CN107442262A - 一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置及方法。该装置包括：喂料装置：与上位机系统相连；动盘转速调节装置：变频器分别与上位机系统和三相异步电动机相连，三相异步电动机连接盘磨系统的动磨盘；伺服系统：驱动动磨盘水平移动；取样装置；粉体粒度分布检测装置：对粉体样本进行测量及分析，调节磨盘系统的磨盘间隙、动盘转速及喂料量；上位机系统：输出控制变频器的信号、控制伺服系统的指令，以增大磨盘间隙或减小磨盘间隙。本发明采用伺服系统驱动动磨盘的水平位移，有效提高动磨盘位移的控制精度，并采用位置传感器进行动磨盘实际位移数据反馈，对给定的动磨盘位移进行实时校正，利用磨盘间隙大小实现粉体粒度分布控制。

Description

一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置及方法

技术领域

本发明涉及盘磨系统的粉体分布控制技术领域，涉及一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置及方法。

背景技术

粉体作为一种重要的工业原料和产品，得到越来越广泛的应用。在粉体的各种物理参数中，粒度是其最重要参数之一。在粉体作为工业原料或产品时，粉体粒度是它本身的质量指标，必须符合一定的粒度要求，太大或太小都会影响生产指标要求和效率。然而，在不同的工业过程中，对粉体粒度的要求也是不同的。如食品加工行业，粉体粒度常作为小麦粉质量等级的评价指标之一，通过对小麦粉粒度的控制，可以更好地把握小麦粉的品质变化，为后续的食品加工工序提供符合要求的原材料，从而提高整个系统的效率及控制质量。如在选矿过程中，矿粉粒度作为衡量选矿生产过程磨矿产品质量的重要标志，矿粉粒度的控制精度直接影响过程的生产效率和能耗。如水泥生产过程中，粒度也是水泥的重要性能参数，直接影响水泥水化反应速度。此外，如钢厂炼铁过程中高炉喷吹煤粉粒度，若煤粉粒度稍大，将会极大影响煤粉的燃烧效率。目前通常将粉体粒度的均值或者方差作为控制目标，然而，均值或者方差并不能表征全部粉体粒度分布信息，所以在大多数情况下，以粉体粒度的均值或者方差作为工艺目标并不能直接指导生产过程。因此，实现粉体粒度分布控制不仅可降低盘磨系统的能耗，同时可以大大提高设备的效率。

针对目前国内外广泛工业过程中常见的用于生产粉体产品的盘磨系统，影响粉体粒度的主要变量包括喂料器的振动频率、喂料量、变频器频率、主电机转速、动磨盘转速、磨盘间隙等，而这些变量中，喂料量可以通过喂料器的振动频率进行调节，通过设置变频器频率可以有效控制带动动磨盘的主电机转速，所以作为影响盘磨系统粉体粒度分布的最主要的变量为动磨盘和静磨盘之间的间隙大小，也即是磨盘间隙，所以实现磨盘间隙的精确控制对于提高粉体粒度分布控制变得至关重要。

在目前大多数工业过程中，磨盘间隙的控制大多采用机械调节和液压调节，机械调节主要是指用手轮摇动蜗杆蜗轮，通过蜗轮中心的梯形螺旋传动，使动盘最终达到调节磨盘间隙的目的，间隙大小通常通过手轮处指针和刻度盘测量。液压调节就是采用液压系统驱动动磨盘水平移动，但是这两种方法对磨盘间隙的控制精确有限，机械调节方法需要人工手动调节，造成取样时间的滞后。而液压系统通常使用在需要提供动磨盘较大压力的场合，对于驱动动磨盘压力不大的情况下，采用液压系统驱动动磨盘移动常造成较大浪费。

发明内容

针对现在技术存在的问题，本发明提供一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置及方法。

本发明的技术方案是：

一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置，包括：

喂料装置：与上位机系统相连，实现盘磨系统的定量喂料；

动盘转速调节装置：包括变频器和三相异步电动机，变频器分别与上位机系统和三相异步电动机相连，三相异步电动机连接盘磨系统的动磨盘，在物料进入磨区后，动磨盘在三相异步电动机带动下转动，通过调节变频器频率实现控制盘磨系统的动磨盘转速；

伺服系统：驱动动磨盘水平移动，将静磨盘位置作为零点位置，实时采集动磨盘的位置信号反馈到上位机系统，直至磨盘间隙满足设定要求；

取样装置：根据设定的启动时间和停止时间工作，在启动状态下进行取样，并根据其启动时间长短控制粉体的取样量，在停止状态下粉体进入粉体回收箱，实现间歇式取样；

粉体粒度分布检测装置：对间歇式取样得到的粉体样本进行测量及分析，并根据分析得到的粒度分布信息对磨盘系统的磨盘间隙、动盘转速及喂料量进行调节；

上位机系统：设定变频器频率、磨盘间隙、取样装置的启动时间和停止时间、目标粒度分布；接收动磨盘的位置信号并判断动磨盘是否到达指定位置，根据设定的变频器频率输出控制变频器的信号，接收粉体粒度分布检测装置的测量结果生成控制伺服系统的指令，以增大磨盘间隙或减小磨盘间隙。

所述喂料装置选用振动喂料器，通过上位机系统设置振动喂料器的振动频率，实现盘磨系统的定量喂料。

所述伺服系统包括PLC、伺服电机、减速器、位移传感器；伺服电机连接减速器，减速器连接盘磨系统的动磨盘，位置传感器安装到动磨盘上，实时采集动磨盘的位置信号，将该位置信号反馈到上位机系统，伺服电机与PLC连接，PLC与上位机系统连接。

所述粉体粒度分布检测装置选用激光粒度仪。

所述上位机系统根据粉体粒度分布检测装置的测量结果生产粉体粒度分布曲线，供使用者通过触摸屏查询。

所述的粉体粒度分布控制装置的盘磨系统的粉体粒度分布控制方法，包括：

通过上位机系统设置喂料装置的工作频率、磨盘间隙、取样装置的启动时间和停止时间、目标粒度分布、设置初始的动磨盘位置、变频器频率；

上位机系统控制伺服系统带动盘磨水平移动，实时采集动磨盘的位置信号反馈到上位机系统，直到动盘磨水平移动至初始的动磨盘位置；

喂料装置按照设定的工作频率定量喂料，与此同时上位机系统控制变频器驱动三相异步电机启动，带动动磨盘以固定转速运转；

达到设定的取样装置的启动时间时取样电机进行取样，达到设定的取样电机的停止时间时取样电机停止，粉体进入粉体回收箱，实现间歇式取样；

粉体粒度分布检测装置按检测周期来获得粉体粒度分布数据，并反馈给上位机系统；

上位机系统根据粉体粒度分布数据生成控制伺服系统的指令，增大磨盘间隙的指令或减小磨盘间隙指令，反复研磨后使得粉体粒度分布数据满足设定目标粒度密度分布。

所述增大磨盘间隙的指令，是通过增大磨盘间隙来降低粉体粒度；

所述减小磨盘间隙指令，是通过减小磨盘间隙来增加粉体粒度。

所述取样装置的启动时间和停止时间，根据实际需求的粉体粒度的检测周期以及粉体粒度分布检测装置所需检测时间设置；

所述变频器频率是根据实际物料硬度以及盘磨系统的效率确定出的相应的动磨盘转速设置。

有益效果：

本发明实现粉体粒度分布的有效控制，从而指导实际生产操作，在盘磨系统的粉体产品生产中具有很大的意义。既可以应用到食品加工行业小麦粉粒度分布控制，同时也可以应用到水泥生产过程的水泥粒度、冶金行业选矿过程的矿粉粒度等粉体粒度分布控制。采用伺服系统驱动动磨盘的水平位移，可以有效的提高动磨盘位移的控制精度，并采用位置传感器进行动磨盘实际位移数据反馈，对给定的动磨盘位移进行实时校正，保证了动磨盘位移控制的实时性、快速性等，并将静磨盘作为零参考位置，将动磨盘的位移最终转化磨盘间隙，实现磨盘间隙的在线控制，最终利用磨盘间隙的大小实现粉体粒度分布控制。

针对盘磨系统在实际工业生产粉体时的连续性与粒度分布检测仪的周期差异，为解决该问题，采用间歇式取样，利用粒度分布检测仪测量信息对磨盘间隙进行调整，以期获得工业生产需求的粉体产品。因此，实现盘磨系统的粉体粒度分布控制不仅可以有效工业生产过程的能耗，而且对提高粉体产品质量和设备效果都会产生重要的作用。

附图说明

图1是本发明具体实施方式中的盘磨系统的粉体粒度分布控制装置结构示意图；

图2是本发明具体实施方式中盘磨系统的粉体粒度分布控制装置左视图；

图3是本发明具体实施方式中盘磨系统的粉体粒度分布控制装置的连接框图；

图4是本发明具体实施方式中盘磨系统的粉体粒度分布控制方法流程图；

图5是本发明具体实施方式中喂料装置控制流程图；

图6是本发明具体实施方式中动盘转速调节装置控制流程图；

图7是本发明具体实施方式中磨盘间隙控制流程图；

图8是本发明具体实施方式中取样装置控制流程图；

图9是本发明具体实施方式中磨盘间隙0.50mm时粉体粒度分布图；

图10是本发明具体实施方式中磨盘间隙0.55mm时粉体粒度分布图；

图11是本发明具体实施方式中磨盘间隙0.60mm时粉体粒度分布图；

图12是本发明具体实施方式中磨盘间隙0.65mm时粉体粒度分布图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。

本实施方式提供一种如图1～2所示的一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置，包括：

喂料装置1：选用振动喂料器，与上位机系统相连，根据振动喂料器的振动频率控制喂料量，设置振动喂料器的振动频率，实现盘磨系统的定量喂料。其控制流程如图5所示，在上位机系统设置振动喂料器的振动频率，振动喂料器振动过程中实时测量喂料量，达到要求的喂料量时物料进入磨区。

动盘转速调节装置2：包括变频器和三相异步电动机，变频器分别与上位机系统和三相异步电动机相连，三相异步电动机连接盘磨系统的动磨盘，在物料进入磨区后，动磨盘在三相异步电动机带动下转动，通过调节变频器频率实现控制盘磨系统的动磨盘转速。其控制流程如图6所示，在上位机系统设置变频器频率，上位机系统驱动三相异步电机启动，通过调节变频器频率控制盘磨系统的动磨盘转速，直至转速满足要求。

伺服系统3：包括PLC、伺服电机、减速器、位移传感器；伺服电机连接减速器，减速器连接盘磨系统的动磨盘5，位置传感器安装到动磨盘5上，实时采集动磨盘5的位置信号，将该位置信号反馈到上位机系统进行磨盘间隙的计算，伺服电机与PLC连接，PLC与上位机系统连接。伺服系统3驱动动磨盘5水平移动，将静磨盘位置作为零点位置，通过位移传感器实时采集动磨盘的位置信号反馈到上位机系统，直至磨盘间隙满足设定要求，实现动磨盘5的位置移动的精确定位，伺服系统的控制流程如图7所示。

取样装置4：采用取样电机，根据激光粒度仪的检测周期，设定取样电机的启动时间和停止时间，取样电机在启动状态下进行取样，并根据取样电机的启动时间长短控制粉体的取样量，通过取样杯6盛放粉体样本；取样电机在停止状态下，粉体进入粉体回收箱9，实现间歇式取样。其控制流程如图8所示。单位时间内的取样量是一样的，取样量主要通过调节启动时间的长短进行判断。

粉体粒度分布检测装置：选用激光粒度仪，对间歇式取样得到的粉体样本进行测量及分析，并根据分析得到的粒度分布信息对磨盘系统的磨盘间隙、动盘转速及喂料量进行调节。

控制柜7：内部设置上位机系统，控制柜7上安装有触摸屏8；

上位机系统：设定振动喂料器的振动频率、变频器频率、磨盘间隙、取样电机的启动时间和停止时间、目标粒度分布；接收位移传感器采集的动磨盘的位置信号并判断动磨盘是否到达指定位置，根据设定的变频器频率输出控制变频器的信号，接收粉体粒度分布检测装置的测量结果生成控制伺服系统的指令，以增大磨盘间隙或减小磨盘间隙。根据粉体粒度分布检测装置的测量结果生产粉体粒度分布曲线，供使用者通过触摸屏8查询。

上述粉体粒度分布控制装置的连接框图如图3所示。

采用上述粉体粒度密度分布控制装置的盘磨系统的粉体密度分布控制方法，如图4所示，包括：

根据粉体生产过程的盘磨系统生产效率(15kg/h)，通过上位机系统设置喂料装置的工作频率、磨盘间隙(0.5～1.0mm)、取样装置的启动时间和停止时间、目标粒度分布、设置初始的动磨盘位置、变频器频率；其中，取样装置的启动时间和停止时间，根据实际需求的粉体粒度的检测周期(15s或20s)以及粉体粒度分布检测装置所需检测时间(10s)设置；变频器频率是根据实际物料硬度以及盘磨系统的效率确定出的相应的动磨盘转速(2500r/min)设置。

上位机系统控制伺服电机转速带动盘磨水平移动，移动过程中通过减速器调节移动速度，位移传感器实时采集动磨盘的位置信号反馈到上位机系统，直到动盘磨水平移动至初始的动磨盘位置。

喂料装置按照设定的工作频率定量喂料，与此同时上位机系统控制变频器驱动三相异步电机启动，带动动磨盘以固定转速运转。

达到设定的取样电机的启动时间时取样电机进行取样，达到设定的取样电机的停止时间时取样电机停止，粉体进入粉体回收箱，实现间歇式取样。

粉体粒度分布检测装置按检测周期来获得粉体粒度分布数据，并反馈给上位机系统。

上位机系统根据粉体粒度分布数据生成控制伺服系统的指令，以增大磨盘间隙或减小磨盘间隙，反复研磨后使得粉体粒度分布数据满足设定目标粒度密度分布。

所述增大磨盘间隙的指令，是通过增大磨盘间隙来降低粉体粒度；

所述减小磨盘间隙指令，是通过减小磨盘间隙来增加粉体粒度。

具体地：若粉体粒度分布值在当前粉体粒度分布曲线中较大区间内都较高，则通过减小磨盘间隙来调节，反之，若粉体粒度密度分布值在当前粉体粒度分布曲线中较小区间内较高，则通过增加磨盘间隙值来调节，以满足设定目标粒度分布。

采用上述方法获得粉体粒度分布如图9～图12所示，可以看出，磨盘间隙从0.5mm到0.65mm逐渐增大时，粉体粒度分布形状式会发生明显变化，磨盘间隙越小，粉体粒度分布大多集中于粒度较细范围附近；而磨盘间隙越大，粉体粒度分布大多集中于粒度较粗范围附近。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种盘磨系统的粉体粒度分布控制装置，其特征在于，包括：

喂料装置：与上位机系统相连，实现盘磨系统的定量喂料；

动盘转速调节装置：包括变频器和三相异步电动机，变频器分别与上位机系统和三相异步电动机相连，三相异步电动机连接盘磨系统的动磨盘，在物料进入磨区后，动磨盘在三相异步电动机带动下转动，通过调节变频器频率实现控制盘磨系统的动磨盘转速；

伺服系统：驱动动磨盘水平移动，将静磨盘位置作为零点位置，实时采集动磨盘的位置信号反馈到上位机系统，直至磨盘间隙满足设定要求；

取样装置：根据设定的启动时间和停止时间工作，在启动状态下进行取样，并根据其启动时间长短控制粉体的取样量，在停止状态下粉体进入粉体回收箱，实现间歇式取样；

粉体粒度分布检测装置：对间歇式取样得到的粉体样本进行测量及分析，并根据分析得到的粒度分布信息对磨盘系统的磨盘间隙、动盘转速及喂料量进行调节；

上位机系统：设定变频器频率、磨盘间隙、取样装置的启动时间和停止时间、目标粉体粒度分布；接收动磨盘的位置信号并判断动磨盘是否到达指定位置，根据设定的变频器频率输出控制变频器的信号，接收粉体粒度分布检测装置的测量结果生成控制伺服系统的指令，以增大磨盘间隙或减小磨盘间隙。

2.根据权利要求1所述的盘磨系统的粉体粒度分布控制装置，其特征在于，所述喂料装置选用振动喂料器，通过上位机系统设置振动喂料器的振动频率，实现盘磨系统的定量喂料。

3.根据权利要求1所述的盘磨系统的粉体粒度分布控制装置，其特征在于，所述伺服系统包括PLC、伺服电机、减速器、位移传感器；伺服电机连接减速器，减速器连接盘磨系统的动磨盘，位置传感器安装到动磨盘上，实时采集动磨盘的位置信号，将该位置信号反馈到上位机系统，伺服电机与PLC连接，PLC与上位机系统连接。

4.根据权利要求1所述的盘磨系统的粉体粒度分布控制装置，其特征在于，所述粉体粒度分布检测装置选用激光粒度仪。

5.根据权利要求1所述的盘磨系统的粉体粒度分布控制装置，其特征在于，所述上位机系统根据粉体粒度分布检测装置的测量结果生产粉体粒度分布曲线，供使用者通过触摸屏查询。

6.权利要求1所述的粉体粒度分布控制装置的盘磨系统的粉体粒度分布控制方法，其特征在于，包括：

通过上位机系统设置喂料装置的工作频率、磨盘间隙、取样装置的启动时间和停止时间、目标粒度分布、设置初始的动磨盘位置、变频器频率；

上位机系统控制伺服系统带动盘磨水平移动，实时采集动磨盘的位置信号反馈到上位机系统，直到动盘磨水平移动至初始的动磨盘位置；

喂料装置按照设定的工作频率定量喂料，与此同时上位机系统控制变频器驱动三相异步电机启动，带动动磨盘以固定转速运转；

达到设定的取样装置的启动时间时取样电机进行取样，达到设定的取样电机的停止时间时取样电机停止，粉体进入粉体回收箱，实现间歇式取样；

粉体粒度分布检测装置按检测周期来获得粉体粒度分布数据，并反馈给上位机系统；

上位机系统根据粉体粒度分布数据生成控制伺服系统的指令，增大磨盘间隙的指令或减小磨盘间隙指令，反复研磨后使得粉体粒度分布数据满足设定目标粒度分布。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述增大磨盘间隙的指令，是通过增大磨盘间隙来降低粉体粒度；

所述减小磨盘间隙的指令，是通过减小磨盘间隙来增加粉体粒度。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，

所述取样装置的启动时间和停止时间，根据实际需求的粉体粒度分布的检测周期以及粉体粒度分布检测装置所需检测时间设置；

所述变频器频率是根据实际物料硬度以及盘磨系统的效率确定出的相应的动磨盘转速设置。