噴霧干燥器全自動控制技術應用探討＊

張勝利 李 婷 楊 松 王 林 燕 子

（咸陽陶瓷研究設計院 陜西 咸陽 712000）

1 人工操作存在的問題

我國雖然是陶瓷生產(chǎn)大國，產(chǎn)銷量位居世界第一，但并不是技術強國，尤其是在生產(chǎn)裝備的自動化技術方面。目前我國建筑衛(wèi)生陶瓷企業(yè)，在濕法造粒噴霧干燥器生產(chǎn)線中，絕大部分采用人工操作，然而這種方法存在以下問題：

1）粉料取樣采用微波爐烘干稱重測量，數(shù)據(jù)準確度不高。微波爐加熱一般需要4～5min，不但加熱時間較長，還存在溫度過高和加熱不均勻現(xiàn)象，不能準確反映粉料水分的真實狀況。

2）測量采用抽檢方式，不能全面地反映粉料水分分布情況。測量時間長，不能為實際操作人員提供實時的參數(shù)依據(jù)，不易及時控制。

3）現(xiàn)場人工記錄的參數(shù)不可靠、不準確，給企業(yè)的管理和考核帶來困難。

4）采用人工操作的方式，人力成本高；噴料初期不穩(wěn)定時間長，資源浪費大，不能順應當前國家嚴格控制節(jié)能降耗的標準規(guī)范。當粉料水分有偏差時，人工調節(jié)波動大，調節(jié)時間長，粉料品質得不到保證。

針對以上存在的問題，我院對噴霧干器塔智能全自動控制系統(tǒng)技術進行了研究。

2 噴霧干燥器自動控制系統(tǒng)的優(yōu)點

噴霧干燥器自動控制系統(tǒng)主要實現(xiàn)粉料水分的在線控制。其自動控制系統(tǒng)的優(yōu)點主要有：

1）系統(tǒng)采用在線水分測量儀進行粉料水分的監(jiān)視。在線水分測量儀按時間設定值持續(xù)顯示粉料水分含量，能實時反映粉料的含水率。采用在線測量，所有粉料都通過檢測設備，能全面反映粉料水分的分布。

2）在線粉料水分測量儀精度高，測量準確。

3）系統(tǒng)具有粉料水分超限報警實時記錄功能，并實現(xiàn)自動定時報表輸出。

4）系統(tǒng)根據(jù)在線測量當前的水分值，采用動態(tài)趨勢控制的觀點，實現(xiàn)了水分的真正在線控制。

5）系統(tǒng)根據(jù)粉料水分及熱風爐出口溫度計算后，輸出信號來控制燃油或燃氣流量大小，進而將含水量控制在規(guī)定范圍內(nèi)。

6）系統(tǒng)中粉料水分的控制是一個大時延、大滯后環(huán)節(jié)，系統(tǒng)加入熱風爐出口溫度與粉料水分值組成一串級控制系統(tǒng)，改善了系統(tǒng)的動態(tài)特性，使系統(tǒng)具有較好的控制效果。

7）自動調節(jié)與手動調節(jié)相比，有著調節(jié)精度高、響應快、效果好等特點。圖1為人工控制與自動PID控制調節(jié)效果對照圖。

圖1 人工控制與自動PID控制調節(jié)效果對照圖

3 噴霧干燥器全自動控制系統(tǒng)的組成及功能

噴霧干燥器全自動控制系統(tǒng)由溫度控制子系統(tǒng)、供漿控制子系統(tǒng)、燃燒控制子系統(tǒng)、負壓控制子系統(tǒng)及平臺系統(tǒng)6部分組成，其功能如下：

圖2 溫度控制子系統(tǒng)框圖

3.1 溫度控制子系統(tǒng)（見圖2）

該系統(tǒng)負責將噴霧塔內(nèi)的溫度控制在規(guī)定的范圍內(nèi)，當水分偏差超過規(guī)定范圍時，將塔內(nèi)溫度進行相應的升高或降低操作（必須在已安裝在線水分儀的前提下）。

通過溫度傳感器接收現(xiàn)場的溫度信號，同時接收在線水分儀所檢測的粉料水分信號。當水分變化超出控制范圍時，水分增大，應升高塔內(nèi)溫度；水分減小，應降低塔內(nèi)的溫度。同時，該系統(tǒng)根據(jù)溫度的變化需求輸出指令給燃燒控制子系統(tǒng)，使其進行相應的調節(jié)。

3.2 供漿控制子系統(tǒng)（見圖3）

當水分波動不大時，可通過控制漿料的流量來控制粉料水分，并可通過供漿壓力的大小來控制粉料的顆粒級配。

圖3 供漿控制子系統(tǒng)框圖

該子系統(tǒng)通過控制供漿壓力來控制粉料的水分。若水分含量增大，則減小供漿壓力；若水分含量降低，則增大供漿壓力。該子系統(tǒng)還具有噴槍堵塞自動檢測功能，發(fā)現(xiàn)噴槍堵塞時系統(tǒng)會自動報警。

圖4 燃燒控制子系統(tǒng)框圖

3.3 燃燒控制子系統(tǒng)（見圖4）

當噴霧器內(nèi)的溫度需要升高或降低時，該系統(tǒng)控制熱風爐的燃油或燃氣供給，同時控制合理的風油比或風氣比，確保安全優(yōu)質的燃燒。

該子系統(tǒng)接收溫度控制子系統(tǒng)來的控制信號，當溫度需要升高時，應增加燃燒器油閥或氣閥的開度；當溫度需要降低時，應減小燃燒器油閥或氣閥的開度。同時，當油閥或氣閥動作時，風門擋板開度也應隨之進行相應的比例調節(jié)，以確保燃燒的經(jīng)濟性。

3.4 負壓控制子系統(tǒng)（見圖5）

圖5 負壓控制子系統(tǒng)方框圖

為保證粉料大小顆粒的合理，特別是減小微粉顆粒的影響，干燥器內(nèi)需要保證一定的負壓，該子系統(tǒng)確保將負壓控制在規(guī)定的范圍內(nèi)。

該子系統(tǒng)通過壓力傳感器來檢測噴霧塔的負壓，當壓力升高時，需要開大引風機的抽力，反之則減小引風機的抽力。

3.5 啟?？刂谱酉到y(tǒng)

該子系統(tǒng)負責整個系統(tǒng)的啟停操作。通過邏輯控制和聯(lián)鎖保護實現(xiàn)系統(tǒng)的自動起停及故障保護。

3.6 系統(tǒng)平臺

系統(tǒng)平臺通過硬件及軟件系統(tǒng)實現(xiàn)以上各子系統(tǒng)的控制功能，包括數(shù)據(jù)輸入輸出卡、工業(yè)控制軟件等。此子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)的核心，以上所有子系統(tǒng)都是在這個系統(tǒng)平臺上實現(xiàn)的，以達到噴霧干燥器造粒的全自動控制。

4 噴霧干燥器全自動控制系統(tǒng)實施的可行性

噴霧干燥造粒工藝是以噴霧干燥器為主體，并附有供漿系統(tǒng)、熱風系統(tǒng)、除塵系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等構成的設備。工作時，泥漿由柱塞泵壓送到霧化器將泥漿霧化成細滴，進入干燥器內(nèi)受到熱空氣干燥脫水，顆粒受重力作用下落，帶有微粉及水氣的空氣經(jīng)旋風分離器收集微粉，再經(jīng)過水浴、除塵后從排風機排出。要控制好粉料的穩(wěn)定性，噴霧塔內(nèi)的進出風溫度、風量、泥漿的壓力以及泥漿的含水量等是關鍵要素，因此噴霧干燥塔的控制也是一個多因素變量的模糊控制系統(tǒng)。

噴霧干燥系統(tǒng)長期以來不能實現(xiàn)自動控制的原因是：噴霧塔粉料的品質無法得到在線檢測；控制系統(tǒng)軟硬件及設備的穩(wěn)定性和可靠性較差。自從在線水分測量儀在噴霧干燥系統(tǒng)使用和自動控制元件諸如傳感器等硬件質量技術的不斷提高，噴霧干燥器自動控制系統(tǒng)的應用就成為現(xiàn)實。從技術方面來看，噴霧干燥系統(tǒng)的結構簡單，控制的對象主要為熱風爐的燃燒器和泥漿柱塞泵的壓力。應盡可能避免堵槍現(xiàn)象，此外還要嚴格按操作規(guī)程以防出現(xiàn)意外情況。因噴霧干燥塔體積較大，熱慣性大，自穩(wěn)定能力強，所以目前的技術完全能夠滿足該自動控制系統(tǒng)的運行。

5 自動控制技術的經(jīng)濟效益

1）自動控制噴霧干燥器系統(tǒng)生產(chǎn)的粉料質量高，既提升了陶瓷最終產(chǎn)品的質量，又增強產(chǎn)品在市場的競爭力。

2）企業(yè)采用在線檢測粉料水分設備，可以節(jié)省去現(xiàn)場測量粉料水分的人員，因而可以實現(xiàn)多臺噴霧塔由一個人定期抽檢的方式，減少了操作工人，并降低了現(xiàn)有測量實驗設備的能耗；采用一個操作工人監(jiān)護多臺噴霧器，還能避免因多人操作而造成的損失。

6 結論

隨著陶瓷工業(yè)技術的發(fā)展，自動控制作為一項前沿技術在陶瓷工業(yè)噴霧干燥系統(tǒng)中的應用會日益廣泛，并使噴霧干燥器的性能進一步改善，控制更加精確，產(chǎn)品質量更趨于穩(wěn)定，同時可以大幅度降低操作工人的勞動強度和人身的危害。相信隨著陶瓷科技工作者的不斷努力，建筑衛(wèi)生陶瓷噴霧干燥器的自動控制技術會得到更大的提高。

1 蔡業(yè)斌.噴霧干燥技術研究現(xiàn)狀［J］.化工裝備技術，2006，27（2）：5～10

2 廖傳華.噴霧干燥的控制系統(tǒng)設計［J］.糧油加工與食品機械，2002（10）：37～38

3 肖建章.自動控制技術［M］.北京：中國勞動社會保障出版社，2004