喷雾干燥塔自动控制系统分析

采用喷雾干燥技术和设备制备混合料是硬质合金生产的主要手段，喷雾干燥装备的技术性能，自动化程度决定了硬质合金混合料产品的质量和生产效率。我公司共有3台喷雾干燥设备，其中从国外进口的HC-300喷雾干燥塔，与另外2台有着不同的自动控制系统组成，不同的控制方式，无论在设备的性能、效率还是自动化程度上都达到了该领域的水平，在混合料制备工艺中发挥了很大作用。
二、设备及工艺流程HC-300喷雾干燥设备其主体由一台7米高的喷雾塔，2台可移动混合搅拌槽，1台油气交换器，1台旋风分离器，1台除尘器/冷凝器等组成；辅助设备有氮气供给系统、油加热系统、制冷机组，它们各自形成循环回路。
喷雾干燥工艺过程为：湿磨后的料浆在混合搅拌槽不停的搅拌均匀，经过隔膜泵加压将料浆从双喷嘴中喷出并在喷雾塔中形成雾状，与己调节好温度自上而下的气体（N2）进行逆流千燥，己烷被蒸发、干燥好的料粒产品从塔底放出，经过振动式粉冷器冷却后装入料桶，准备进入下到工序。干燥用循环气体（N2）不断地经过除尘器/冷凝器回收湿磨介质（己烷），所获纯净气体经过油气交换器重新加热至工作温度再次送入干燥塔，形成循环用气体。
工艺过程示意图见：三、控制技术方案喷雾干燥制备混合料过程是一个批量顺序操作的生产过程，控制参数有模拟量和开关量。
模拟量主要用于温度、流量、压力、液位的检测和控制，实现工艺规定参数的跟踪；开关量回路较多，操作次数频繁，主要用于生产设备的启动或停止、安全联锁及报警、故障检测诊断等。
混合搅拌槽料浆搅拌徼控制转速控制是根据搅拌槽的重量来实现自动调整搅拌速度的，随着料浆连续不断地在干燥塔内喷出干燥，槽内的料浆重量逐渐减轻，其搅拌速度也随着变缓，料浆重量和转速的起始油油加热器油气交换器旋风收尘器淋洗冷凝塔制冷机组己烷冷冻水工艺流程示意图对应值，PID调节参数等都可以通过操作站上的菜单进行编辑、修改、存储、调用：1、搅拌槽的选择，启动/停止都可以通过点击鼠标实现。
（二）酿控制系统有4个主要温度控制点，包括干燥塔进出口温度（DEI、DE5），除尘器/冷凝器出口温度（DE45），油加热出口温度（FE5）。其中DE5是喷雾干燥的关键参数，它与进口温度DE1组成串级控制方式，通过软件块调用并选择合适的PID参数，实现DE5温度的稳定控制，并达到0.3C控制精度要求。各控制回路的温度设定值，PID调节参数可以在操作站上的菜单中进行编辑、修改、存储、调用。
（三）制粒输送搅拌槽的料浆是通过隔膜泵输送到干燥它进行干燥制粒的，只有泵的出口压力（大约9MPa）正常及泵的运行速度整定适宜，才能正常输送料浆并保证喷料时间。
千燥塔出口温度控制原理框图（四）油加热油作为喷雾干燥加热载体，对工艺气体（N2）进行加热。只有在油加热器中将油加热到某一温度时，才能启动系统并通过FV2阀输送到气油交换器，进行系统加热。
（五）系统加热主要是对工艺气体（N2）加热，只有在系统压力（DE4）及含氧量达到某一允许范围内，才能启动热油加热器，开始对工艺气体进行加热，大约从20C加热到8（T10（TC.这时，除尘器、排风机等启动，队进行内部循环。
（六）安全报警联锁由于系统中存在己，因此安全联锁及报警、故障诊断是控制系统必须涉及的。系统的2含量既是保证产品质量的关键参数，同时对喷雾干燥制粒过程的设备、人身安全起到重要作用，只有其数值控制在允许范围内，制粒过程才能正常进行；否则将无法进入制粒程序或将中断正在进行的制粒过程、或停止所有运行的设备，保证安全。
除尘器/冷凝器出口温度（HE1）也必须控制在允许的范围，才能进行正常的喷雾干燥制粒；否则将自锁己烷循环泵（HP1），停止喷料泵（BP1），中断正在进行的制粒过程。
四、系统构成及功能（-）硬件组成HC-300喷雾干燥设备采用的是以SIMATIC控制系统为基础的全分布式控制系统，由计算机和可编程逻辑控制器（PLC）、现场传感器和执行机构组成。系统构成如下：现场级由温度、压力、流量、液位、重量等传感器，各类泵、风机、电磁阀等设备或执行机构组成。它们将模拟量和开关量信号传输到ET200S的I/O模块，或接受来自PLC的程序指令，到达检测、控制目的。
S7-400，并通过ET200S将现场I/O点通过PR0FIBUSDP连接到PLC控制主机，系统配备有2个通讯接口和1个Ethernet模块，分别与ET200S、操作员站（PC）和工厂以太网通讯。该站主要进行数据的采集、处理，用户程序和上位机操作指令的执行，完成对喷雾干燥设备全部运行操作控制。系统的硬件配置为：：中央处理单元C0U1快：S7-414-2DP通讯模板1块：CPU443-电源模板1块ET200SI/O系统3套：包括2路模拟量输入板12块2路模拟量输出板5块4路数字量输入板27块4路数字量输出板10块电源模板5块整个系统共有数字量输入输出148点，模拟量输入输出34点。
监视操作管理级采用性能超群的IBM公司计算机作为管理和操作上位机，它是整个喷雾干燥制粒程控的核心，系统所有被控设备的启停均由主控机发出指令，PLC控制站执行。现场数据的收集、管理，异常情况的报警都由该站完成。另外，还配备有打印机进行生产报表的输出。操作室还配备电视监控器观察喷雾干燥制粒的喷料过程。监视操作管理站可以完成以下功能：工艺流程画面显示生产过程控制画面运行参数和设备运行状况显示主要参数的历史趋势报表生成和打印系统硬件结构见：（二）软件组成系统软件是实现控制功能的关键，本系统软件是由上位机软件和PLC控制站软件两部分组成：1.上位机软件上位机软件采用基于NT技术构建的Win 2000professional为操作系统，采用SIMATICNETNetworking提供网络通讯平台，采用MicrosoftSQLserver2000和IndustrialSQLserver作为采集、管理实时数据及跟踪历史数据的数据库平台。
现场设备现场斤关量现场模拟量阀位信号系统硬件粗成图软件设计为故障诊断报警中断优先，无论在什么状态，都会在CRT屏上显示报警点或中断制粒过程，同时声光报警。上位机监控画面采用Intouch组态软件设计，分别设计有喷雾干燥、搅拌槽、油加热系统，冷凝机组、己烷回收、设备清洗等流程画面以及相应的运行状态、实时参数显示和生产工艺参数设定，同时还设置了一些操作提示（启动、预启动、手动、清洗）、报警和确认、紧急停止等按钮。系统还设计有按授权级别对工艺菜单、重要参数可以编制、设定、修改或只能调用功能，每一次操作均可进行自动存储、记录。
2.控制站软件STEP7软件编制实现。本系统程序采用“结构化程序”方式设计，由B、FB、FC、DB建立起自己的程序，程序的结构清楚，修改方便容易；可以在PC机上或通过电话网进行程序修改和远程故障诊断。其中对各点温度、搅拌转速等的闭环控制是利用模拟量I/O接口硬件和通过STEP7编程软件中带的PID控制功能块FB实现的。主要的控制程序有：混合搅拌槽工作运行程序清洗操作程序喷雾干燥设备顺序启动/停止程序故障诊断和报警程序喷雾干燥设备顺序控制流程见：五、结论喷雾干燥塔及自动化控制系统自2003年投入使用己近两年，正常运行证明：整个系统设计合理先进，操作简便，可靠性高，完全符合生产工艺和设备的要求。特别是自动控制中采用了SIEMENS公司新一代ET200S分布式I/O系统，由于它的模块化设计，自带快速故障诊断信息显示，和PROFIBUS现场总线结构，使系统具有组态、扩展修改更加容易，安装简便、灵活，运行费用低等优点。上位机友好的人机界面，模拟化仪表显示、设定，调节阀、电磁阀等运行状态、位置反馈都可在CRT上清楚地显示、观察和了解到。此外，由于生产现场是危险场所，取消了现场的电气仪表操作盘柜，对设备的操作和控制全部集中在操作室的CRT上，通过点击鼠标实现手/自动操作任意选择、设备的启动/停止、控制程序的调用，使整个生产更加安全、操作更加简洁方便。