噴霧干燥塔自動控制系統(tǒng)分析

采用噴霧干燥技術和設備制備混合料是硬質(zhì)合金生產(chǎn)的主要手段，噴霧干燥裝備的技術性能，自動化程度決定了硬質(zhì)合金混合料產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。我公司共有3臺噴霧干燥塔，其中從國外進口的HC-300噴霧干燥塔，與另外2臺有著不同的自動控制系統(tǒng)組成，不同的控制方式，無論在設備的性能、效率還是自動化程度上都達到了該領域的一流水平，在混合料制備工藝中發(fā)揮了很大作用。

設備及工藝流程LPG-300噴霧干燥塔其主體由一臺7米高的噴霧塔，2臺可移動混合攪拌槽，1臺油氣交換器，1臺旋風分離器，1臺除塵器/冷凝器等組成；輔助設備有氮氣供給系統(tǒng)、油加熱系統(tǒng)、制冷機組，它們各自形成循環(huán)回路。

噴霧干燥工藝過程為：濕磨后的料漿在混合攪拌槽不停的攪拌均勻，經(jīng)過隔膜泵加壓將料漿從雙噴嘴中噴出并在噴霧塔中形成霧狀，與己調(diào)節(jié)好溫度自上而下的氣體（N2）進行逆流千燥，己烷被蒸發(fā)、干燥好的料粒產(chǎn)品從塔底放出，經(jīng)過振動式粉冷器冷卻后裝入料桶，準備進入下到工序。干燥用循環(huán)氣體（N2）不斷地經(jīng)過除塵器/冷凝器回收濕磨介質(zhì)（己烷），所獲純凈氣體經(jīng)過油氣交換器重新加熱至工作溫度再次送入干燥塔，形成循環(huán)用氣體。

工藝過程示意圖見：三、控制技術方案噴霧干燥制備混合料過程是一個批量順序操作的生產(chǎn)過程，控制參數(shù)有模擬量和開關量。

模擬量主要用于溫度、流量、壓力、液位的檢測和控制，實現(xiàn)工藝規(guī)定參數(shù)的跟蹤；開關量回路較多，操作次數(shù)頻繁，主要用于生產(chǎn)設備的啟動或停止、安全聯(lián)鎖及報警、故障檢測診斷等。

混合攪拌槽料漿攪拌徼控制轉(zhuǎn)速控制是根據(jù)攪拌槽的重量來實現(xiàn)自動調(diào)整攪拌速度的，隨著料漿連續(xù)不斷地在干燥塔內(nèi)噴出干燥，槽內(nèi)的料漿重量逐漸減輕，其攪拌速度也隨著變緩，料漿重量和轉(zhuǎn)速的起始油油加熱器油氣交換器旋風收塵器淋洗冷凝塔制冷機組己烷冷凍水工藝流程示意圖對應值，PID調(diào)節(jié)參數(shù)等都可以通過操作站上的菜單進行編輯、修改、存儲、調(diào)用：1、攪拌槽的選擇，啟動/停止都可以通過點擊鼠標實現(xiàn)。

釀控制系統(tǒng)有4個主要溫度控制點，包括干燥塔進出口溫度（DEI、DE5），除塵器/冷凝器出口溫度（DE45），油加熱出口溫度（FE5）。其中DE5是噴霧干燥的最關鍵參數(shù)，它與進口溫度DE1組成串級控制方式，通過軟件塊調(diào)用并選擇合適的PID參數(shù)，實現(xiàn)DE5溫度的穩(wěn)定控制，并達到0.3C控制精度要求。各控制回路的溫度設定值，PID調(diào)節(jié)參數(shù)可以在操作站上的菜單中進行編輯、修改、存儲、調(diào)用。

制粒輸送攪拌槽的料漿是通過隔膜泵輸送到干燥它進行干燥制粒的，只有泵的出口壓力（大約9MPa）正常及泵的運行速度整定適宜，才能正常輸送料漿并保證噴料時間。

干燥塔出口溫度控制原理框圖（四）油加熱油作為噴霧干燥加熱載體，對工藝氣體（N2）進行加熱。只有在油加熱器中將油加熱到某一溫度時，才能啟動系統(tǒng)并通過FV2閥輸送到氣油交換器，進行系統(tǒng)加熱。

系統(tǒng)加熱主要是對工藝氣體（N2）加熱，只有在系統(tǒng)壓力（DE4）及含氧量達到某一允許范圍內(nèi)，才能啟動熱油加熱器，開始對工藝氣體進行加熱，大約從20C加熱到8（T10（TC.這時，除塵器、排風機等啟動，隊進行內(nèi)部循環(huán)。

安全報警聯(lián)鎖由于系統(tǒng)中存在己，因此安全聯(lián)鎖及報警、故障診斷是控制系統(tǒng)必須涉及的。系統(tǒng)的2含量既是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關鍵參數(shù)，同時對噴霧干燥制粒過程的設備、人身安全起到重要作用，只有其數(shù)值控制在允許范圍內(nèi)，制粒過程才能正常進行；否則將無法進入制粒程序或?qū)⒅袛嗾谶M行的制粒過程、或停止所有運行的設備，保證安全。

除塵器/冷凝器出口溫度（HE1）也必須控制在允許的范圍，才能進行正常的噴霧干燥制粒；否則將自鎖己烷循環(huán)泵（HP1），停止噴料泵（BP1），中斷正在進行的制粒過程。

系統(tǒng)構成及功能（-）硬件組成HC-300噴霧干燥設備采用的是以SIMATIC控制系統(tǒng)為基礎的全分布式控制系統(tǒng)，由計算機和可編程邏輯控制器（PLC）、現(xiàn)場傳感器和執(zhí)行機構組成。系統(tǒng)構成如下：現(xiàn)場級由溫度、壓力、流量、液位、重量等傳感器，各類泵、風機、電磁閥等設備或執(zhí)行機構組成。它們將模擬量和開關量信號傳輸?shù)紼T200S的I/O模塊，或接受來自PLC的程序指令，到達檢測、控制目的。

S7-400，并通過ET200S將現(xiàn)場I/O點通過PR0FIBUSDP連接到PLC控制主機，系統(tǒng)配備有2個通訊接口和1個Ethernet模塊，分別與ET200S、操作員站（PC）和工廠以太網(wǎng)通訊。該站主要進行數(shù)據(jù)的采集、處理，用戶程序和上位機操作指令的執(zhí)行，完成對噴霧干燥設備全部運行操作控制。系統(tǒng)的硬件配置為：：中央處理單元C0U1快：S7-414-2DP通訊模板1塊：CPU443-電源模板1塊ET200SI/O系統(tǒng)3套：包括2路模擬量輸入板12塊2路模擬量輸出板5塊4路數(shù)字量輸入板27塊4路數(shù)字量輸出板10塊電源模板5塊整個系統(tǒng)共有數(shù)字量輸入輸出148點，模擬量輸入輸出34點。

監(jiān)視操作管理級采用性能超群的IBM公司計算機作為管理和操作上位機，它是整個噴霧干燥制粒程控的核心，系統(tǒng)所有被控設備的啟停均由主控機發(fā)出指令，PLC控制站執(zhí)行?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)的收集、管理，異常情況的報警都由該站完成。另外，還配備有打印機進行生產(chǎn)報表的輸出。操作室還配備電視監(jiān)控器觀察噴霧干燥制粒的噴料過程。監(jiān)視操作管理站可以完成以下功能：工藝流程畫面顯示生產(chǎn)過程控制畫面運行參數(shù)和設備運行狀況顯示主要參數(shù)的歷史趨勢報表生成和打印系統(tǒng)硬件結構見：（二）軟件組成系統(tǒng)軟件是實現(xiàn)控制功能的關鍵，本系統(tǒng)軟件是由上位機軟件和PLC控制站軟件兩部分組成：1.上位機軟件上位機軟件采用基于NT技術構建的Win 2000professional為操作系統(tǒng)，采用SIMATICNETNetworking提供網(wǎng)絡通訊平臺，采用MicrosoftSQLserver2000和IndustrialSQLserver作為采集、管理實時數(shù)據(jù)及跟蹤歷史數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫平臺。

現(xiàn)場設備現(xiàn)場斤關量現(xiàn)場模擬量閥位信號系統(tǒng)硬件粗成圖軟件設計為故障診斷報警中斷優(yōu)先，無論在什么狀態(tài)，都會在CRT屏上顯示報警點或中斷制粒過程，同時聲光報警。上位機監(jiān)控畫面采用Intouch組態(tài)軟件設計，分別設計有噴霧干燥、攪拌槽、油加熱系統(tǒng)，冷凝機組、己烷回收、設備清洗等流程畫面以及相應的運行狀態(tài)、實時參數(shù)顯示和生產(chǎn)工藝參數(shù)設定，同時還設置了一些操作提示（啟動、預啟動、手動、清洗）、報警和確認、緊急停止等按鈕。系統(tǒng)還設計有按授權級別對工藝菜單、重要參數(shù)可以編制、設定、修改或只能調(diào)用功能，每一次操作均可進行自動存儲、記錄。

控制站軟件STEP7軟件編制實現(xiàn)。本系統(tǒng)程序采用“結構化程序”方式設計，由B、FB、FC、DB建立起自己的程序，程序的結構清楚，修改方便容易；可以在PC機上或通過電話網(wǎng)進行程序修改和遠程故障診斷。其中對各點溫度、攪拌轉(zhuǎn)速等的閉環(huán)控制是利用模擬量I/O接口硬件和通過STEP7編程軟件中帶的PID控制功能塊FB實現(xiàn)的。主要的控制程序有：混合攪拌槽工作運行程序清洗操作程序噴霧干燥設備順序啟動/停止程序故障診斷和報警程序噴霧干燥設備順序控制流程見：五、結論噴霧干燥塔及自動化控制系統(tǒng)自2003年投入使用己近兩年，正常運行證明：整個系統(tǒng)設計合理先進，操作簡便，可靠性高，完全符合生產(chǎn)工藝和設備的要求。特別是自動控制中采用了SIEMENS公司最新一代ET200S分布式I/O系統(tǒng)，由于它的模塊化設計，自帶快速故障診斷信息顯示，和PROFIBUS現(xiàn)場總線結構，使系統(tǒng)具有組態(tài)、擴展修改更加容易，安裝簡便、靈活，運行費用低等優(yōu)點。上位機友好的人機界面，模擬化儀表顯示、設定，調(diào)節(jié)閥、電磁閥等運行狀態(tài)、位置反饋都可在CRT上清楚地顯示、觀察和了解到。此外，由于生產(chǎn)現(xiàn)場是危險場所，取消了現(xiàn)場的電氣儀表操作盤柜，對設備的操作和控制全部集中在操作室的CRT上，通過點擊鼠標實現(xiàn)手/自動操作任意選擇、設備的啟動/停止、控制程序的調(diào)用，使整個生產(chǎn)更加安全、操作更加簡潔方便。