映磨机内料位的高低，然而，该控制方法一方面要增加音频设备及专用控制器的投资，另外需要经常手动标定修正，因此难以长期稳定有效的投入自动。

本发明针对上述问题，提出了一种磨机负荷自动控制方法及系统，磨机负荷自动控制系统具有实用性，自动投入安全稳定性好，通过优化调整技术，可以很好地检测到磨机内料位的变化，实现磨机优化经济运行，降低电耗。

发明内容

本发明提供一种磨机负荷自动控制方法和系统，通过控制调整磨机的电流或功率，实现磨机安全、稳定、并在能够保持磨机达到最佳存料量的优化区域内进行运行。

为解决上述问题，本发明提供一种磨机负荷自动控制方法，包括：

步骤S1：根据预先设定的周期，采集磨机的电流信号；

步骤S2：将所述电流信号依次记录，并找到所述电流信号的拐点；

步骤S3：根据所述电流信号的拐点确定磨机最佳优化区；

步骤S4：选取所述优化区的两端电流值；

步骤S5：将步骤S1预定周期内采集的当前的所述电流信号作为磨机电流实测值与所述优化区的两端电流值进行比较，如果所述电流实测值在所述优化区的两端电流值范围内，则继续将下一周期采集的所述电流实测值与所述优化区的两端电流值进行比较；否则，执行步骤S6；

步骤S6：将所述电流实测值调整到在所述优化区域范围内，继续执行步骤S5。

优选地，所述步骤S1还包括：将采集的所述电流信号转换为介于4-20mA之间的电流信号。

优选地，所述拐点为所述电流信号从上升到下降过程中的转折点。

优选地，所述优化区为所述拐点后的区域，且所述优化区的大小根据现场测试情况确定。

优选地，所述步骤S6是通过比例积分微分回路对电流实测值进行调整。

本发明还提供一种磨机负荷自动控制系统，包括：

采集单元，根据预先设定的周期，采集磨机的电流信号并发送给处理单元；

所述处理单元，将从所述采集单元接收到的所述电流信号依次记录，通过记录找到所述电流信号的拐点，并根据所述拐点确定所述磨机的最佳优化区，选取所述优化区的两端电流信号值，并输出两端电流信号值到比较单元；

所述比较单元，将所述采集单元采集的当前周期的所述电流信号作为磨机电流实测值与在所述处理单元中选取的所述优化区的两端电流信号值进行比较，如果所述电流实测值在所述优化区的两端电流值范围内，则继续比较下一周期的所述电流实测值与所述优化区的两端电流值；否则，将比较结果发送到调整单元；

所述调整单元，根据所述比较单元的比较结果对所述电流实测值进行调整，将所述电流实测值调整到所述优化区的范围内，返回所述比较单元，继续下一周期的比较。

优选地，所述采集单元还包括：

电流互感器，用来采集电流信号；

电流变送器，将所述电流互感器采集到的电流信号转换为介于4-20mA的电流信号；

信号电缆，将所述电流变送器转换的电流信号发送到所述处理单元。

优选地，所述处理单元还包括：

模拟量输入信号采集卡，中央处理器以及模拟量信号输出卡，其中，

所述模拟量输入信号采集卡将磨机电流信号采集送入所述中央处理器；

所述中央处理器的内存区建立一个数组用来依次记录所述模拟量输入信号采集卡输入的磨机电流信号并找拐点，根据所述拐点确定磨机的最佳优化区及所述优化区的两端电流值并发送至模拟量信号输出卡；

所述模拟量信号输出卡将所述优化区的两端电流值输出至所述比较单元。

优选地，所述调整单元根据接收到的电流实测值，通过PID控制器将电流实测值调整到优化区的范围之内。

与现有技术相比，本发明提供的磨机负荷自动控制方法和系统，通过预先设定的周期采集磨机的电流信号，根据电流信号找到电流信号的拐点，根据所述拐点确定磨机的优化区，所述优化区为所述拐点后的附近区域。因为在这个优化区域内磨机产能最大，并且电耗相对较低。通过将预定周期采集的电流信号作为电流实测值与选取的所述优化区内的两端电流值进行比较，将电流实测值控制在所述优化区范围内。因为磨机运行时控制在优化区域是经济的，控制磨机的给料量，使磨机一直在最佳状态下工作。

附图说明

图1是本发明具体实施例所述磨机负荷自动控制方法流程图；

图2是本发明具体实施例根据磨机电流信号确定优化区的示意图；

图3是本发明具体实施例所述磨机负荷自动控制系统结构图；

图4是本发明具体实施例根据磨机功率确定优化区的示意图。

具体实施方式

本发明提供一种磨机负荷自动控制方法和系统，通过控制调整磨机的电流或功率，实现磨机安全、稳定、并在能够保持磨机达到最佳存料量的优化区域内进行运行。

请参考图1所示，该图为本发明具体实施例所述磨机负荷自动控制方法流程图。

本发明提供一种磨机负荷自动控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据预先设定的周期采集磨机的电流信号。

步骤S2：依次记录所述电流信号，并根据所述电流信号找到电流信号的拐点。

步骤S3：根据所述电流信号的拐点确定磨机最佳优化区。

请参考图2所示，该图为本发明具体实施例根据磨机电流信号确定优化区的示意图。

一般情况下，磨机随着给料量的增加磨机内的料位不断升高，此时磨机的电流也随之增加(同时也表现为磨机的功率增加)，当磨机的料位达到一定值时，随着料位的升高磨机的电流会下降变化(同时也表现为磨机的功率下降)，这个从上升到下降过程的转折点在这里称之为拐点。

磨机的最佳料位就在这个拐点附近，这也是磨机的最佳工作负荷位置，也就是所述的磨机最佳负荷优化区。根据磨机运行机理，优化区内磨机产能达到最大。

步骤S4：选取所述优化区的两端电流值作为设定值。

步骤S5：将步骤S1预定周期内采集的当前的所述电流信号作为磨机电流实测值与所述优化区的两端电流值(设定值)进行比较，如果所述电流实测值在所述优化区两端电流值(设定值)的范围内，则继续将下一周期采集的所述电流信号作为电流实测值与所述优化区的两端电流值(设定值)进行比较；否则，执行步骤S6。

步骤S6：根据比较结果调整所述磨机的电流实测值，使所述电流实测值在所述优化区域范围内，继续执行步骤S5，即：根据预先设定的周期采集电流信号，并作为电流实测值与所述优化区两端电流值(设定值)进行比较。

根据上述内容可以控制每个周期所采集的电流信号(也就是电流实测值)在所述优化区内(也就是设定值范围内)，保证磨机始终在最佳工作负荷区域内进行工作，因为在优化区内的料位值是最经济的。

由于本发明实施例所述磨机负荷自动控制方法，通过预先设定的周期采集磨机的电流信号，根据电流信号找到电流信号的拐点，根据所述拐点确定磨机的优化区，所述优化区为所述拐点后的附近区域。因为在这个优化区域内磨机产能最大，并且电耗相对较低。通过将预定周期采集的电流信号作为电流实测值与选取的所述优化区内的两端电流值进行比较，将电流实测值控制在所述优化区范围内。因为磨机运行时控制在优化区域是最经济的，控制磨机的给料量，使磨机一直在最佳状态下工作。

本发明还提供一种磨机负荷自动控制系统，通过控制调整磨机的电流或功率，实现磨机安全、稳定、并在达到最佳存料量的优化区域内进行运行。

请参考图3，该图为本发明具体实施例所述磨机负荷自动控制系统结构图。

本发明具体实施例所述磨机负荷自动控制系统，具体可以包括以下单元。

采集单元11，用来根据预先设定的周期采集磨机的电流信号。

其中，所述电流信号通过电流互感器来采集，并通过电流变送器将所述电流信号转换为4-20mA的电流信号，通过信号电缆发送至处理单元12。

处理单元12可以包括模拟量输入信号采集卡，中央处理器以及模拟量信号输出卡。

模拟量输入信号采集卡将磨机电流信号采集送入中央处理器。

中央处理器的内存区建立一个数组用来依次记录所述磨机电流信号并找所述电流信号的拐点，根据所述拐点确定磨机的最佳优化区及所述优化区的两端电流值。

模拟量信号输出卡将所述优化区的两端电流值发送到所述比较单元13。

模拟量信号采集卡和模拟量信号输出卡是可以通过插入到处理单元12中的不同槽位实现相应功能。处理单元12可以包括多个槽位，用于插入具有不同功能的集成卡。

比较单元13，将所述采集单元11按预先设定周期采集到的当前电流信号作为电流实测值与优化区的两端电流值进行比较，如果所述的电流实测值在优化区的范围之内，则，继续将下一周期采集电流信号并作为电流实测值与所述优化区两端电流值(设定值)进行比较；否则，将比较结果发送到调整单元14。

调整单元14，调整比较单元13的比较结果，即：所述磨机的电流实测值，使所述电流实测值在所述优化区范围内，使磨机料位处于最佳位置，并继续将下一周期采集电流信号，并作为电流实测值与所述优化区两端电流值(设定值)进行比较，也就是返回到比较单元13，以此循环来控制磨机的电流信号(也就是磨机电流实测值)始终保持在磨机的最佳优化区内。

其中，调整单元14主要是通过PID控制器来对不在磨机优化区内的电流实测值进行调整。具体地，调整单元14根据比较结果，通过PID控制器控制所述磨机的给料设备。

由于本发明实施例所述磨机负荷自动控制系统，通过采集单元11预先设定的周期采集磨机的电流信号，处理单元12根据电流信号找到电流信号的拐点，根据所述拐点确定磨机的优化区，所述优化区为所述拐点后的附近区域。因为在这个优化区域内磨机产能最大，并且电耗相对较低。比较单元13通过将预定周期采集的当前电流信号作为电流实测值与选取的所述优化区内的两端电流值进行比较，调整单元14将电流实测值控制在所述优化区范围内。因为磨机运行时控制在优化区域是经济的，控制磨机的给料量，使磨机一直在最佳状态下工作。

所述PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。

其中，比例(P)控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

在积分(I)控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统(System with Steady-state Error)。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

在微分(D)控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

本发明将比例积分微分控制(PID控制)回路嵌入在了调整单元14中。通过所述PID控制，使磨机的料位始终维持在最佳状态，保证磨机的负荷处于最佳的状态。

另外，请参考图4，该图为本发明具体实施例根据磨机功率确定优化区的示意图。本发明的实施例中仅是以电流信号作为调整对象来举例说明本发明的技术方案，但并不限于此，根据图4所示，本发明也可以将功率作为调整对象来进行调整，也就是，通过磨机的功率变化确定优化区，再通过功率实测值与优化区内的功率设定值进行比较来调整磨机的给料量，从而使磨机始终在优化区内进行运行，保证了磨机一直在最佳状态下工作，并且使料位一直保持在最经济的位置上。根据磨机功率确定优化区的步骤与前文所述方式相同，在此不再详述。

因此，本发明的实施例仅是用来说明本发明而非限制本发明，任何熟悉本领域的技术人员在不脱离本发明的保护范围内所作出的更改，都应涵盖在本发明的权利要求限定的范围之内。

Claims (9)

1.一种磨机负荷自动控制方法，其特征在于，包括：

S1：根据预先设定的周期，采集磨机的电流信号；

S2：将所述电流信号依次记录，并找到所述电流信号的拐点；

S3：根据所述电流信号的拐点确定磨机工作的最佳优化区；

S4：选取所述优化区的两端电流值；

S5：将步骤S1预定周期采集的当前所述电流信号作为磨机电流实测值与所述优化区的两端电流值进行比较，如果所述电流实测值在所述优化区的两端电流值范围内，则继续将下一周期采集的所述电流实测值与所述优化区的两端电流值进行比较；否则，执行步骤S6；

S6：将所述电流实测值调整到在所述优化区域范围内，继续执行步骤S5。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1还包括：将采集的所述电流信号转换为介于4-20mA之间的电流信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述拐点为所述电流信号从上升到下降过程中的转折点。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述优化区为所述拐点后的区域，且所述优化区的大小根据现场测试情况确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S6是通过比例积分微分回路对电流实测值进行调整。

6.一种磨机负荷自动控制系统，其特征在于，包括：

采集单元，根据预先设定的周期，采集磨机的电流信号并发送给处理单元；

所述处理单元，将从所述采集单元接收到的所述电流信号依次记录，通过记录找到所述电流信号的拐点，并根据所述拐点确定所述磨机的最佳优化区，选取所述优化区的两端电流信号值，并输出两端电流信号值到比较单元；

所述比较单元，将所述采集单元采集的当前周期的所述电流信号作为磨机电流实测值与在所述处理单元中选取的所述优化区的两端电流信号值进行比较，如果所述电流实测值在所述优化区的两端电流值范围内，则继续比较下一周期的所述电流实测值与所述优化区的两端电流值；否则，将比较结果发送到调整单元；

所述调整单元，根据所述比较单元的比较结果对所述电流实测值进行调整，将所述电流实测值调整到所述优化区的范围内，返回所述比较单元，继续下一周期的比较。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述采集单元还包括：

电流互感器，用来采集电流信号；

电流变送器，将所述电流互感器采集到的电流信号转换为介于4-20mA的电流信号；

信号电缆，将所述电流变送器转换的电流信号发送到所述处理单元。

8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述处理单元还包括：

模拟量输入信号采集卡，中央处理器以及模拟量信号输出卡，其中，

所述模拟量输入信号采集卡将磨机电流信号采集送入所述中央处理器；

所述中央处理器的内存区建立一个数组用来依次记录所述模拟量输入信号采集卡输入的磨机电流信号并找拐点，根据所述拐点确定磨机的最佳优化区及所述优化区的两端电流值并发送至模拟量信号输出卡；

所述模拟量信号输出卡将所述优化区的两端电流值输出至所述比较单元。

9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述调整单元根据接收到的电流实测值，通过PID控制器将电流实测值调整到优化区的范围之内。

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