本研究试图通过对球磨机轴承振动信号、球磨机差压、电流信号的综合分析以确保球磨机在最佳料位下运行，达到降低制粉单耗的目的。并能对断煤、堵磨等故障工况进行判断，确保球磨机制粉系统安全稳定地运行。
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1、基于振动信号的球磨机料位测量原理
球鼓内存煤少时，钢球间、钢球与煤间产生的撞击作用增大，振动量信号加大；反之，振动量信号减弱。随着存煤量的增加，出力逐渐增加。当存煤量达到一定时，球磨机的出力将达到最大。继续使存煤量增加，出力反而减小，球磨机将出现进煤大于出粉的情况，球鼓内存煤量急剧上升，造成堵磨。球磨机出力达到最大前，其出入口差压变化较平稳；达到最大出力后，如继续加大给煤量，磨进出口差压由正常时的缓慢增加，转化为急剧增大，造成堵磨。上述关系的表述如图l所示，其中曲线1表征球磨机总功率和存煤量的关系，曲线2表征球磨机无效碰撞功率和存煤量的关系，曲线3表征球磨机有效功率即球磨机出力和存煤量的关系，曲线4表征球磨机进出口差压与存煤量的关系。
对转速固定的球磨机来讲，由于所消耗的总功率在空载和带负荷运行时差别不大，故由滚筒传递给钢球的能量基本确定。这部分能量主要用于磨煤和激发球磨机滚筒振动。其中磨煤所消耗功率的大小直接和物料量有关。因此滚筒振动所消耗功率与存煤量高低成一定的关系，即滚筒振动较强时，与之相对应的球磨机存煤量较低，滚筒振动较弱时，则与之相对应的球磨机存煤量较高。
球磨机的振动信号来源，除了上面所述钢球撞击滚筒所激发的滚筒振动外，还存在一些其他振动信号来源，如传动系统振动、基础振动等：此外，传递路径及结构振动的声辐射及频域特性对在测量点拾取的振动信号频域特性也有一定影响。故必须在冲击脉冲力所激发的滚筒振动中寻找能量最强，对存煤量变化最敏感的频带作为监测频带，才能将其他“干扰”的影响降低到最小。
根据文献资料，滚筒在2～5 kHz频带内振动能量较高，对存煤量变化的灵敏率也较高，是监测存煤量的最佳频带。振动以频谱形式表示时，包含3个部分的内容：振动位移频谱特性、振动加速度频谱特性和振动速度频谱特性。球磨机振动的位移频谱特性是常量，而从以往资料分析和实践经验看，加速度频谱特性比速度频谱特性反应更加灵敏。因而本研究选用加速度信号传感器测量轴承振动，并对采集信号进行FFT变换。
2、球磨机优化运行工况监测参数的选择
除了第1节提到的用轴承振动的加速度信号进行FFT监测球磨机的存煤量之外，球磨机运行工况的参数选择还有许多。如，磨出口负压、给煤机转速、磨进出口温度、磨的进出口差压、磨煤机的电流、磨的通风量、磨的循环风量等。要优化球磨机的运行工况，必需从众多可测量参数中选择能够反映球磨机优化运行工况的典型参数。在本球磨机监测系统中，除了磨煤机的前后轴承振动信号外，还选择了磨煤机的电流和磨煤机的进出口差压信号。磨煤机的电流直接反映磨煤机的实际功耗。磨煤机的进出口差压和磨进出口差压变化率在堵磨的时候变化都很快，可直接反映堵磨这一事故工况。所以，本系统对球磨机优化运行工况监测参数的选择是合理可行的。
3、便携式球磨机优化监测系统的硬件设计
便携式球磨机优化监测系统组成如图2所示。压电式加速度传感器采用我国某空间研究所研制的新型压电式加速度传感器。电压晶体为陶瓷晶体，其抗噪性能好，对于高频和低频信号反应灵敏。它由正负12 V直流电压供电，输出为正负5V的交流电压。加速度传感器的安装位置如图所示，大体在圆周右下方45。左右。试验过程中可以用磁力很强的磁钢将传感器固定在球磨机轴承座上，系统正式投用时需固定安装。采集前置放大器由可编程放大器、衰减放大器、光继电器、V/I转换器和单片机组成。
本系统数据采集卡采用美国某公司生产的TypeIl PCMCIA系列数据采集卡。该数据采集卡具有采集精度高（A/D转换精度是16位）、系统采集通道易扩展（差分4通道／单端8通道，可最大扩展至128通道）、工作性能稳定、采样频率范围宽（采样频率从0.006 Hz—100kHz）等特点。
目前本系统接入4路信号，即球磨机前轴承振动加速度信号，后轴承振动加速度信号，球磨机的电流和球磨机的进出口差压信号。
4、便携式球磨机优化监测系统的驱动软件设计
驱动程序是本系统获取球磨机实时数据的关键。Type IIPCMCIA系列数据采集卡的驱动程序编制很有自己的特点。对同一型号的采集卡，可共用同一个依赖于硬件的驱动（即相同的配置文件），独立于硬件的驱动和用户的应用程序。对不同型号的采集卡，其依赖于硬件的驱动应不同（即配置文件应不同），但可以共用相同的独立于硬件的驱动和相同的用户应用程序。这就意味着，在原有的系统上新加入一块不同型号采集卡，只需建立一个新的配置文件即可。 而应用程序几乎不用修改。这就使得采集卡的驱动程序结构非常灵活且便于扩展系统加入新的采集卡。这就是该系列采集卡的优势所在。
4.1驱动的配置文件
驱动的配置文件主要有2个：通用配置数据文件和A/D转换器配置文件。
(l)通用配置数据文件。
所有的数据采集卡必需一个通用配置数据文件。该配置数据文件由DAQDRIVE的配置应用程序产生。主要指设定采集卡的基址，中断优先级，DMA通道。对于本数据采集卡，其基址默认为O，即意味着每当采集卡打开开始运行时，由DAQDRIVE决定基址、中断优先级和DMA通道。对于本采集卡，不支持DMA方式，即从数据采集卡取数据时由主机CPU控制而不是由DMA控制器控制。中断优先级采用DAQDRIVE的配置应用程序的默认设置。
(2) A/D转换器配置文件。
主要指定A/D转换器(通常只有一个A/D转换设备：ADCO)、通道（下拉菜单显示可获得的A/D输入通道）、输入模式、信号类型（单极或双极）、增益（本采集卡没有硬件增益设置，在软件运行时，由程序进行设置）。
