在化工、火力發電、礦石開采、冶煉等行業中都有著廣泛的應用，由于球磨機的結構及控制特性，使得球磨機的能耗一直居高不下。在新時期，為進一步提高球磨機的生產效率、降低能耗，需要對球磨機的控制進行全面的自動化改造，在保障球磨機安全性的基礎上節能增效。

一、球磨機系統簡介

球磨機系統的工作是由給料機將物料從進料端送入到球磨機內，根據通入到球磨機內的熱風將被破碎研磨后的物料吹送出球磨機，這些被吹送出球磨機的物料是氣粉混合物，并且考慮經過粗粉分離后，將過粗的物料粉末重新送入到球磨機內進行再次研磨。現今應用于球磨機的控制系統的形式主要有：基于工控機的分布式控制系統、一般的集散控制系統、基于IPC和PLC的分布式控制系統和現場總線控制系統等。在這些控制系統中，工控機在整體結構上及工作可靠性方面都存在著一定的缺陷，可維護性較差。DCS控制系統是一種模擬量控制較多的系統，多應用于是石油化工等行業，成本較高。在IPC+PLC的控制系統結構中，通過使用PLC構成整個控制系統的控制站，將IPC作為系統的操作站，是一種較為優秀的控制系統。

球磨機的控制系統輸入輸出多且復雜，其主要控制任務如下：

（1）確保球磨機內的物料接近較好加工水平，其中物料存儲量是提高球磨機整體運行系統的的關鍵，可以確保球磨機以一個較為經濟的水平運行。球磨機內的物料水平是通過球磨機的輸入輸出來控制的。

（2）為提高球磨機的干燥能力，應盡量提高球磨機出口的風溫，將其控制在一個較為合理的水平，其中球磨機出口的風溫主要通過熱風門的開度來進行調節，同時球磨機的出口溫度還受到循環風門開度變化的干擾。

（3）球磨機磨制好的物料需要通過一定的通風量來將其帶出球磨機，因此，需要控制球磨機的循環風門的開度來調節球磨機的入口風壓。

二、球磨機的整體控制系統的組成

結合球磨機的控制需求及球磨機的生產的實際情況，在對比了現今較為常見的控制系統形式優缺點的基礎上，采用IPC+PLC與工業以太網的的控制形式，利用分布式的控制系統實現對于球磨機運行的整體控制。此種控制方式結構簡單、經濟性強、可靠性較高。

球磨機的自動控制系統采用的是層次化的結構，從球磨機自動控制系統的下層到上層分為：信號檢測、下層控制、上層控制及管理三個重要的部分。每一層又橫向發散進行擴充，從而使得球磨機具有極為良好的可擴展性，各層之間通過數據網絡進行數據交換，構建成一個良好的有機整體，從而有效的提高球磨機控制的安全性與可靠性。其中球磨機控制系統的檢測環節包含有：各種模擬的或數字的傳感器和變送器，實現對于球磨機工作時的各種現場信號的測量。下層控制環節主要包含：控制站和信號站。其中控制站主要實現與上位機和信號站的數據處理與通信交換。信號站實現對于各種輸入信號的采集及預處理以及控制信號的輸出。上層控制站主要分為操作站和球磨機運行系統監控站，完成對于整體控制系統的組態和球磨機自動控制系統的實時監控。

通過對比并且考慮球磨機自動控制系統的控制要求，選用西門子公司的S7系列的PLC作為主控器，搭建一個小型的集散控制系統，球磨機自動控制系統的3層結構的生產管理和操作管理主要集中在上層控制站中的2臺上位機中。下層控制通過使用1臺S7-400實現上位機和下層控制下的數據通信，下層的使用3臺PLC實現對于各種傳感器信號的采集和處理。通過這種分層控制可以使得球磨機自動控制系統的安全性與穩定性大為提高，上下層之間的故障不會進行傳遞進而影響到整個控制系統，同時采用此種結構方便與后期的擴展。

通過對球磨機自動控制信號的統計和分析，球磨機的控制信號主要有模擬信號和數字信號，其中模擬輸入信號包括：球磨機的負荷、出/入口壓差、出/入口負壓、粗/細粉分離器出口負壓、球磨機電機電流、球磨機風門的開度反饋信號等。球磨機的模擬輸出信號主要有：風門開度的控制輸出信號、物料給料的控制信號等。在統計分析球磨機輸入輸出信號數目的基礎上留有一定的裕度，選用合適的PLC輸入輸出模塊。下層控制及通信采用的是S7-400PLC來實現的，不僅是系統總的ProfibusDP和多點接口網絡的主站，還是整個球磨機自動控制系統的核心控制設備。結合球磨機的控制需求選用的是412-2的CPU，其中底層的S7-200完成了對于球磨機輸入輸出信號的搭建，因此，在下層的S7-400的選擇上僅保持基本設置即可。在底層的PLC的模塊的選擇上，使用EM231熱電偶模塊和熱電阻模塊作為測溫模擬量輸入模塊，在模擬量的輸入/輸出環節，選用EEM235AI4/AO1模塊。

球磨機是一種高能耗的大型粉磨設備，隨著經濟及科技的發展，對球磨機進行自動化改造，以提高球磨機的自動化控制水平和工作效率是球磨機發展的重要方向。