基于PLC的智能噴霧降溫系統在水泥生產線水泥磨機中的應用

姜博

[摘 要]水泥磨機是水泥企業的主要生產設備，磨機在粉磨物料時經常出現出磨物料溫度過高、磨內物料出現包球包鍛的現象，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，后者易出現滑履溫度升高從而導致磨機產量降低，電耗增加。而自動控制噴霧降溫設備依靠PLC集中精確的溫度控制、先進的噴霧技術、故障率低、損耗小等特點，通過磨內噴水進行降溫，予以解決此類問題。

[關鍵詞]PLC，磨內噴水，水泥磨

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

1.前言

水泥球磨機主要應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，也適用于與選粉機組成的循環圈流粉磨。水泥磨具有對物料適應性強、能連續生產、破碎比大、易于調速粉磨產品的細度等特點。它既能干法生產也可以濕法生產，也可以粉磨與烘干同時進行作業。水泥的出磨溫度，是水泥粉磨質量控制的一個重要技術指標。采用球磨機進行水泥粉磨的過程中，會有大部分機械能轉化成熱能，使得磨機內溫度升高。磨內溫度過高會引起石膏脫水成半水石膏，甚至產生部分無水石膏，引起水泥假凝，影響水泥質量，而且容易使入庫水泥結塊，同時，磨內溫度升高，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噴水降溫，目前市場上存在的噴水降溫設備普遍使用高壓水對磨頭進行噴水，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，對噴水降溫設備運行缺少安全保護，導致生產事故頻發。而智能噴霧降溫系統選擇雙流體霧化方式，經過大量的實際應用，該系統技術成熟先進，自動化程度高，穩定可靠。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。目前已廣泛應用于我國水泥、鋼鐵、冶金等行業的廢氣處理系統中。下面對智能噴霧降溫系統的控制系統進行較詳細的介紹。

2.智能噴霧降溫系統的概述

2.1 系統原理簡述

該系統克服了傳統高壓回流方式的多項弊端，根據煙氣溫度的變化自動調節噴槍的噴水量，保證水泥磨出口溫度維持在適當的溫度范圍內（105℃～100℃）。工作時，自動控制系統通過磨頭溫度和磨尾溫度的監測和計算，分別控制磨頭供水設備和磨尾供水設備的噴水量大小，水源自水箱經過過濾器過濾后由變頻水泵升壓并調節到一定的壓力（0.4～0.6MPa）和流量（0～2T/H），經出口管路送到噴槍，在壓縮空氣的作用下霧化，產生非常細小的霧化顆粒，水霧在高溫煙氣中迅速蒸發，吸收煙氣的大量熱量，使磨尾溫度控制在105℃以內。當磨尾出口測溫組件檢測煙氣溫度超過溫度設定值范圍時，磨尾供水設備中的變頻水泵自動調節轉速，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；當出口溫度降低超過溫度設計值范圍時，磨尾供水設備中的變頻水泵自動調節轉速，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（105℃～100℃）。進口溫度和出口溫度由溫度計檢測，通過PLC控制系統的精確計算來保證適量的水用于煙氣冷卻。

2.2 系統組成簡述

系統有雙流體噴槍和系統集成泵站兩部分組成。系統集成泵站包括：

1）磨頭供水設備，控制磨頭噴槍的噴水量，從而控制磨頭的溫度；

2）磨尾供水設備，控制磨尾噴槍的噴水量，從而控制磨尾的溫度；

3）循環冷卻供水設備，控制水氣密封件的內的水始終循環，起到冷卻的作用；

4）壓縮空氣供給設備，控制噴槍霧化以及防堵塞噴嘴；

5）電氣柜及HMI，控制著系統的所有參數。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的出口溫度的穩定，它還可視化給出所有參數的反饋。

3.控制系統的硬件組成（圖1）

HMI人機界面的畫面顯示功能：實現生產過程流程畫面，操作畫面，參數設定，報警信息等畫面。控制級由西門子的S7-200系列PLC控制器構成，實現對數字量的輸入，輸出和模擬量的輸入、輸出的處理，性能穩定，性價比高。執行機構由ABB變頻器ACS510、立式多級離心泵、電動閥門等構成。

4.控制系統的PLC編程

4.1 系統啟/停

啟動設備：可以就地或遠程啟動/停止信號來實現，系統進入“運行”狀態并開始根據檢測到的出口溫度控制液體泵和空氣壓力調節閥。

停止設備：可以就地或遠程啟動/停止信號來實現，系統進入“停機”狀態，在這個狀態下，系統不噴霧，沒有溫度控制。有些報警條件可以使系統進入“停機”狀態（如兩臺水泵都發生故障）。

4.2 系統報警

系統有區別地處理警告和報警。當警告出現時，屏幕上會出現一條信息，報警輸出被激活，而系統繼續運行。有些報警會迫使系統停止運行、激活報警輸出并解除運行輸出。另一些報警會迫使系統進入安全模式并激活報警輸出。所有警告和報警都需要設置延時。

4.3 系統自動控制原理

系統自動控制是通過檢測水泥磨機出口溫度以及噴水流量，用PLC內部的PID功能構建的雙閉環控制思想，實時跟蹤出口溫度，根據出口的設定溫度，快速的將出口煙氣溫度降到設定溫度±10℃，并穩定在此范圍內，保持不變。系統在層疊式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節著液體流量，液體流量的PID邏輯使用溫度PID的輸出值并調節著泵的轉速；

請注意，與PID調節方式相關的所有限制都適用于此系統；同時請注意，在啟動和停止條件下或當工藝過程出現某些快速的重要變化時，需要操作者的手動干預。

5.HMI人機界面的程序編程

由于PLC程序集中于設備控制功能，要實現全面的自動控制功能，良好的人機界面，采用 TH765N組態的HMI需要編程如下幾個部分：

5.1 畫面

實時監視，方式選擇，模擬量顯示，控制系統起停，提供各種查詢窗口。

5.2 報警

歸檔報警變量，實現報警查詢和實時報警。

5.3 趨勢圖

歸檔過程變量，實現溫度跟蹤趨勢顯示。

6.結束語

自水泥磨機智能噴霧降溫系統投入運行以后，降溫效率非常高，溫度控制精確穩定，提高水泥磨機的產量，保證水泥質量的穩定。PLC集中控制智能噴霧降溫系統，具有良好的控制性能，維護量小，友善的人機界面，適合廣泛應用于增濕塔的降溫控制。

參考文獻

[1] 西門子（中國）有限公司，SIMATIC S7-200可編程控制器 系統手冊，2002.

[2] 北京ABB電氣傳動系統有限公司，ACS510變頻器 用戶手冊，2013.

[3] 無錫信捷電氣股份有限公司，信捷TouchWin組態軟件使用手冊，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.