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微納在線(xiàn)激光粒度儀（在線(xiàn)粒度監測系統）詳解

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1 前言

在水泥、硅膠等產(chǎn)品生產(chǎn)中,粒徑作為其中的一個(gè)關(guān)鍵參數,直接影響產(chǎn)品質(zhì)量。傳統上粉體的粒度測試采用人工采制樣或機械采制樣,加人工實(shí)驗室化驗的方法,這種方法有很多的的點(diǎn):1、取制樣誤差大,以局部代表整體過(guò)程,存在代表性問(wèn)題;2、不在線(xiàn),不實(shí)時(shí),分析數據嚴重滯后;3、分析數據對實(shí)時(shí)生產(chǎn)過(guò)程指導意義不大,只能是一種補救措施。

激光粒度分析儀以其快速、準確、重復、方便等特點(diǎn)越來(lái)越多地被用于生產(chǎn)控制,隨著(zhù)生產(chǎn)控制的進(jìn)一步要求,離線(xiàn)測試已經(jīng)不能夠滿(mǎn)足要求,為了能夠得到連續的粒度測試結果,在線(xiàn)粒度監測系統逐漸成為各制造企業(yè)產(chǎn)品粒度控制及監測的一種趨勢。

 

 

2.微納在線(xiàn)激光粒度監測系統的構成

粉體在線(xiàn)激光粒度監測系統是可用于工業(yè)現場(chǎng)的粉體粒度分析系統,各項參數根據客戶(hù)應用要求量身定制,本系統主要有以下幾部分構成:主機系統、供氣系統、取樣系統、樣品分散系統、密封樣品窗口系統、回料系統、現場(chǎng)控制柜系統、遠程傳輸與顯示系統。本系統的主要功能是可以對流動(dòng)的顆粒粒度分布進(jìn)行實(shí)時(shí)監測,并提供準確的控制信號。

系統結構如圖1所示。取樣器把粉體樣品從生產(chǎn)線(xiàn)管道中取出,通過(guò)卸料器傳給喂料器,喂料器均勻地把樣品送入樣品分散泵中,分散好的粉體樣品通過(guò)防堵反吹閥進(jìn)入儀器主機,在保護氣的作用下通過(guò)樣品窗口,回料泵把測試過(guò)的粉體樣品送回到生產(chǎn)線(xiàn)管道中。測試過(guò)程中主機把測試到的粉體散射光譜實(shí)時(shí)地傳輸到現場(chǎng)控制柜,由安裝到現場(chǎng)控制柜PC平板中的在線(xiàn)粒度分析軟件通過(guò)反演運算得到粉體樣品的粒度分布,現場(chǎng)控制柜把得到的粒度分布數據一方面通過(guò)遠程通訊傳給中控PC,工作人員可根據粒度分布數據對生產(chǎn)線(xiàn)及時(shí)作出調整,也可直接傳輸給生產(chǎn)線(xiàn)控制系統,直接調整生產(chǎn)線(xiàn)上的設備使其運轉到最佳位置?，F場(chǎng)控制柜中的PLC系統是整套系統的控制中心,能控制系統上每一個(gè)部件的開(kāi)關(guān),并對系統的運行實(shí)時(shí)監控,對異常情況及時(shí)報警。

 

3.系統設計

3.1在線(xiàn)取樣系統

從管道中取出具有代表性的樣品是實(shí)現粉體粒度在線(xiàn)測試的第一步,根據不同的粉體生產(chǎn)工藝,微納在線(xiàn)激光粒度儀的設計提供兩種取樣系統:負壓取樣和螺旋取樣。負壓取樣主要應用于飛灰式取樣,如火力發(fā)電廠(chǎng)鍋爐尾部煙氣飛灰取樣,螺旋取樣主要應用于粉料的取樣,如水泥在空氣斜槽中傳輸過(guò)程中的取樣。負壓取樣器由取樣管和噴射泵組成,取樣管插入工藝管道,通過(guò)特殊設計的取樣孔從氣固兩相流中取出具有代表性的樣品。噴射泵與取樣管相連,可以形成0.04Ma的負壓,將取樣管中的樣品吸出送到主機進(jìn)行測試,噴射泵采用陶瓷內芯,具有良好的耐磨特性。粉體在管道中傳輸過(guò)程中大小顆粒會(huì )產(chǎn)生分層現象,因此應采取多點(diǎn)取樣,本負壓取樣系統可實(shí)現運動(dòng)式取樣,取樣器在運動(dòng)控制箱的控制下作往復運動(dòng),在運動(dòng)過(guò)程中連續取樣,可保證取出的樣品具有代表性。粉體運輸一般采用氣體輸送,管道中存在一定的正壓力或負壓力,螺旋取樣器只有在常壓下才能正常工作,因此在本設計中加入了旋轉卸料閥,能夠實(shí)現空氣密封,能夠保證螺旋取樣器的在正壓和負壓環(huán)境下正常工作,取出的樣品進(jìn)入到分散泵中分散后經(jīng)防堵反吹閥門(mén)進(jìn)入主機進(jìn)行測試。

3.2密封樣品窗口

保持主機光學(xué)部件和探測陣列的潔凈是保證在線(xiàn)儀器連續運行的關(guān)鍵,在本設計中采用多重氣幕保護裝置,能夠保證儀器的長(cháng)時(shí)間免維護運行。

3.3測試系統

測試系統主要由主機和軟件系統構成。

主機系統包括光路系統、探測系統,光路部分采用傅立葉變換光路,全量程采用米氏散射理論。電路部分掃描速度1000次/秒,每秒可顯示2個(gè)完整粒度分布(用戶(hù)可調)。儀器符合IS013320標準,所有接口(采樣管,閥門(mén),管道)及主機各關(guān)鍵部位均采用耐磨材料,能夠保證長(cháng)時(shí)間運行。軟件系統專(zhuān)門(mén)為在線(xiàn)粒度監測系統研制,軟件具有形象化的良好的人機界面,操作方便,運行可靠,安全性良好,為用戶(hù)自行定制輸出數據項目提供方便。


3.4遠程通訊系統

在線(xiàn)激光粒度分析系統的通訊系統構成如下圖所示,在線(xiàn)控制系統用于現場(chǎng)測試的自動(dòng)控制及報警,現場(chǎng)PC為在線(xiàn)粒度測試軟件的運行平臺,生產(chǎn)控制系統為粉體生產(chǎn)設備的控制系統,中控PC用于數據的顯示及遠程生產(chǎn)線(xiàn)控制。在線(xiàn)控制系統控制器采用PLC,能夠穩定地控制各器件的依次啟動(dòng)和依次關(guān)閉,并能夠接收粒度分布數據并轉換為4-20mA標準信號輸出,能夠與生產(chǎn)控制系統進(jìn)行接口,用于生產(chǎn)設備控制,提供完善的報警裝置。如果在線(xiàn)設備出現問(wèn)題則自動(dòng)報警,并自動(dòng)采取保護措施?，F場(chǎng)PC采用一體式工控機進(jìn)行數據的采集、處理、并實(shí)時(shí)顯示在線(xiàn)顆粒的粒度分布,
與中控室終端采用光纖通訊,能夠保證在遠距離和電磁干擾的情況下穩定傳輸數據,本系統加入的物聯(lián)網(wǎng)功能,能夠通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)或者手機APP就能夠隨查詢(xún)數據.


4系統應用


現場(chǎng)安裝

如圖2所示是微納公司為南京某水泥生產(chǎn)線(xiàn)定制的礦渣微粉在線(xiàn)粒度測試系統現場(chǎng)。本項目目的是為了在線(xiàn)24小時(shí)連續監測礦渣微分成品的粒度分布數據,為生產(chǎn)線(xiàn)提供調整依據。本項目分為以下幾個(gè)系統:

l、在線(xiàn)取樣系統

2、在線(xiàn)分散系

3、在線(xiàn)主機

4. 在線(xiàn)回料系統

        5.  在線(xiàn)空氣凈化系統

        6.  在線(xiàn)氣體分配系統

        7.  PLC控制系統

        8.  工業(yè)PC測試系統（包含在線(xiàn)粒度監測系統專(zhuān)用軟件）

        9.  遠程傳輸與顯示系統

 

5.結論

    針對在線(xiàn)粒度測試方面的技術(shù)難點(diǎn)，結合微納在線(xiàn)粒度監測系統進(jìn)行了詳細的分析研究，經(jīng)過(guò)幾年的現場(chǎng)使用結果表明在線(xiàn)取樣技術(shù)，激光粒度儀在線(xiàn)實(shí)時(shí)監測，遠程通訊技術(shù)均滿(mǎn)足了粉體粒度在線(xiàn)測試的需求。

在線(xiàn)激光粒度儀