一、引言
早在1963年，电力部大抓火电厂自动化试点工作时，钢球磨煤机制粉系统自动化，就列为重点课题。但由于主设备不完善(即:研磨出力，干燥出力，输送出力 不相匹配)，堵谋问题严重，信号、控制系统维护工作量大、技术手段有限等原因使之投入率不高，在全国成了老大难问题。近些年来有了进展，但仍因对象的复杂和控制手段的限制不能得到理想的解决。基于目前网厂分开，每个电厂都希望通过省煤节电提高整体效益，如何解决制粉系统经济运行提上了日程。
目前促进高新技术的综合发展，促进了迸发创新的思维，使我们有手段去解决过去不敢想象的问题。
二、 数字化钢磨煤机制粉系统实现的意义
(1)保证锅炉机组运行经济、可靠
制粉系统运行的任务就是按照规定的煤粉经济细度与水份制出锅炉所需要的煤粉输送到炉膛内，以保证锅炉机组的运行经济(即整个锅炉机组效率高)、可靠。
煤粉细度与水份的变化直接影响了锅炉机组运行的经济性与安全性。假如煤粉过粗，锅炉的机械末完全燃烧的损失大，并且煤粉在炉膛内燃烧的时间延长，部分煤粉颗粒在过热器处燃烧，会造成汽温变化大，煤粉过细制粉系统运行的电耗增加，并易产生煤粉自流与爆炸危险。煤粉水份过大，流动性差，难输送，在煤粉仓内易崩 结，造成下粉不均，在燃烧室内飞散不良，难于着火，煤粉温度过高，易于爆炸。因此，生产细度，温度合格的煤粉是十分重要的。
(2)钢球磨煤机处于最佳工况运行是节省厂用电的重要措施，并可取得可观的效果
钢球磨煤系统大都带有中间煤粉仓的系统，在运行中，这系统与锅炉负荷没有直接的联系，可以根据本身的最佳工况确定运行方式。正由于该系统是电厂耗电量较大的设备，一般电厂厂用电率在6～10%之间，其中制粉系统占厂用电率的1/3 ～1/4。因此，减少磨煤的单耗指标(即磨每吨粉所用的电量)显得十分重要。大量试验说明，没有经过最佳工况整定的系统往往比通过最佳工况整定的系统单耗相差7～10度/吨或更多。确定最佳工况后，手动操作与自动控制将相差3～5度。一个30OMW机组，每天燃煤量以400吨/天计，如果每吨粉省3度电，一年可省电约438,000度。因此，追求最佳工况并在最佳工况下稳定运行十分重要。
(3)厂与网分开情况下，电厂运行中对经济指标管理提出更高更现实的要求，将暴露出在煤的称重，煤的成份，煤粉细度上的一系列测量问题，因此数字化的钢球磨制粉系统的研究和实现将提到日程上来。
(4)通过本系统的研究为直吹式磨煤系统的数字化打基础。而且也是实现数字化电站的重要一环。
三、研究对象的描述
本文所研究的对象是带中间粉仓的钢球磨煤机系统，只有对其特性和存在的问题有深透的了解，才可能找出解决问题的对策。
3.1 煤在磨煤机中的工作过程与系统结构
煤在磨煤系统中经过干燥、研磨和输送 (包括分离)三个过程，这三个过程分别要求磨煤系统有相应的出力，即干燥、研磨、输送出力。磨煤系统这三种出力彼此相适应，是它正常运行的基本条件。因此，只有磨煤系统设 计得正确，即:下煤口角度正确，高温风，低温风，冷风，炉烟风(如有)管道大小正确，针对供应的煤种有调整余量)，调整得合理(通过调整试验找到最佳运行 工况)，并且运行中严格保持各参数(现实中的外扰因素太多)，它的工况才能达到最好的水平。
实际系统中磨煤、干燥、输送出力很多情况并不相匹配，实际煤种(包括可磨性系数，水份)偏离设计值很远。系统的结构也差别很大，大部分电厂设计有高温 风、低温风，以及再循环风，也有不少电厂没有低温风，靠冷风调整或再循环风调整，还有少数电厂靠炉烟风提高干燥介质。系统的主设备缺陷;造成很多问题，典 型的系统结构与测点如图1。
y11T(B)----原煤调节挡板开度(出力); y11c----粗粉分离挡板开度;
SM'， tM'----球磨机入口负压及温度; △Pw----孔板压差;
tM"----球磨机出口温度; y11M,6,SM.6---- 排粉机入口门开度及负压;
△Py----粉位压 差; y11p----再循环风门开度;
△μ-n----球磨机入口至粗 粉分离器入口压差;y11H,y11oic----低温风门及高温风门开度;
△PM---- 球磨机出入口压差; Rgg----煤粉细度。
3.2 最佳工况与特性
中间粉仓式的制粉系统中，磨煤机出力与锅炉的负荷没有直接关系，可以不必与锅炉出力相适应，两者出力的差额可由煤粉仓吞吐作用来补充。因此，提供了磨煤机经常保持在最大出力下运行的可能性，创造了磨煤机根据本身最佳工况来确定运行的条件。那么，什么是钢球磨煤系统的最佳工况呢?实际运行的工况与最佳工况是 否吻合，就成为关键的问题。
该系统良好的运行任务，即是在保持最佳煤粉细度和一定的煤粉水份的前提下，达到煤粉最大的出力，磨每吨煤粉的耗电率最低，锅炉机组和制粉系统综合经济性最高。实现这样运行的要求与很多因素有关，而且这些因素又是互相关联，构成了制粉系统运行的复杂性。很多参数必须通过制粉系统的经济调整试验给予选择，并给 运行人员提供合理的运行卡片，作为操作的依据。通过调整试验给出、煤种、磨煤机出力、煤粉细度、磨入口负压、磨出口负压、磨出入口压差，排粉机入口负压，排粉机电流、磨煤机电流、磨钢球装备量、每班补加钢球的数量、磨出口温度、磨通风速度、制粉系统风量、制粉分离的挡板开度、再循环风挡板开度、排粉机入口 挡板开度等17项内容。换言之，要维持这么多参数正常才能实现维持最佳工况运行的目的，而且，这些参数又相互影响，形成其运行特性，即：
(1)首先，最佳煤粉细度是由锅炉效率而定，如图2所示，煤粉细，锅炉设备的总热效率高，但制粉的总耗电率大;煤粉粗，制粉的总耗电率小，但煤粉的机械不 完全燃烧损失大，而降低总热效率。因此只有当煤粉细度适中时，总热效率比较高，而制粉总耗电率比较小，根据净效率的最高点a1，定下最佳煤粉细度点b1， 而实际细度受很多因素影响，因此，最佳范围在b士l0%。
α=空气过剩系数 q4=自用电耗
η1=锅炉总热效率 q4=不完全燃烧损失
η2=静效率 (2)制粉系统运行中，在磨煤出力固定情况下，细度又受通风量的影响，见图3。
Rss——煤粉细度
Vδ——转筒风速
(3)磨煤机运行的经济性
磨煤机运行的经济指标是耗电率，即磨制一吨煤粉所需要的电量，磨煤机在空载时的耗电量约为满载时的80%，见图4，可见出力越大耗电率就愈小，磨煤机运行量经济。
(4)制粉系统在一定的运行工况下，磨煤机中钢球装载量，通风量等固定时，磨煤机的出力是与它的装煤量有一定关系，见图5。
(5)钢球装备量不直接影响磨煤能力，当装球量不足时，煤变很细，出力很低。根据大量试验，钢球体积要占磨煤机容积的20%左右;而根据经验数据，每磨一 吨煤大约要耗钢球300克/吨煤。因而按出力、钢球质量、大小，可以计算出需每小时补入的钢球多少克，按每个的重量可定出平均每小时补多少个钢球。补的方式，均由运行管理确定。可是实际运行中有时加，有时不加，管理并不严格。
(6)制粉系统正常运行中存在各种扰动量，影响最佳工况的维持。
·给煤量扰动，由于给煤不均或由于断煤、堵煤、卡煤等情况，引起最佳磨煤机中存煤量波动，通风阻力变化，温度变化，影响了整个运行工况，因此及时消除扰动，保持最佳存煤量是运行中的首要任务。
·原煤水份变化，一般在6～8%范围内，雨季可达10～11%，影响煤粉输送和存贮，要有足够的干燥出力及时维持煤粉水份。
·通风量扰动，由于 锅炉负荷变化，引起预热器出口风压和风温变化引起对细度和出力的影响。
·钢球磨损带来的影响。
虽然，钢球磨损过程缓慢，但不正常的 充满度直接影响运行工况，仍是一项不可忽视的扰动。
(7)小结
综上简略分析钢球磨制粉系统的特性和各参数关系可以看出:对象的运行特性相当复杂，有关的因素多，确定最佳工况不容易，就是确定了最佳运行工况，在实际运 行中也不可能稳定在理想的最佳工况状态运行。因此，要解决问题，其控制首先要有能力，根据实际的情况动态寻找最佳工况，当动态确定最优后，才有必要维持确定的定值，因此控制的手段应是寻找最佳工况和维持定值相结合。
3.3 测量相号
测量信号是用来了解制粉系统运行情况的信息，对所用信号分析如下:
(1)对于钢球磨运行中很关键的是要保持最佳存煤量，以保持耗电率最佳。那么，用什么信号能表示存煤呢?在煤流量，煤粉流量的测量没有过关的情<
