专利名称：钢球磨煤机料位测量装置及中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制方法
技术领域：
本发明涉及自动控制技术领域，具体涉钢球磨煤机料位测量装置及中间储 仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制方法。
背景技术：
中间储仓式钢球磨煤机制粉系统自动控制与优化运行一直以来是困扰我国 电厂生产的历史性问题。其表现在对磨煤机内的料位(或存煤量)无法测量， 所以无法实现给煤量的自动控制；因为存煤量无法稳定，所以出口温度和通风 量难以控制；无法获取系统的最佳工作点，所以不能保证制粉系统经济运行； 钢球级配缺乏通用的理论依据、经验公式和管理方法，使得钢球盲目填加；没 有设计多台磨煤机的经济运行规程，导致运行不经济。所以目前中间储仓式钢 球磨煤机制粉系统大多仍处于人为判断和手动操作的原始状态，操作强度大； 堵煤、超温、欠煤现象时有发生，甚至发生制粉系统爆炸事故；更重要的是制 粉系统是发电厂的耗电大户，耗电约占厂用电20%-25%，采用人工控制手段， 或局部控制与局部优化方法，均无法实现制粉系统最优运行，存在厂用电消耗 大，经济效益差；钢球、衬板消耗大，环境噪音污染大等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构合理，操作方便，测量准确、可靠的钢球磨 煤机料位测量装置。
本发明的另一目的是提供一种针对中间储仓式钢球磨煤机制粉过程，以连 续、稳定、安全、经济运行为目标，实现制粉过程优化控制的一种中间储仓式
钢球磨煤机制粉过程优化控制方法。
为了克服现有技术的缺陷，本发明的技术方案是这样解决的 一种钢球磨 煤机料位测量装置，由噪声传感器和料位变送器两部分组成。其特殊之处在于 噪声传感器由单传声器或双传声器构成，1号传声器连接一个模拟滤波放大电 路，2号传声器连接一个模拟滤波放大电路，模拟滤波放大电路另一端分别与
模拟带通滤波器一端连接，模拟带通滤波器5、 18另一端分别与同步A/D转换 电路连接，同步A/D转换电路另一端连接到微处理器上，微处理器依次分别与 存储单元、升级接口、显示单元、操作控制单元、通讯单元、D/A输出转换电 路连接，D/A输出转换电路与输出变换电路连接、微处理器又与信号A/D转换 电路连接，信号A/D转换电路与采集的煤粉湿度信号、煤粉温度信号、煤粉细 度信号连接，电源模块分别给上述各电路供电。
所述煤粉湿度信号、煤粉温度信号、煤粉细度信号可以选择其中一个、两 个或三个，或用其替代信号，煤粉湿度、温度信号通过给煤量、入口热量、出 口热量计算近似获得，煤粉细度信号通过风速、风量、通风温度计算近似获得。
一种权利要求1所述的钢球磨煤机料位测量装置的中间储仓式钢球磨煤机 制粉过程优化控制方法，包括下述步骤
1) 、制粉系统先进控制模块获取制粉系统历史数据与实时数据；
2) 、制粉系统先进控制模块对数据进行处理分析后分别输出磨煤机料位控 制回路最佳运行目标值与最佳控制器参数、出口温度控制回路最佳运行目标值 与最佳控制器参数、制粉系统通风量控制回路最佳运行目标值与最佳控制器参 数到各自回路；
3) 、制粉系统先进控制模块给出制粉系统故障诊断与安全评估信息；
4) 、制粉系统先进控制模块给出制粉系统运行评价与操作建议信息；
5) 、磨煤机料位控制回路、磨煤机出口温度控制回路和制粉系统通风量控 制回路经过运算处理后，将控制输出信息输入三回路协调控制模块；6)、三回路协调控制模块经过运算处理后分别控制给煤量、热风门、再循 环风门、冷风门或其他控制点。
所述的一种中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制方法，其特征在于制 粉系统先进控制模块具有参数整定功能，参数整定获取控制回路所有相关历史 及实时数据，进行综合分析构建系统模型，根据控制输入与控制性能分析对控 制器参数进行整定，参数整定能够在线连续整定或间歇整定。
所述制粉系统先进控制模块具有目标优化功能，制粉系统优化分为静态优 化与动态优化两种方式，其制粉系统静态优化方式通过获取制粉系统运行参数 构建制粉系统优化模型，并根据运行数据不断对模型进行更新，根据制粉系统 优化模型和运行状态对制粉系统进行优化；制粉系统动态优化方式在制粉系统 运行时通过施加扰动，根据结果确定优化方向，根据最佳目标函数对最佳运行 状态进行搜索，达到制粉系统优化的目的，制粉系统的优化范围可以根据实际 选择全部或者部分状态，制粉系统优化目标的选择可以根据实际需要来确定。
所述制粉系统先进控制模块具有运行评价与操作建议功能，运行评价与操 作建议给出当前操作运行评价，并对于制粉系统的运行给出运行建议，其建议 是指钢球缺失；在多台磨煤机运行时根据各台磨机的运行经济性给出最佳组合 运行方式；当制粉系统频繁启停时建议减少启停次数，以避免频繁启停，影响 制粉系统的经济性和硬件寿命。
所述制粉系统先进控制模块具有故障诊断与安全评估功能， 一方面能够对 制粉系统故障进行诊断，包括实时故障诊断，其故障诊断包括断煤、超温、超 压故障，先进控制算法还能给出新的故障信息，新的故障信息包括满煤故障， 该故障不同于以往简单的煤多，同时考虑制粉系统中煤粉浓度过大故障信息； 根据历史数据对制粉系统实现故障状态检测，可以在制粉系统故障前给出提 示，其提示包括轴瓦磨损严重、制粉系统漏风；根据运行数据对整个制粉系统 运行的安全性进行评估，给出安全评价结果，以提醒运行操作人员和系统维护
人员。
本发明与现有技术相比，具有结构合理，操作方便，节能降耗的优点。一 方面能够保证制粉系统的连续、稳定、安全、经济运行；另一方面能够改善供 给锅炉燃烧煤粉的质量，提高锅炉燃烧的经济性，同时降低碳氧化物和氮氧化 物的排放；本发明的应用还能减轻运行人员劳动强度，减少制粉系统维护量， 因而具有显著的经济效益和良好的社会效益。 本发明具有以下特点
能够适应各种类型中间储仓式制粉系统。
*能够给出切合实际的制粉系统优化控制方案。
*保证制粉系统连续稳定运行。
*能够跟踪预定目标最优点运行。
*保证制粉系统安全经济运行。
*能够指导操作运行。
本发明所能达到的技术指标如下 *降低制粉单耗10%—30%
*降低钢耗15% — 25%
自动投入率^95%
图1为本发明装置的结构示意框图2为图1的单传声器噪声传感器电路原理图3-1、图3-2为料位变送器信号输入及预处理电路原理图4-1、图4-2、图4-3为料位变送器微处理器及外围电路图5为微处理器内料位测量算法流程图6为制粉系统优化控制原理框图；图7为磨煤机料位控制原理框图； 图8为控制回路参数整定原理图； 图9为制粉系统优化结构示意图； 图10为给煤控制算法流程图； 图11为料位控制回路参数整定过程示意图12a为优化设定参数与优化目标关系示意图12b为以制粉系统出力为目标的存煤量优化算法流程图13为以制粉系统出力为目标的存煤量与通风量优化流程图。
具体实施例方式
附图为本发明的实施例。 下面结合附图对发明内容作进一步说明
参照图1所示， 一种钢球磨煤机料位测量装置，由噪声传感器和料位变送
器两部分组成。噪声传感器由单传声器1或双传声器1、 2构成，1号传声器 1连接一个模拟滤波放大电路4， 2号传声器2连接一个模拟滤波放大电路3， 模拟滤波放大电路3、 4另一端分别与模拟带通滤波器5、 18 —端连接，模拟 带通滤波器5、 18另一端分别与同步A/D转换电路6连接，同步A/D转换电路 6另一端连接到微处理器8上，微处理器8依次分别与存储单元7、升级接口 9、 显示单元10、操作控制单元11、通讯单元12、 D/A输出转换电路13连接，D/A 输出转换电路13与输出变换电路14连接，微处理器8又与信号A/D转换电路 17连接，信号A/D转换电路17与采集的煤粉湿度信号、煤粉温度信号、煤粉 细度信号连接，电源模块16分别给上述各电路供电。
图2所示为单传声器噪声传感器电路原理图，双传声器噪声传感器电路由 两个单传声器噪声传感器电路组成。主要由前置放大器U1和高通滤波器构成。
图中Cl为耦合电容；Ul、 Rl、 R2和Wl组成前置放大，对输入的微弱信号进行 放大，Wl可以调节放大倍数；U2、 R3、 R4、 C2及C3组成高通滤波器，用于滤
除高频干扰信号，同时U2结成射级跟随器，增强带负载能力。Ul、 U2选用集 成IC: LF353。 IN1:信号输入端口； 0UT1:信号输出端口。两路信号通道内部
电路相同。
图3-1、图3-2为料位变送器信号输入及预处理电路图。该部分主要由信号 差分输入、带通滤波，A/D、 D/A及数字信号驱动，V/I变换电路三部分组成。 信号差分输入、带通滤波输入采用差分方式，差分电路输出端接带通滤波电 路。本系统有两路输入信号，所以信号调理由两路组成，两路电路相同，称为 "信号调理"。主要由U5、 U6A、 U6C、 Dl、 D2、 C4、 C5、 C6、 C7、 C8、 R5、 R6、 R7、 R8、 RIO、 Rll、 R13、 R14、 R16、 R17、 R18等器件组成；Dl、 D2对U5具 有保护作用；U5选用1NA118U， U6为TLC2274AID。信号调理为两路，内部电 路相同，输入输出标示为Vin-1、 Vout-l及Vin-2、 Vout-2，为绘图方便，第 二路省去内部电路，只标示出端口属性。A/D、 D/A及数字信号驱动U8为同 步12位A/D芯片AD7863，将带通滤波输出Vout-1、 Vout-2模拟信号转换为 数字信号，再经驱动芯片U9、 U10 (SN74LVTH245ADW)送入DSP处理器进行处 理；处理器处理后的信号再经U9、 U10驱动，送入12位的D/A芯片U7，将数 字信号再转换为模拟信号，模拟电压信号经V/I变换电路转换成4一20mA的标 准电流信号；U7为DAC7625， U8为AD7863， U9、 U10为SN74LVTH245ADW。 V/I 变换电路:主要由U4、 R19、 D3、 C12、 C13构成，本系统包含两路V/I电路， 内部电路组成相同，统称"V/1变换"，端口标示为DAout-l、 Iout-l及DAout-2、 lout-2。为绘图方便，第二路省去内部电路，只标示出端口属性。U4为AD694。
图4-1、图4-2、阁4-3为料位变送器微处理器及外围电路图。该部分电路 主要由DSP处理器U12， LCD显示接口，键盘电路，外扩储存器，通讯，升级 接口及电源电路组成；DSP处理器选用TI的16位处理器TMS320LF2407A， 该处理器是本系统的核心，主要完成系统的控制及算法实现；LCD显示接口 由U14和R22组成，Ul是LCM与DSP的通讯接口 ， R22可以调节LCD的对比度;
键盘采用3x3矩阵键盘，由软件编程来实现按键的识别及事件响应处理；外
扩储存器包括外扩RAM和外扩FLASH两部分。外扩RAM由U13来实现，为64K 字节。外扩FLASH由Ull来实现，为1M字节，储存数据记录等，掉电不丢失 数据信息；通讯采用RS-485通讯方式，可传输距离远，通讯可靠，为工业 标准通讯接口。主要由U15、 U16、 U17、 R23、 R24、 R25、 R26、 R29、 R30组成。 U15位MAX488CSA通讯集成电路；升级接口升级接口为标准的JTAG,可实现 在线编程，在不改变硬件的情况下方便软件升级；电源由J2、 P0WER1构成， P0WER1由几块集成电源芯片组成，提供整机工作电源，J2直接接入供给电源。 对于煤粉湿度信号、煤粉温度信号、煤粉细度信号输入，其硬件电路也由信号 输入及预处理电路，A/D等组成，本系统设计时，硬件已经具备最少8路模拟 信号处理通道，完全满足扩展要求，软件可通过JTAG接口实现在线升级。
图5为微处理器内料位测量算法流程图。在微处理器上电后，首先进行料 位变送器自诊断，判断硬件及接入信号有无故障，在有故障时置报警标志，没 有故障进入初始化模块；初始化模块调入料位测量整定参数和料位变送器设置 参数，然后进入每个扫描周期。每个扫描周期开始首先进行通讯处理，从其他 系统获取数据或向其他系统发送数据，然后采集来自噪声传感器的信号和煤粉 湿度、煤粉温度、煤粉细度信号，并进行滤波处理；接着对来自传感器的噪声 信号进行频谱分析处理；下一步按照料位变送器工作方式的不同分为运行方式 和标定方式。在运行方式下，依次进行磨煤机料位测量、频谱漂移对料位修正、 煤粉湿度、煤粉温度、煤粉细度信号对料位修正，最后进行料位测量后处理， 得到磨煤机料位信号。标定方式分为基于噪声的参数标定和修正参数标定。在 煤粉温度、湿度、细度常规稳定时，通过噪声声强或声能量标定空载与正常运 行参数；在较多存煤量时，标定频谱漂移修正参数；最后标定煤粉温度、湿度、 细度修正参数。
图6所示， 一种中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制方法，包括下述
步骤
1) 、制粉系统先进控制模块获取制粉系统历史数据与实时数据；
2) 、制粉系统先进控制模块对数据进行处理分析后分别输出磨煤机料位控 制回路最佳运行目标值与最佳控制器参数、出口温度控制回路最佳运行目标值 与最佳控制器参数、制粉系统通风量控制回路最佳运行目标值与最佳控制器参 数到各自回路；
3) 、制粉系统先进控制模块给出制粉系统故障诊断与安全评估信息；
4) 、制粉系统先进控制模块给出制粉系统运行评价与操作建议信息；
5) 、磨煤机料位控制回路、磨煤机出口温度控制回路和制粉系统通风量控 制回路经过运算处理后，将控制输出信息输入三回路协调控制模块；
6) 、三回路协调控制模块经过运算处理后分别控制给煤量、热风门、再循 环风门、冷风门或其他控制点。
图7为磨煤机料位控制原理图。具有磨煤机料位设定模块、参数整定模块、 给煤控制模块等。磨煤机料位设定模块能够搜索最佳磨煤机料位值；参数整定
模块能够在控制对象模型发生改变时(例如原煤水分变化、给煤设备变化)， 根据预设的控制性能调整给煤控制模块控制参数，以保证在工况发生改变时仍
能稳定运行；给煤控制模块根据制粉系统运行参数(主要参考磨煤机料位)控 制给煤，达到调节磨煤机料位的目的。
图8为控制回路参数整定原理图。图中参数整定模块获取控制回路所有相 关历史及实时数据，进行综合分析，构建系统模型，根据控制输入与控制性能 分析对控制器参数进行整定。该方案适应于磨煤机料位控制回路、磨煤机出口 温度控制回路和制粉系统通风量控制回路，参数整定能够在线连续整定或间歇 整定，以满足不同控制回路的要求。
图9为制粉系统优化结构示意图。制粉系统优化分为静态优化与动态优化 两种方式。制粉系统静态优化通过获取制粉系统运行参数(即实时数据、历史
数据)构建制粉系统优化模型，并根据运行数据不断对模型进行改进与更新， 根据制粉系统优化模型和运行状态优化制粉系统运行状态(例如最佳通风量、 最佳磨煤机存煤量等)。制粉系统动态优化在制粉系统运行时施加一定状态扰 动，根据结果确定优化方向，根据最佳目标函数对最佳运行状态进行搜索，达 到制粉系统优化的目的。制粉系统的优化范围可以根据实际选择全部或者部分 状态。制粉系统优化目标的选择可以根据实际需要来确定，当需要提供最大制
粉量时，以最大产量为优化目标；当正常运行时，以经济运行为优化目标。
图10为给煤控制算法流程图。首先进行磨煤机料位修正，修正后的料位信
号输入到报警判断与处理，接着进行P1D控制及变形处理得到控制输出MV，随
后进行手动状态判断。此时如果为手动方式其最终的控制输出则为手操器手动
控制输出；此时如果为自动控制，则首先进行料位越限判断，当有越限时新的
控制输出为最小输出值ML;没有越限时新的控制输出为P1D控制及变形处理得
到控制输出MV。最后进行强制手自动判断，如果为强制手动方式，则手操器切
手动运行，最终的控制输出为人工调节输出；如果没有强制手动，最终的控制
输出为越限判断处理后所得到的控制输出。
图ll为料位控制回路参数整定过程示意图。当控制输出固定时，在每一次
料位由低位向高位变化过程中，系统都可以捕获从自整定起始点到自整定终止
点的时间T。当控制对象模型发生变化时，从自整定起始点到自整定终止点的
时间T会发生变化，设定最佳时间为TO。新的PID参数KP'、 Kr和K^通过下
式计算得到。
W』i05"'=工^/ /2>=工豇
& r0 r0
图12 a为优化设定参数与优化目标关系示意图。 一般优化参数与优化目 标呈现单峰值曲线，设定一组优化参数与优化目标对应关系，其所有出现的情 况为(Al、 A2、 A3)， (Bl、 B2、 B3)或(Cl、 C2、 C3)。
图12b为以制粉系统最大出力为优化目标的存煤量优化算法流程图。设定
三个存煤量，得到所对应的三个制粉系统出力。判断三组数据出现的情况，当 为A组情况时，新的三个存煤量为原三个存煤量右移一个步长得到；当为B组
情况时，步长减半，新的三个存煤量为原三个存煤量中间值不变，小值增加一
个步长，大值减小一个步长；当为C组情况时，新的三个存煤量为原三个存煤 量左移一个步长得到。当步长大于设定最小步长时，进行下一轮优化；当步长 小于设定最小步长时，优化结束。所得三个存煤量的中间值为最优存煤量。
图13为以制粉系统最大出力为优化目标的存煤量与通风量优化流程图。首 先进行存煤量优化，再进行系统通风量优化，得到本次优化的最佳存煤量和最 佳通风量，如果制粉系统出力增加超过最小值，则进行下一轮优化，负责优化 结束。
综上所述，磨煤机内钢球和衬板相互碰撞产生噪声，磨煤机噪声随着磨煤 机料位的变化而变化。在磨煤机料位较小时，钢球、衬板碰撞产生的噪声大； 在磨煤机料位增大时，因为煤的不断填充，钢球、衬板碰撞产生的噪声随之减 小。因而，用噪声传感器就可以检测到磨煤机料位的变化和大小。同时噪声品 质受煤粉细度、水分和环境噪声影响，所以需要采用合理的噪声采集与数据处 理方法才能获得准确的结果。
噪声传感器选择单传声器或双传声器。通常将用于探测在弹性介质中传播
的声波的传感器称为传声器。采用双传声器互谱法进行声强测量。声强是单位
时间内通过垂直于传播方向上单位面积的平均声能量流称为声强，又称声能量
密度。因为声强I与离声源的平方成反比，并且声强探头具有明显的指向性，
当现场干扰较大时，能够测得预定磨煤机位置传来的声音强度，对其他声源带
来的影响大大削减，以达到降低干扰的目的。为了减少噪声信号传输到料位变
送器的衰减与干扰，对原噪声信号增加有源放大电路和带通滤波电路。为了达
到防水、防尘的效果对噪声传感器进行了密封处理。
噪声传感器和料位变送器构成钢球磨煤机料位测量装置，其主要特点详细
描述如下
电源标准根据不同现场要求定制不同的输入电源，同时采用宽电压电源， 能够避免电源波动给测量带来的干扰。
信号输出标准4-20mA、 1-5V模拟量信号，或其他用户要求规格信号，也 可以通过通讯接口输出数字信号，便于与DCS或其他控制设备对接。
升级接口:料位变送器内微处理器留有升级接口，便于升级软件。 通讯接口 能够将磨煤机料位信号以数字方式输出到上位计算机(或者DCS、 其他控制器)，同时能提供其他频谱特征值的输出；另外，通讯接口能够把上 位计算机(或者DCS、其他控制器)上的煤粉温度、湿度、细度量发送到料位 变送器，用来修正料位测量信号；便于对料位变送器内参数进行修改，以形成
基于通讯的测量控制系统。
料位修正因为噪声信号会受煤粉温度、湿度、细度等影响，所以引入煤 粉温度、湿度、细度等信号或者一部分，以修正料位测量值，修正方法可以选 择简单修正、最小二乘法修正或者神经网络方法修正。
频谱漂移修正在存煤量发生变化时， 一方面噪声声强或声能量发生变化， 另一方面其频谱分布同样会发生变化，尤其在磨煤机内钢球量不合适、存煤量 较大、煤质有较大变化时，此时如果单纯依靠噪声声强或声能量的变化来反映 存煤量，会发现声强或声能量变化很小或者不变化，但此时频谱分布已经发生 大的漂移，所以频谱漂移修正能够使得料位变送器适应范围更广。
料位信号后处理用来实现料位信号的非线性校正和线性输出。
钢球磨煤机料位测量装置整定方法如下-
1) 在煤粉温度、湿度、细度常规稳定时，通过噪声声强或声能量标定 空载与正常运行参数；
2) 在较多存煤量时，标定频谱漂移修正参数；
3) 标定煤粉温度、湿度、细度修正参数。
以上步骤循环进行直至达到要求精度。
制粉系统优化控制是在制粉连续、稳定、安全运行的基础上，进行制粉系 统全部或部分状态优化。制粉系统在保证对锅炉稳定燃烧没有影响，或者影响 很小时，通过调节给煤量、热风门、再循环风门、冷风门、排风机挡板等，使 制粉系统过程量稳定，磨煤机出口温度不超上限，且稳定在一定的范围内；磨 煤机入口负压不越下限，且稳定在一定的范围内；磨煤机出口负压、粗粉分离 器出口负压、细粉分离器出口负压等稳定在一定的范围内。其次在制粉系统经 济性、安全性中寻求一种平衡以达到安全经济运行的目的。
中间储仓式钢球磨煤机制粉系统分为热风送粉系统、乏气送粉系统，有的 系统设计有再循环风，有的无再循环风，同时受工艺和煤质等诸多因素影响， 所以工况复杂；另外，在控制实现上由DCS方式、表盘控制方式，或者其他控 制系统方式(例如PLC控制、计算机集中控制等)，所以制粉系统优化控制方 法(包括控制算法、硬件和实现)需要根据实际情况而变化。
以往的控制方法不考虑以上诸多因素，片面产品化使得顾此失彼；将复杂 控制方法引入DCS,因为DCS资源有限不得不放弃；将自行设计的控制系统并 入原系统给操作运行带来不必要的麻烦；在多回路控制时，不考虑现场实际盲 目选择控制点，出现系统反规程运行。
本发明中的控制方法在考虑了诸多方面的因素后，提出了多种控制方法(包 括控制算法、硬件和实现)。采用DCS控制方案，PLC控制方案，计算机集中 控制方案，智能调节器控制方案等，为了实现高级控制功能另设优化站；智能 调节器的控制方案用于没有实现DCS的系统，实现磨煤机料位控制参数整定， 磨煤机料位给定值优化，断煤、满煤识别等主要功能；基于PLC系统的控制方 案适用于没有实现DCS的系统，实现磨煤机料位控制参数整定，磨煤机料位给 定值优化，断煤、满煤识别等主要功能，另外增加磨煤机出口温度控制，入口 负压或者出入口压差控制，可以实现对整个制粉系统的数据显示与操作控制。
当有上位机时可以实现系统模型构建、系统优化、回路控制参数优化或其他高
级控制算法；计算机集中控制方案适用于没有实现DCS的系统，实现磨煤机料 位控制参数整定，磨煤机料位给定值优化，断煤、满煤识别等主要功能，另外 增加磨煤机出口温度控制，入口负压或者出入口压差控制，可以实现对整个制 粉系统的数据显示与操作控制。当有上位机时可以实现系统模型构建、系统优 化、回路控制参数优化或其他高级控制算法。基于DCS实现的控制方案适用于 已经实现DCS控制的系统，借助已有DCS平台资源，将算法在DCS中实现，使 制粉系统控制融入整个控制系统中去。
先进控制对数据处理的要求较高，DCS控制器或者可编程控制器无法完成， 因此需要设计优化控制站来实现，优化控制站为独立计算机，与DCS服务器或 者进行制粉系统控制的上位机通过通讯方式相连，获取制粉系统运行参数，进 行制粉系统模型构建、运行评价和系统优化，将优化结果以数据通讯方式发送 到DCS。优化控制站历史数据和实时数据来源于DCS服务器或者其他应用程序。 制粉系统目标优化能够优化出制粉系统的运行最佳参数，并下发到DCS服务器 或者其他应用程序；制粉系统回路优化能够实现对制粉系统回路控制参数的最 佳整定，并下发到DCS服务器或者其他应用程序；制粉系统高级控制方式可以 根据制粉系统运性参数计算出当前给各控制点的控制输出，并下发到DCS服务 器或者其他应用程序，通过控制切换来实现制粉系统的先进控制；运行评价与 操作建议可以给出当前操作运行的评价，并就制粉系统的运行给出建议(例如 钢球缺失；在多台磨煤机运行时根据各台磨的运行经济性给出最佳组合运行方 式；当制粉系统频繁启停时建议适当减少给煤以避免频繁启停)；故障诊断与 安全评估， 一方面能够对制粉系统故障进行诊断，包括实时故障诊断，例如断 煤、超温、超压等一般故障，利用先进控制策略还能给出新的故障信息，例如 制粉系统满煤故障，该故障不同于以往简单的煤多，同时考虑制粉系统中煤粉 浓度过大等故障信息；另一方面，根据制粉系统历史数据实现故障状态检测，
可以制粉系统故障前给出提示(例如轴瓦磨损严重、制粉系统漏风等)；而且 根据运行数据对整个制粉系统运行的安全性进行评估，给出安全评价结果，以 提醒运行操作人员和系统维护人员。所有优化结果显示在优化控制站上。
以磨煤机料位控制回路为例阐述回路优化与目标优化。磨煤机料位控制回 路具有磨煤机料位优化设定模块、参数整定模块、给煤控制模块等。磨煤机料 位优化设定模块能够搜索最佳磨煤机料位值；参数整定模块能够在控制对象模 型发生改变时，例如原煤水分变化、给煤设备变化，根据预设的控制性能调整 给煤控制模块控制参数，以保证在工况发生变化时仍能稳定运行；给煤控制模 块根据制粉系统运行参数(主要参考磨煤机料位)控制给煤，达到调节磨煤机 料位的目的。
控制对象会随煤质、机械磨损及其他因素的变化而变化，如果不改变控制 器参数，控制性能(包括超调量、过度时间、稳定偏差等)会受到影响，达不 到最佳性能。参数整定模块获取控制回路所有相关历史及实时数据，进行综合 分析，构建系统模型，根据控制输入与控制性能分析对控制器参数进行整定， 实现控制回路的自适应控制。该方案适应于磨煤机料位控制回路、磨煤机出口 温度控制回路和制粉系统通风量控制回路。参数整定能够在线连续整定或间歇 整定，以满足不同系统的要求。参数整定模块可以在优化站上完成，简化算法 也可以在DCS上实现。
制粉系统运行存在能量消耗(包括电能、钢球消耗和机械磨损等)，需要制 粉通风，生产出的煤粉存在合格、不合格，存在煤粉产出多少的不同，因此存 在制粉系统最佳运行状态。为了保证制粉系统运行最优，要对制粉系统运行状 态参数不断优化，以达到优化运行的目的。制粉系统的优化范围可以根据实际 选择全部或者部分优化。制粉系统优化目标的选择可以根据实际需要来确定， 例如当需要提供最大制粉量时，以最大产量为目标；当正常运行时，以经济运 行为目标。制粉系统优化可以在优化站上完成，简化算法也可以在DCS上实现。
根据控制实现平台的不同控制算法分两套方案实现高级语言和可编程序 控制器编程语言两种。其对应的硬件也不同，高级语言在计算机上实现，具有 功能强、速度快、资源丰富的特点，不仅可以实现基本的控制，也可以实现高 级控制；可编程序控制器编程语言在基于微处理器的可编程控制器上实现，功 能有限，速度受其他控制逻辑制约，资源必须在一定的范围内，负责会影响到 整个系统的稳定。
最后，还需注意的是，以上列举的仅是本发明的一个具体实施例。显然， 本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本 发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均认为是本发明的保护范围。
权利要求
1、一种钢球磨煤机料位测量装置，由噪声传感器和料位变送器两部分组成。其特征在于噪声传感器由单传声器(1)或双传声器(1、2)构成，1号传声器(1)连接一个模拟滤波放大电路(4)，2号传声器(2)连接一个模拟滤波放大电路(3)，模拟滤波放大电路(3、4)另一端分别与模拟带通滤波器(5、18)一端连接，模拟带通滤波器(5、18)另一端分别与同步A/D转换电路(6)连接，同步A/D转换电路(6)另一端连接到微处理器(8)上，微处理器(8)依次分别与存储单元(7)、升级接口(9)、显示单元(10)、操作控制单元(11)、通讯单元(12)、D/A输出转换电路(13)连接，D/A输出转换电路(13)与输出变换电路(14)连接，微处理器(8)又与信号A/D转换电路(17)连接，信号A/D转换电路(17)与采集的煤粉湿度信号、煤粉温度信号、煤粉细度信号连接，电源模块(16)分别给上述各电路供电。
2、 根据权利要求1所述的一种钢球磨煤机料位测量装置，其特征在于所述 煤粉湿度信号、煤粉温度信号、煤粉细度信号可以选择其中一个、两个或三个， 或用其替代信号，煤粉湿度、温度信号通过给煤量、入口热量、出口热量计算 近似获得，煤粉细度信号通过风速、风量、通风温度计算近似获得。
3、 一种权利要求1所述的钢球磨煤机料位测量装置的中间储仓式钢球磨 煤机制粉过程优化控制方法，其特征包括下述步骤1) 、制粉系统先进控制模块获取制粉系统历史数据与实时数据；2) 、制粉系统先进控制模块对数据进行处理分析后分别输出磨煤机料位控 制回路最佳运行目标值与最佳控制器参数、出口温度控制回路最佳运行目标值 与最佳控制器参数和制粉系统通风量控制回路最佳运行目标值与最佳控制器 参数到各自回路；3) 、制粉系统先进控制模块给出制粉系统故障诊断与安全评估信息；4) 、制粉系统先进控制模块给出制粉系统运行评价与操作建议信息；5) 、磨煤机料位控制回路、磨煤机出口温度控制回路和制粉系统通风量控制回路经过运算处理后，将控制输出信息输入三回路协调控制模块；6) 、三回路协调控制模块经过运算处理后分别控制给煤量、热风门、再循 环风门、冷风门或其他控制点。
4、 根据权利要求3所述的一种中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制 方法，其特征在于制粉系统先进控制模块具有参数整定功能，参数整定获取控 制回路所有相关历史及实时数据，进行综合分析构建系统模型，根据控制输入 与控制性能分析对控制器参数进行整定，参数整定能够在线连续整定或间歇整 定。
5、 根据权利要求3所述的一种中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制 方法，其特征在于制粉系统先进控制模块具有目标优化功能，制粉系统优化分 为静态优化与动态优化两种方式，其制粉系统静态优化方式通过获取制粉系统 运行参数构建制粉系统优化模型，并根据运行数据不断对模型进行更新，根据 制粉系统优化模型和运行状态进行制粉系统优化；制粉系统动态优化方式在制 粉系统运行时通过施加扰动，根据结果确定优化方向，根据最佳目标函数对最 佳运行状态进行搜索，制粉系统的优化范围可以根据实际选择全部或者部分状 态，制粉系统优化目标的选择可以根据实际需要来确定。
6、 根据权利要求3所述的一种中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制 方法，其特征在于制粉系统先进控制模块具有运行评价与操作建议功能，运行 评价与操作建议给出当前操作运行评价，并对制粉系统的运行给出建议，其建 议是指钢球缺失；在多台磨煤机运行时根据各台磨机的运行经济性给出最佳组 合运行方式；当制粉系统频繁启停时建议减少启停次数。
7、 根据权利要求3所述的一种中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制 方法，其特征在于制粉系统先进控制模块具有故障诊断与安全评估功能， 一方 面能够对制粉系统故障进行诊断，包括实时故障诊断，其故障诊断包括断煤、 超温、超压故障，先进控制算法还能给出新的故障信息，新的故障信息还包括 满煤故障，该故障不同于以往简单的煤多，同时考虑制粉系统中煤粉浓度过大故障信息；根据历史数据对制粉系统实现故障状态检测，可以在制粉系统故障 前给出提示，其提示包括轴瓦磨损严重、制粉系统漏风；根据运行数据对整个 制粉系统运行的安全性进行评估，给出安全评价结果。
全文摘要
本发明公开了一种中间储仓式钢球磨煤机制粉过程优化控制方法，该方法包括两方面内容通过噪声传感器检测磨煤机噪声，辅助煤粉湿度、煤粉温度、煤粉细度或其替代信号测量磨煤机料位；以制粉系统先进控制为核心，实现料位回路、出口温度回路和通风量回路的控制参数和目标优化，实现运行安全评估与故障诊断，实现运行经济性分析及操作建议，最终达到制粉系统的优化运行。本发明解决了煤质或运行工况对料位测量的影响，提高了料位测量的精确度和可靠性；本发明实现了对制粉系统的整体优化，不同于以往控制方案或方法仅部分的解决了制粉系统控制，同时采用先进控制保证制粉系统连续、稳定、安全、经济运行，广泛应用于中间储仓式钢球磨煤机制粉过程。
文档编号G05B19/418GK101358869SQ200810017718
公开日2009年2月4日 申请日期2008年3月17日 优先权日2008年3月17日
发明者张相利, 伟 陈 申请人:西安艾贝尔科技发展有限公司