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[摘 要]水泥磨机是水泥企业的主要生产设备，磨机在粉磨物料时经常出现出磨物料温度过高、磨内物料出现包球包锻的现象，前者易影响出磨物料的性能，如糊球糊磨、石膏脱水、水泥假凝等危害，后者易出现滑履温度升高从而导致磨机产量降低，电耗增加。而自动控制喷雾降温设备依靠PLC集中精确的温度控制、先进的喷雾技术、故障率低、损耗小等特点，通过磨内喷水进行降温，予以解决此类问题。
[关键词]PLC，磨内喷水，水泥磨
中图分类号：TQ212.6 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）11-0032-01
1.前言
水泥球磨机主要应用于水泥厂成品及原料的粉磨，也适用于冶金、化工、电力等工矿企业粉磨各种矿石及其它可磨性物料。可用于开流粉磨，也适用于与选粉机组成的循环圈流粉磨。水泥磨具有对物料适应性强、能连续生产、破碎比大、易于调速粉磨产品的细度等特点。它既能干法生产也可以湿法生产，也可以粉磨与烘干同时进行作业。水泥的出磨温度，是水泥粉磨质量控制的一个重要技术指标。采用球磨机进行水泥粉磨的过程中，会有大部分机械能转化成热能，使得磨机内温度升高。磨内温度过高会引起石膏脱水成半水石膏，甚至产生部分无水石膏，引起水泥假凝，影响水泥质量，而且容易使入库水泥结块，同时，磨内温度升高，会使水泥因静电吸引而聚集，从而降低粉磨效率。最佳解决办法就是向水泥磨内喷水降温，目前市场上存在的喷水降温设备普遍使用高压水对磨头进行喷水，雾化效果不好，喷头容易堵塞，水气密封件易损，全自动化程度不高，对喷水降温设备运行缺少安全保护，导致生产事故频发。而智能喷雾降温系统选择双流体雾化方式，经过大量的实际应用，该系统技术成熟先进，自动化程度高，稳定可靠。采用的低压喷枪装置，喷嘴磨损小且喷雾粒度小，雾化效果好，性价比高。目前已广泛应用于我国水泥、钢铁、冶金等行业的废气处理系统中。下面对智能喷雾降温系统的控制系统进行较详细的介绍。
2.智能喷雾降温系统的概述
2.1 系统原理简述
该系统克服了传统高压回流方式的多项弊端，根据烟气温度的变化自动调节喷枪的喷水量，保证水泥磨出口温度维持在适当的温度范围内（105℃～100℃）。工作时，自动控制系统通过磨头温度和磨尾温度的监测和计算，分别控制磨头供水设备和磨尾供水设备的喷水量大小，水源自水箱经过过滤器过滤后由变频水泵升压并调节到一定的压力（0.4～0.6MPa）和流量（0～2T/H），经出口管路送到喷枪，在压缩空气的作用下雾化，产生非常细小的雾化颗粒，水雾在高温烟气中迅速蒸发，吸收烟气的大量热量，使磨尾温度控制在105℃以内。当磨尾出口测温组件检测烟气温度超过温度设定值范围时，磨尾供水设备中的变频水泵自动调节转速，增大供水压力和流量，使磨尾喷水量增大，从而使烟气温度降低到指定范围内；当出口温度降低超过温度设计值范围时，磨尾供水设备中的变频水泵自动调节转速，减小供水压力和流量，使喷水量减小，从而使烟气温度回升到指定范围内（105℃～100℃）。进口温度和出口温度由温度计检测，通过PLC控制系统的精确计算来保证适量的水用于烟气冷却。
2.2 系统组成简述
系统有双流体喷枪和系统集成泵站两部分组成。系统集成泵站包括：
1）磨头供水设备，控制磨头喷枪的喷水量，从而控制磨头的温度；
2）磨尾供水设备，控制磨尾喷枪的喷水量，从而控制磨尾的温度；
3）循环冷却供水设备，控制水气密封件的内的水始终循环，起到冷却的作用；
4）压缩空气供给设备，控制喷枪雾化以及防堵塞喷嘴；
5）电气柜及HMI，控制着系统的所有参数。它检测工艺过程的各个变量如水泥磨的入磨温度、出磨温度、空气和液体的流量和压力并控制供给喷枪的液体流量保证水泥磨机的出口温度的稳定，它还可视化给出所有参数的反馈。
3.控制系统的硬件组成（图1）
HMI人机界面的画面显示功能：实现生产过程流程画面，操作画面，参数设定，报警信息等画面。控制级由西门子的S7-200系列PLC控制器构成，实现对数字量的输入，输出和模拟量的输入、输出的处理，性能稳定，性价比高。执行机构由ABB变频器ACS510、立式多级离心泵、电动阀门等构成。
4.控制系统的PLC编程
4.1 系统启/停
启动设备：可以就地或远程启动/停止信号来实现，系统进入“运行”状态并开始根据检测到的出口温度控制液体泵和空气压力调节阀。
停止设备：可以就地或远程启动/停止信号来实现，系统进入“停机”状态，在这个状态下，系统不喷雾，没有温度控制。有些报警条件可以使系统进入“停机”状态（如两台水泵都发生故障）。
4.2 系统报警
系统有区别地处理警告和报警。当警告出现时，屏幕上会出现一条信息，报警输出被激活，而系统继续运行。有些报警会迫使系统停止运行、激活报警输出并解除运行输出。另一些报警会迫使系统进入安全模式并激活报警输出。所有警告和报警都需要设置延时。
4.3 系统自动控制原理
系统自动控制是通过检测水泥磨机出口温度以及喷水流量，用PLC内部的PID功能构建的双闭环控制思想，实时跟踪出口温度，根据出口的设定温度，快速的将出口烟气温度降到设定温度±10℃，并穩定在此范围内，保持不变。系统在层叠式PID逻辑中使用出口温度，温度的PID逻辑使用测定的温度并调节着液体流量，液体流量的PID逻辑使用温度PID的输出值并调节着泵的转速；
请注意，与PID调节方式相关的所有限制都适用于此系统；同时请注意，在启动和停止条件下或当工艺过程出现某些快速的重要变化时，需要操作者的手动干预。
5.HMI人机界面的程序编程
由于PLC程序集中于设备控制功能，要实现全面的自动控制功能，良好的人机界面，采用 TH765N组态的HMI需要编程如下几个部分：
5.1 画面
实时监视，方式选择，模拟量显示，控制系统起停，提供各种查询窗口。
5.2 报警
归档报警变量，实现报警查询和实时报警。
5.3 趋势图
归档过程变量，实现温度跟踪趋势显示。
6.结束语
自水泥磨机智能喷雾降温系统投入运行以后，降温效率非常高，温度控制精确稳定，提高水泥磨机的产量，保证水泥质量的稳定。PLC集中控制智能喷雾降温系统，具有良好的控制性能，维护量小，友善的人机界面，适合广泛应用于增湿塔的降温控制。
参考文献
[1] 西门子（中国）有限公司，SIMATIC S7-200可编程控制器 系统手册，2002.
[2] 北京ABB电气传动系统有限公司，ACS510变频器 用户手册，2013.
[3] 无锡信捷电气股份有限公司，信捷TouchWin组态软件使用手册，2013.
[4] 无锡信捷电气股份有限公司，信捷TouchWin编辑软件用户手册，2015.
[关键词]PLC，磨内喷水，水泥磨
中图分类号：TQ212.6 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2016）11-0032-01
1.前言
水泥球磨机主要应用于水泥厂成品及原料的粉磨，也适用于冶金、化工、电力等工矿企业粉磨各种矿石及其它可磨性物料。可用于开流粉磨，也适用于与选粉机组成的循环圈流粉磨。水泥磨具有对物料适应性强、能连续生产、破碎比大、易于调速粉磨产品的细度等特点。它既能干法生产也可以湿法生产，也可以粉磨与烘干同时进行作业。水泥的出磨温度，是水泥粉磨质量控制的一个重要技术指标。采用球磨机进行水泥粉磨的过程中，会有大部分机械能转化成热能，使得磨机内温度升高。磨内温度过高会引起石膏脱水成半水石膏，甚至产生部分无水石膏，引起水泥假凝，影响水泥质量，而且容易使入库水泥结块，同时，磨内温度升高，会使水泥因静电吸引而聚集，从而降低粉磨效率。最佳解决办法就是向水泥磨内喷水降温，目前市场上存在的喷水降温设备普遍使用高压水对磨头进行喷水，雾化效果不好，喷头容易堵塞，水气密封件易损，全自动化程度不高，对喷水降温设备运行缺少安全保护，导致生产事故频发。而智能喷雾降温系统选择双流体雾化方式，经过大量的实际应用，该系统技术成熟先进，自动化程度高，稳定可靠。采用的低压喷枪装置，喷嘴磨损小且喷雾粒度小，雾化效果好，性价比高。目前已广泛应用于我国水泥、钢铁、冶金等行业的废气处理系统中。下面对智能喷雾降温系统的控制系统进行较详细的介绍。
2.智能喷雾降温系统的概述
2.1 系统原理简述
该系统克服了传统高压回流方式的多项弊端，根据烟气温度的变化自动调节喷枪的喷水量，保证水泥磨出口温度维持在适当的温度范围内（105℃～100℃）。工作时，自动控制系统通过磨头温度和磨尾温度的监测和计算，分别控制磨头供水设备和磨尾供水设备的喷水量大小，水源自水箱经过过滤器过滤后由变频水泵升压并调节到一定的压力（0.4～0.6MPa）和流量（0～2T/H），经出口管路送到喷枪，在压缩空气的作用下雾化，产生非常细小的雾化颗粒，水雾在高温烟气中迅速蒸发，吸收烟气的大量热量，使磨尾温度控制在105℃以内。当磨尾出口测温组件检测烟气温度超过温度设定值范围时，磨尾供水设备中的变频水泵自动调节转速，增大供水压力和流量，使磨尾喷水量增大，从而使烟气温度降低到指定范围内；当出口温度降低超过温度设计值范围时，磨尾供水设备中的变频水泵自动调节转速，减小供水压力和流量，使喷水量减小，从而使烟气温度回升到指定范围内（105℃～100℃）。进口温度和出口温度由温度计检测，通过PLC控制系统的精确计算来保证适量的水用于烟气冷却。
2.2 系统组成简述
系统有双流体喷枪和系统集成泵站两部分组成。系统集成泵站包括：
1）磨头供水设备，控制磨头喷枪的喷水量，从而控制磨头的温度；
2）磨尾供水设备，控制磨尾喷枪的喷水量，从而控制磨尾的温度；
3）循环冷却供水设备，控制水气密封件的内的水始终循环，起到冷却的作用；
4）压缩空气供给设备，控制喷枪雾化以及防堵塞喷嘴；
5）电气柜及HMI，控制着系统的所有参数。它检测工艺过程的各个变量如水泥磨的入磨温度、出磨温度、空气和液体的流量和压力并控制供给喷枪的液体流量保证水泥磨机的出口温度的稳定，它还可视化给出所有参数的反馈。
3.控制系统的硬件组成（图1）
HMI人机界面的画面显示功能：实现生产过程流程画面，操作画面，参数设定，报警信息等画面。控制级由西门子的S7-200系列PLC控制器构成，实现对数字量的输入，输出和模拟量的输入、输出的处理，性能稳定，性价比高。执行机构由ABB变频器ACS510、立式多级离心泵、电动阀门等构成。
4.控制系统的PLC编程
4.1 系统启/停
启动设备：可以就地或远程启动/停止信号来实现，系统进入“运行”状态并开始根据检测到的出口温度控制液体泵和空气压力调节阀。
停止设备：可以就地或远程启动/停止信号来实现，系统进入“停机”状态，在这个状态下，系统不喷雾，没有温度控制。有些报警条件可以使系统进入“停机”状态（如两台水泵都发生故障）。
4.2 系统报警
系统有区别地处理警告和报警。当警告出现时，屏幕上会出现一条信息，报警输出被激活，而系统继续运行。有些报警会迫使系统停止运行、激活报警输出并解除运行输出。另一些报警会迫使系统进入安全模式并激活报警输出。所有警告和报警都需要设置延时。
4.3 系统自动控制原理
系统自动控制是通过检测水泥磨机出口温度以及喷水流量，用PLC内部的PID功能构建的双闭环控制思想，实时跟踪出口温度，根据出口的设定温度，快速的将出口烟气温度降到设定温度±10℃，并穩定在此范围内，保持不变。系统在层叠式PID逻辑中使用出口温度，温度的PID逻辑使用测定的温度并调节着液体流量，液体流量的PID逻辑使用温度PID的输出值并调节着泵的转速；
请注意，与PID调节方式相关的所有限制都适用于此系统；同时请注意，在启动和停止条件下或当工艺过程出现某些快速的重要变化时，需要操作者的手动干预。
5.HMI人机界面的程序编程
由于PLC程序集中于设备控制功能，要实现全面的自动控制功能，良好的人机界面，采用 TH765N组态的HMI需要编程如下几个部分：
5.1 画面
实时监视，方式选择，模拟量显示，控制系统起停，提供各种查询窗口。
5.2 报警
归档报警变量，实现报警查询和实时报警。
5.3 趋势图
归档过程变量，实现温度跟踪趋势显示。
6.结束语
自水泥磨机智能喷雾降温系统投入运行以后，降温效率非常高，温度控制精确稳定，提高水泥磨机的产量，保证水泥质量的稳定。PLC集中控制智能喷雾降温系统，具有良好的控制性能，维护量小，友善的人机界面，适合广泛应用于增湿塔的降温控制。
参考文献
[1] 西门子（中国）有限公司，SIMATIC S7-200可编程控制器 系统手册，2002.
[2] 北京ABB电气传动系统有限公司，ACS510变频器 用户手册，2013.
[3] 无锡信捷电气股份有限公司，信捷TouchWin组态软件使用手册，2013.
[4] 无锡信捷电气股份有限公司，信捷TouchWin编辑软件用户手册，2015.