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大國，產銷量位居世界第一，但并不是技術強國，尤其是在生產裝備的自動化技術方面。目前我國建筑衛生陶瓷企業，在濕法造粒噴霧干燥器生產線中，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，數據準確度不高。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依據，不易及時控制。

3）現場人工記錄的參數不可靠、不準確，給企業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；噴料初期不穩定時間長，資源浪費大，不能順應當前國家嚴格控制節能降耗的標準規范。當粉料水分有偏差時，人工調節波動大，調節時間長，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技術進行了研究。

2 噴霧干燥器自動控制系統的優點

噴霧干燥器自動控制系統主要實現粉料水分的在線控制。其自動控制系統的優點主要有：

1）系統采用在線水分測量儀進行粉料水分的監視。在線水分測量儀按時間設定值持續顯示粉料水分含量，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）系統具有粉料水分超限報警實時記錄功能，并實現自動定時報表輸出。

4）系統根據在線測量當前的水分值，采用動態趨勢控制的觀點，實現了水分的真正在線控制。

5）系統根據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定范圍內。

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

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

圖1 人工控制與自動PID控制調節效果對照圖

3 噴霧干燥器全自動控制系統的組成及功能

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

圖2 溫度控制子系統框圖

3.1 溫度控制子系統（見圖2）

該系統負責將噴霧塔內的溫度控制在規定的范圍內，當水分偏差超過規定范圍時，將塔內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，應升高塔內溫度；水分減小，應降低塔內的溫度。同時，該系統根據溫度的變化需求輸出指令給燃燒控制子系統，使其進行相應的調節。

3.2 供漿控制子系統（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 供漿控制子系統框圖

該子系統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。該子系統還具有噴槍堵塞自動檢測功能，發現噴槍堵塞時系統會自動報警。

圖4 燃燒控制子系統框圖

3.3 燃燒控制子系統（見圖4）

當噴霧器內的溫度需要升高或降低時，該系統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，確保安全優質的燃燒。

該子系統接收溫度控制子系統來的控制信號，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，以確保燃燒的經濟性。

3.4 負壓控制子系統（見圖5）

圖5 負壓控制子系統方框圖

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

該子系統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 啟停控制子系統

該子系統負責整個系統的啟停操作。通過邏輯控制和聯鎖保護實現系統的自動起停及故障保護。

3.6 系統平臺

系統平臺通過硬件及軟件系統實現以上各子系統的控制功能，包括數據輸入輸出卡、工業控制軟件等。此子系統是整個系統的核心，以上所有子系統都是在這個系統平臺上實現的，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、熱風系統、除塵系統及控制系統等構成的設備。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旋風分離器收集微粉，再經過水浴、除塵后從排風機排出。要控制好粉料的穩定性，噴霧塔內的進出風溫度、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。

噴霧干燥系統長期以來不能實現自動控制的原因是：噴霧塔粉料的品質無法得到在線檢測；控制系統軟硬件及設備的穩定性和可靠性較差。自從在線水分測量儀在噴霧干燥系統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的應用就成為現實。從技術方面來看，噴霧干燥系統的結構簡單，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象，此外還要嚴格按操作規程以防出現意外情況。因噴霧干燥塔體積較大，熱慣性大，自穩定能力強，所以目前的技術完全能夠滿足該自動控制系統的運行。

5 自動控制技術的經濟效益

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

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

6 結論

隨著陶瓷工業技術的發展，自動控制作為一項前沿技術在陶瓷工業噴霧干燥系統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，產品質量更趨于穩定，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 蔡業斌.噴霧干燥技術研究現狀［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