基于PLC的智能噴霧降溫系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)線水泥磨機(jī)中的應(yīng)用

姜博

[摘 要]水泥磨機(jī)是水泥企業(yè)的主要生產(chǎn)設(shè)備，磨機(jī)在粉磨物料時經(jīng)常出現(xiàn)出磨物料溫度過高、磨內(nèi)物料出現(xiàn)包球包鍛的現(xiàn)象，前者易影響出磨物料的性能，如糊球糊磨、石膏脫水、水泥假凝等危害，后者易出現(xiàn)滑履溫度升高從而導(dǎo)致磨機(jī)產(chǎn)量降低，電耗增加。而自動控制噴霧降溫設(shè)備依靠PLC集中精確的溫度控制、先進(jìn)的噴霧技術(shù)、故障率低、損耗小等特點，通過磨內(nèi)噴水進(jìn)行降溫，予以解決此類問題。

[關(guān)鍵詞]PLC，磨內(nèi)噴水，水泥磨

中圖分類號：TQ212.6 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1009-914X（2016）11-0032-01

1.前言

水泥球磨機(jī)主要應(yīng)用于水泥廠成品及原料的粉磨，也適用于冶金、化工、電力等工礦企業(yè)粉磨各種礦石及其它可磨性物料。可用于開流粉磨，也適用于與選粉機(jī)組成的循環(huán)圈流粉磨。水泥磨具有對物料適應(yīng)性強(qiáng)、能連續(xù)生產(chǎn)、破碎比大、易于調(diào)速粉磨產(chǎn)品的細(xì)度等特點。它既能干法生產(chǎn)也可以濕法生產(chǎn)，也可以粉磨與烘干同時進(jìn)行作業(yè)。水泥的出磨溫度，是水泥粉磨質(zhì)量控制的一個重要技術(shù)指標(biāo)。采用球磨機(jī)進(jìn)行水泥粉磨的過程中，會有大部分機(jī)械能轉(zhuǎn)化成熱能，使得磨機(jī)內(nèi)溫度升高。磨內(nèi)溫度過高會引起石膏脫水成半水石膏，甚至產(chǎn)生部分無水石膏，引起水泥假凝，影響水泥質(zhì)量，而且容易使入庫水泥結(jié)塊，同時，磨內(nèi)溫度升高，會使水泥因靜電吸引而聚集，從而降低粉磨效率。最佳解決辦法就是向水泥磨內(nèi)噴水降溫，目前市場上存在的噴水降溫設(shè)備普遍使用高壓水對磨頭進(jìn)行噴水，霧化效果不好，噴頭容易堵塞，水氣密封件易損，全自動化程度不高，對噴水降溫設(shè)備運行缺少安全保護(hù)，導(dǎo)致生產(chǎn)事故頻發(fā)。而智能噴霧降溫系統(tǒng)選擇雙流體霧化方式，經(jīng)過大量的實際應(yīng)用，該系統(tǒng)技術(shù)成熟先進(jìn)，自動化程度高，穩(wěn)定可靠。采用的低壓噴槍裝置，噴嘴磨損小且噴霧粒度小，霧化效果好，性價比高。目前已廣泛應(yīng)用于我國水泥、鋼鐵、冶金等行業(yè)的廢氣處理系統(tǒng)中。下面對智能噴霧降溫系統(tǒng)的控制系統(tǒng)進(jìn)行較詳細(xì)的介紹。

2.智能噴霧降溫系統(tǒng)的概述

2.1 系統(tǒng)原理簡述

該系統(tǒng)克服了傳統(tǒng)高壓回流方式的多項弊端，根據(jù)煙氣溫度的變化自動調(diào)節(jié)噴槍的噴水量，保證水泥磨出口溫度維持在適當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)（105℃～100℃）。工作時，自動控制系統(tǒng)通過磨頭溫度和磨尾溫度的監(jiān)測和計算，分別控制磨頭供水設(shè)備和磨尾供水設(shè)備的噴水量大小，水源自水箱經(jīng)過過濾器過濾后由變頻水泵升壓并調(diào)節(jié)到一定的壓力（0.4～0.6MPa）和流量（0～2T/H），經(jīng)出口管路送到噴槍，在壓縮空氣的作用下霧化，產(chǎn)生非常細(xì)小的霧化顆粒，水霧在高溫?zé)煔庵醒杆僬舭l(fā)，吸收煙氣的大量熱量，使磨尾溫度控制在105℃以內(nèi)。當(dāng)磨尾出口測溫組件檢測煙氣溫度超過溫度設(shè)定值范圍時，磨尾供水設(shè)備中的變頻水泵自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，增大供水壓力和流量，使磨尾噴水量增大，從而使煙氣溫度降低到指定范圍內(nèi)；當(dāng)出口溫度降低超過溫度設(shè)計值范圍時，磨尾供水設(shè)備中的變頻水泵自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，減小供水壓力和流量，使噴水量減小，從而使煙氣溫度回升到指定范圍內(nèi)（105℃～100℃）。進(jìn)口溫度和出口溫度由溫度計檢測，通過PLC控制系統(tǒng)的精確計算來保證適量的水用于煙氣冷卻。

2.2 系統(tǒng)組成簡述

系統(tǒng)有雙流體噴槍和系統(tǒng)集成泵站兩部分組成。系統(tǒng)集成泵站包括：

1）磨頭供水設(shè)備，控制磨頭噴槍的噴水量，從而控制磨頭的溫度；

2）磨尾供水設(shè)備，控制磨尾噴槍的噴水量，從而控制磨尾的溫度；

3）循環(huán)冷卻供水設(shè)備，控制水氣密封件的內(nèi)的水始終循環(huán)，起到冷卻的作用；

4）壓縮空氣供給設(shè)備，控制噴槍霧化以及防堵塞噴嘴；

5）電氣柜及HMI，控制著系統(tǒng)的所有參數(shù)。它檢測工藝過程的各個變量如水泥磨的入磨溫度、出磨溫度、空氣和液體的流量和壓力并控制供給噴槍的液體流量保證水泥磨機(jī)的出口溫度的穩(wěn)定，它還可視化給出所有參數(shù)的反饋。

3.控制系統(tǒng)的硬件組成（圖1）

HMI人機(jī)界面的畫面顯示功能：實現(xiàn)生產(chǎn)過程流程畫面，操作畫面，參數(shù)設(shè)定，報警信息等畫面?？刂萍売晌鏖T子的S7-200系列PLC控制器構(gòu)成，實現(xiàn)對數(shù)字量的輸入，輸出和模擬量的輸入、輸出的處理，性能穩(wěn)定，性價比高。執(zhí)行機(jī)構(gòu)由ABB變頻器ACS510、立式多級離心泵、電動閥門等構(gòu)成。

4.控制系統(tǒng)的PLC編程

4.1 系統(tǒng)啟/停

啟動設(shè)備：可以就地或遠(yuǎn)程啟動/停止信號來實現(xiàn)，系統(tǒng)進(jìn)入“運行”狀態(tài)并開始根據(jù)檢測到的出口溫度控制液體泵和空氣壓力調(diào)節(jié)閥。

停止設(shè)備：可以就地或遠(yuǎn)程啟動/停止信號來實現(xiàn)，系統(tǒng)進(jìn)入“停機(jī)”狀態(tài)，在這個狀態(tài)下，系統(tǒng)不噴霧，沒有溫度控制。有些報警條件可以使系統(tǒng)進(jìn)入“停機(jī)”狀態(tài)（如兩臺水泵都發(fā)生故障）。

4.2 系統(tǒng)報警

系統(tǒng)有區(qū)別地處理警告和報警。當(dāng)警告出現(xiàn)時，屏幕上會出現(xiàn)一條信息，報警輸出被激活，而系統(tǒng)繼續(xù)運行。有些報警會迫使系統(tǒng)停止運行、激活報警輸出并解除運行輸出。另一些報警會迫使系統(tǒng)進(jìn)入安全模式并激活報警輸出。所有警告和報警都需要設(shè)置延時。

4.3 系統(tǒng)自動控制原理

系統(tǒng)自動控制是通過檢測水泥磨機(jī)出口溫度以及噴水流量，用PLC內(nèi)部的PID功能構(gòu)建的雙閉環(huán)控制思想，實時跟蹤出口溫度，根據(jù)出口的設(shè)定溫度，快速的將出口煙氣溫度降到設(shè)定溫度±10℃，并穩(wěn)定在此范圍內(nèi)，保持不變。系統(tǒng)在層疊式PID邏輯中使用出口溫度，溫度的PID邏輯使用測定的溫度并調(diào)節(jié)著液體流量，液體流量的PID邏輯使用溫度PID的輸出值并調(diào)節(jié)著泵的轉(zhuǎn)速；

請注意，與PID調(diào)節(jié)方式相關(guān)的所有限制都適用于此系統(tǒng)；同時請注意，在啟動和停止條件下或當(dāng)工藝過程出現(xiàn)某些快速的重要變化時，需要操作者的手動干預(yù)。

5.HMI人機(jī)界面的程序編程

由于PLC程序集中于設(shè)備控制功能，要實現(xiàn)全面的自動控制功能，良好的人機(jī)界面，采用 TH765N組態(tài)的HMI需要編程如下幾個部分：

5.1 畫面

實時監(jiān)視，方式選擇，模擬量顯示，控制系統(tǒng)起停，提供各種查詢窗口。

5.2 報警

歸檔報警變量，實現(xiàn)報警查詢和實時報警。

5.3 趨勢圖

歸檔過程變量，實現(xiàn)溫度跟蹤趨勢顯示。

6.結(jié)束語

自水泥磨機(jī)智能噴霧降溫系統(tǒng)投入運行以后，降溫效率非常高，溫度控制精確穩(wěn)定，提高水泥磨機(jī)的產(chǎn)量，保證水泥質(zhì)量的穩(wěn)定。PLC集中控制智能噴霧降溫系統(tǒng)，具有良好的控制性能，維護(hù)量小，友善的人機(jī)界面，適合廣泛應(yīng)用于增濕塔的降溫控制。

參考文獻(xiàn)

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[3] 無錫信捷電氣股份有限公司，信捷TouchWin組態(tài)軟件使用手冊，2013.

[4] 無錫信捷電氣股份有限公司，信捷TouchWin編輯軟件用戶手冊，2015.