【正文】 時(shí)設(shè)計(jì)方案要有一定的適應(yīng)性，例如能適應(yīng)季節(jié)的變化、原料濕含量及粒度的變化等。 所確定的流程和設(shè)備，必須保證產(chǎn)品的質(zhì)量能達(dá)到規(guī)定的要求，而且質(zhì)量要穩(wěn)定。然后，將這兩部分成品輸送到另 — 處混合后貯入成品庫(kù)中或直接送去包裝成袋。 4 干燥產(chǎn)品與空氣分離。當(dāng)霧滴內(nèi)部水分向表面的 擴(kuò)散而不足以保持表 面的潤(rùn)濕狀態(tài)時(shí)。 噴霧干燥時(shí)，物料也經(jīng)歷著恒速干燥和降速干燥兩個(gè)階段，這與物料在常規(guī)干燥設(shè)備中所經(jīng)歷的歷程完全相同。對(duì)于能耐高溫的干物料，這種系統(tǒng)最為經(jīng)濟(jì)。此外，在逆流系統(tǒng)中，全過(guò)程的平均溫度差和分壓差較大，停留時(shí)間較長(zhǎng) ，有利于傳熱傳質(zhì)，熱的利用率也高。 對(duì)于逆流系統(tǒng)，在塔頂噴出的霧滴與塔底上來(lái)的較濕空氣相接觸，因此水分蒸發(fā)速率較并流的為侶。 在并流系統(tǒng)中，最熱的干燥空氣和水分含量最大的霧滴接觸，因而水分迅速蒸發(fā)，霧涌表面溫度接近 于空氣的濕球溫度，同時(shí)空氣溫度也顯著降低，因此從霧滴到干燥成品的整個(gè)歷程中，物料的溫度不高，這對(duì)于熱敏性物料的干燥是特別有利的。 在干燥室內(nèi)，霧滴和空氣的接觸有并流式、逆流式和混合流式三種。因此，使料液霧化所用的霧化器是噴霧干燥的關(guān)鍵部件。霧滴大小和均勻程度對(duì)于 產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)影響很大，特別是熱敏性物料的干燥尤為重要。 1 料液霧化。 噴霧干燥過(guò)程可分為四個(gè)階段 ：料液霧化為 料液霧化為霧滴；霧滴與空氣接觸 (混合與流動(dòng) )；霧滴干燥 (水分蒸發(fā) )；干燥產(chǎn)品與空氣分離。 噴霧干燥是一種已被業(yè)界廣泛接受的干燥工藝，其特點(diǎn)是可以把初始狀態(tài)為含固的液體通過(guò)特殊設(shè)計(jì)的霧化 器物化后再與干燥介質(zhì)接觸，在短時(shí)間內(nèi)完成蒸發(fā)干燥而獲得干燥的產(chǎn)品。 2 1 噴霧干燥過(guò) 程 計(jì)算機(jī) 雙重 控制 系統(tǒng) 控制方案的確定 噴霧干燥過(guò)程 的工 藝流程 [5] 干燥是一種古老的操作，也是高能耗的操作工藝之一，因此，在能源緊張的今天，干燥工藝是否節(jié)能越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注?？刂菩Ч哂辛己玫姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，為方便對(duì)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，控制系統(tǒng)有手動(dòng)和自動(dòng)兩種模式，并且之間的切換是無(wú)擾動(dòng)的。 第四部分是 計(jì)算機(jī) 雙重 控制系統(tǒng)的調(diào)試 ， 主要 包括 ：計(jì)算機(jī)與 PLC 之間的通訊、 PLC 程序的寫(xiě)入和在線調(diào)試及修改和完善、 MCGS 與 PLC 的連通和調(diào)試以及整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)仿真。 第二部分是 干燥過(guò)程 控制系統(tǒng) PLC 控制的實(shí)現(xiàn) ，主要包括： 可編程控制器簡(jiǎn)介、 PLC 的特點(diǎn)及作用、 PLC 控制系統(tǒng) 工程設(shè)計(jì)的方法和步驟以及 計(jì)算機(jī) PLC控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)步驟和注意問(wèn)題、軟件設(shè)計(jì)流程圖和梯形圖設(shè)計(jì)。為了獲得高精度的溫度控制及盡可能節(jié)省蒸汽的消耗量，采用雙重控制系統(tǒng)，可以取得良好的控制效果。噴霧干燥過(guò)程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1 噴霧干燥過(guò)程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 前 言 本畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 計(jì)算機(jī)雙重 控制系統(tǒng) 上位機(jī)程序 設(shè)計(jì)， Computer Dual Control System and Computer Programming） 為噴霧干燥過(guò)程的雙重控制 系統(tǒng)。漿料從噴頭噴淋下來(lái)，與熱風(fēng)接觸換熱，漿料被干燥并從干燥塔底部排出，干燥的程度由間接指標(biāo)溫度控制。 本計(jì)算機(jī) 雙重 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含四部分： 第一部分是 干燥過(guò)程 計(jì)算機(jī)控制方案的確定 ，主要包括： 干燥 過(guò)程 的工藝流程、 控制要求及擾動(dòng)分析、 雙重 控制方案的 分析 、控制方案具體的設(shè)計(jì)過(guò)程。 第三部分是 計(jì)算機(jī) 雙重 控制系統(tǒng) 上位機(jī)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)（ 在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以液位為控制變量， 變頻器和電動(dòng)閥作為操作變量進(jìn)行雙重控制實(shí)驗(yàn)） 主要包括 ： 組態(tài)軟件 MCGS 的簡(jiǎn)介 、 MCGS 工程的構(gòu)成、組建 MCGS 工程的一般過(guò)程以及 雙重 控制中 人機(jī)界面 MCGS 的具體 應(yīng)用、 設(shè)計(jì)步驟。 計(jì)算機(jī) 雙重控制系統(tǒng)，具有友好的人機(jī)界面，方便直觀的實(shí)現(xiàn)了對(duì)指標(biāo) 溫度的監(jiān)控和操作。 在實(shí)驗(yàn)室 THSA 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)及液位 裝置 上進(jìn)行模擬 仿真，通過(guò)對(duì)程序的在線調(diào)試和系統(tǒng)結(jié)果的分析，噴霧干燥過(guò)程 計(jì)算機(jī) 雙 重 控制系統(tǒng)達(dá)到了設(shè)計(jì)的要求，并且體現(xiàn)了良好的控制性能。高能耗除了因干燥本身需要大量的熱量去蒸發(fā)水分或者其它溶劑外，大部分干燥工藝的熱效率偏低也是一個(gè)重要因素。但是，噴霧干燥的研究還有很多方面需要不斷提高和深入。從這四個(gè)階段，可以了解到噴 霧 干燥的某些特點(diǎn)，現(xiàn)分別說(shuō)明如下。 料液霧化的目的在于將料液分散為微細(xì)的霧滴，霧滴的平均直徑一般為 20— 60Pm，因此具有很大的表面積，當(dāng)其與熱空氣接觸時(shí)，霧滴中的水分迅速汽化而干燥為粉末或顆粒狀產(chǎn)品。如果噴出的霧滴大小很不均勻，就會(huì)出現(xiàn)大顆粒還未達(dá)到干燥要求，小顆粒卻已干燥過(guò)度而變質(zhì)。 2 霧滴 —— 空氣接觸（混合和流動(dòng)）。 霧滴和空氣的接觸方式不同，對(duì)于干燥室內(nèi)的溫度分布、液滴和顆粒的運(yùn)動(dòng)軌跡、物料在干燥室中的停留時(shí)間以及產(chǎn)品質(zhì)量都有很大影響。這時(shí)，由于水分的迅速蒸發(fā)，液滴膨脹甚至破裂，因此并流噴霧干燥過(guò)程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3 操作時(shí)所得干燥產(chǎn)品常為非球形的多孔顆粒，具有較低的松密度。在塔底最熱的干燥空氣與最干的顆粒相接觸，因此對(duì)于能經(jīng) 受高溫、需要含水量低和松密度較高的非熱敏性物料，用逆流系統(tǒng)操作 合適。 混合流系統(tǒng)實(shí)際上是并流和逆流二者的結(jié)合，其性能也介于二者之間。 3 霧滴干燥（水分蒸發(fā)）。 霧滴與熱空氣接觸時(shí)，熱量由空氣經(jīng)過(guò)霧滴表面的飽和蒸汽膜傳遞給霧滴，使霧滴中的水分汽化，只要霧滴內(nèi)部的水分力“散列表面的量足以 補(bǔ)充表面的水分損失，蒸發(fā)就以恒速進(jìn)行，這時(shí)霧滴表面溫度相當(dāng)于熱量 ’之的濕球溫度，這就是恒速干燥階段。也就是達(dá)到臨界點(diǎn)以后，霧滴表面逐漸形成干殼，干殼 隨時(shí)間的增加而增厚，水分從液滴內(nèi)部通過(guò)干殼向外擴(kuò)散的速度也隨之大為降低，亦即蒸發(fā)速率逐漸降低，這財(cái)物料表面溫度將高于熱空氣的濕球溫度、這一階段就是降速干燥階段。干燥的粉末或顆粒產(chǎn)品落到干燥室的錐體壁 并滑行至錐底， 通過(guò)線形閥等的排料裝置排出，少量細(xì)粉隨空氣進(jìn)入旋風(fēng)分離器中進(jìn) — 步分離。 確定設(shè)計(jì)方案的原則 確定設(shè)計(jì)方案，要遵循 下列原則： 滿(mǎn)足工藝要求。這就要求各物流的流量穩(wěn)定，有關(guān)的操作參數(shù)穩(wěn)定。因此，應(yīng)考慮在適當(dāng)?shù)奈恢冒惭b必要的控制調(diào)節(jié)裝置和測(cè)量?jī)x表等。 要節(jié)省熱能和電能，盡量降低生產(chǎn)過(guò)程中各種物料的損 4 耗，減少設(shè)備費(fèi)和操作費(fèi)，使總費(fèi)用盡量降低。處理易燃易爆或有毒物料時(shí)，要有相應(yīng)的安全措施。 噴霧干燥過(guò)程 的控制方案 雙重 控制方案 [1] 雙重控制系統(tǒng) 是一種常用的復(fù)雜控制系統(tǒng)，它根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)命名。這類(lèi)控制系統(tǒng)不止一個(gè)控制器，其中一個(gè)控制器輸出作為另一個(gè)另一個(gè)控制器的測(cè)量信號(hào)。它既要考慮工藝的合理和經(jīng)濟(jì)，又要考慮控制性能的快速性。雙重控制系統(tǒng)是綜合這些操縱變量的優(yōu)點(diǎn)，克 服各自弱點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化控制的。對(duì)框圖稍加變換，可畫(huà)成圖 12a和 b的形主控制器 主控制閥 副控制器 副控制閥 對(duì)象 變送器 y 21y u? 1y ? 1r 2r ? 2u 噴霧干燥過(guò)程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5 式。 2 sOG （ ） ，分別是主、副廣義對(duì)象的傳遞函數(shù)。 1 sGc（ ） 是主控制器傳遞函數(shù)， 2 sGc（ ） 是副控制器（或閥位控制器）的傳遞函數(shù)。 2 sGo（ ） = 1 sGo（ ） 2 sGo（ ） 。它們都有兩個(gè)控制回路，但串級(jí)控制系統(tǒng)兩者是串聯(lián)的， 雙重控制系統(tǒng)中卻是并聯(lián)的。 系統(tǒng)分析 從整體看，雙重控制系統(tǒng)仍是一個(gè)定值控制系統(tǒng) ,由于增加了一個(gè)具有快速響應(yīng)的回路，使它具有一些特殊的功能。 2 sGo（ ） + 2r + + 21y=u 2u 1y 1r + _ _ 6 b) 圖 12 雙重控制系統(tǒng)等效框圖 Fig12 Equivalent block diagram of a dual control system （ 1）由于雙回路的存在增加了開(kāi)環(huán)零點(diǎn)，改善了控制品質(zhì)，提高了 系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 在開(kāi)環(huán)條件下，與慢響應(yīng)的單回路控制系統(tǒng)相比，雙重控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)零點(diǎn)增加（ 22n+nmm ）個(gè)。 （ 2）雙重控制系統(tǒng)的的工作效率也能得到提高。11+ s s = 0COGG（ ） （ ） （ 14） 由上述假設(shè)可以得到 21 2 1 2 1 1+ + + + + 1 = 0C O CT T T T K K T K K（ ） s （ ） s （ ） （ 15） 與兩階標(biāo)準(zhǔn)形式比較，可得 1 2 112++2 COO T T K K TTT???? ?（ ） （ 16） 工作頻率 噴霧干燥過(guò)程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7 2= 1CS O? ? ?? （ 17） 當(dāng)衰減比取相同時(shí) ，有 =??? ，因此有 1 2 112++= +CS C OST T K KTTT?? = 11121+1+COKKTT （ 18） 當(dāng)控制系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí) ,應(yīng)滿(mǎn)足總回路增益為正，即應(yīng)有 110COKK? 因此有 CSS?? 。隨著 2T 的增大與 1T 的減小而增大。為此，雙重控制系統(tǒng)中，常選時(shí)間常數(shù)盡量小的快響應(yīng)通道來(lái)提高系統(tǒng)的工作頻率。 這里的“快”指動(dòng)態(tài)性能好，“慢”指靜態(tài)性能好。同時(shí)，在 偏差減 小的同時(shí)，雙重控制系統(tǒng)又充 分發(fā)揮了副控制器緩慢的調(diào)節(jié)作用， 從根本上 消除偏差，并使 2y 回復(fù)到設(shè) 定值 2R ， 這就使系統(tǒng)具有較好的靜態(tài) 性能。漿料經(jīng)閥 1V 后從噴頭噴淋下來(lái)，與熱風(fēng)接觸換熱，漿料被干燥并從塔底部排出，干燥的程度由間接指標(biāo)溫度控制。 噴霧干燥過(guò)程雙重控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 9 圖 14噴霧干燥的雙重控制系統(tǒng) Spraydrying system of dual control 噴霧干燥過(guò)程中，操縱變量的選擇十分重要。該方案中