CN201242338Y - 一种基于变频调速技术的纸浆模塑烘干线 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于变频调速技术的纸浆模塑烘干线，其特征在于：每个烘干区段安装有循环风机，每个循环风机连接风机专用型变频器，循环风机除了循环烘箱内的热空气外，循环风机进风口还连接有由热风炉引出的热风管，在热风管与循环风机的进风口之间装有电动风门，本实用新型是效能优化自动控制***，它根据纸浆模塑的干燥特性及不同湿纸坯的尺寸及重量，对复杂对象建模，采用过程控制技术，交流变频调速技术及现代检测技术，根据现场检测的温度，湿度信号，对循环风机，电动风门，抽湿风机，输送链传动电机变频无级调速控制，合理地调整烘道内输送带的运行速度、各分段干燥器中的工作温度、热风风量及水蒸气的排放等，形成合理的干燥曲线，以使产品的变形尽可能小，最大限度地节约电能及热能的损耗，加快烘干速率，加大烘干生产线的产量，实现最优控制。

Description

一种基于变频调速技术的纸浆模塑烘干线

技术领域

本实用新型涉及一种基于变频调速技术的纸浆模塑烘干线。

背景技术

纸浆模塑制品被认为是EPS白色污染包装产品的最佳替代品，被称为“21世纪的绿色包装”。纸浆模塑制品的生产工艺流程是：碎浆，真空成型，烘干，热压整型。首先，把废纸团或原浆板与一定比例的水结合，投入水力碎浆机，利用水力作用高速搅碎分解，从而使纸纤维混合于水中，形成符合一定要求的浆料。再通过真空吸附的方法，使浆料均匀分布在成型模具上，进一步脱水，脱模，此时湿纸坯基本成型。但成型后的湿纸坯含有较高水分，需要干燥除去。为使纸浆模塑制品有更好的防震性能及更整洁光滑的外观，干燥后的制品可放在高温高压的整型机模具上加以定型，至此纸浆模塑制品的生产工序已全部完成。纸浆模塑工业在一些发达国家已有80多年历史，并具一定规模。而我国纸浆模塑工业发展相对缓慢。国外纸浆模塑发展特点是：应用范围广；制品设计标准化；自动化程度高；能源利用率高，节省劳动力。但我国纸浆模塑生产线普遍存在着自动化程度不高，能源浪费大，产品及格率低等制约因素。尤其在纸浆模塑烘干工序上，对上述制约因素表现更为突出。纸浆模塑制品的烘干成本占整个生产成本的30％-40％。而热风对流干燥是国内外普遍采用的干燥方式。目前，国内外的烘干生产线都采用中央供热，分段烘干的构造形式，由燃烧机或其它热源向燃烧室中央供热，主烘道采用烘干区段形式，并通过每段烘道的循环风机把热风从燃烧室输送到烘干区段并持续循环，链式输送带从烘道中间穿过，热风通过气体分布板上的风孔向输送带上的纸浆湿制品吹送，对产品进行分段干燥，烘道内的水分由抽湿风机带走。

通常每段烘道的循环风机(抽湿风机)的容量是按照***需要的最大要求而设计的，然而在实际应用中(根据产品的不同尺寸及质量)，***大多数时间里在远小于设计容量下工作。当需要减低输送风量的时候，传统的调节方法是在循环风机(抽湿风机)的出口处加装风门，用关小风门加大***局部阻力即改变管路***特性曲线的方法来进行调节。这种方法简单有效，但严重影响了***的效率且浪费了大部分的电能及热能。由流体力学理论可知，风机的输送风量与风机的转速n的一次方成正比，风机的转矩与n的二次方成正比，而其功率则与n的三次方成正比。因此，当风机风量由100％下降到80％时，不采用关小风门的方法而采用改变三相异步电动机的定子供电频率，而改变风机的运行转速的方法，则有效地把风机功耗降到51.2％，从而节约电能49.7％。而且传统烘干线风门开度的调节是人工操作的，它不能及时根据***参数的变化作出自适应的调节，也没有针对纸浆模塑制品在不同的干燥阶段的干燥特性设置出最优的工作曲线进行分段控制，***存在严重的随机性及盲目性，导致烘干时间过短或过长，产品变型严重，能源浪费大，烘干效率低，废品率高等制约因素。

发明内容

本实用新型提供的一种基于变频调速技术的纸浆模塑烘干线，包括燃烧机、热风炉、烘箱、循环风机、抽湿风机、输送带，燃烧机连接热风炉；上述烘箱采用框架结构，输送带安装在烘箱内部，烘箱长度及宽度根据生产量决定，烘箱分为若干个烘干区段；每个烘干区段安装有循环风机，每个循环风机连接风机专用型变频器，循环风机除了循环烘箱内的热空气外，循环风机进风口还连接有由热风炉引出的热风管，在热风管与循环风机的进风口之间装有电动风门，电动风门连接有变频器；循环风机出风口与排风管连接，排风管把热风直接送进输送带上；在烘箱内装有抽湿风机，抽湿风机连接风机专用型变频器，在烘干线的每个烘干区段的中央及热风管的出风口处分别安装温度传感器，在抽湿风机的进风口安装湿度传感器，在抽湿风机的出风口安装温度传感器；烘干线的控制由可编程逻辑控制器PLC来完成，PLC通过接收各传感器的数据，并与设定的最优值相比较，得出调节量并向各个变频器发出控制指令；输送带安装有传动电机，传动电机连接变频器，蜗轮蜗杆减速器安在传动电机与输送带之间；烘干线控制台安装有人机界面的触摸屏。

上述与循环风机连接的变频器是三菱公司生产的风机专用型变频器FR-740-5.5k-CHT(1)，它通过FX2N-485-BD模块与PLC连接，实现对循环风机转速的调节.

上述与抽湿风机连接的变频器是三菱公司生产的风机专用型变频器FR-740-3.7k-CHT(1)，它通过FX2N-485-BD模块与PLC连接，实现对抽湿风机转速的PID调节.

上述与风门连接的变频器是三菱公司生产的风机专用型变频器FR-740-1.5k-CHT(1)，它通过FX2N-485-BD模块与PLC连接，实现对风门开度的PID调节.

上述与输送链传动电机连接的变频器是三菱公司生产的风机专用型变频器FR-740-1.5k-CHT(1)，它通过FX2N-485-BD模块与PLC连接，实现对输送链传输速度的调节.

上述PLC选用三菱公司生产的FX2N-16MR PLC，PLC通过FX2N-8AD模块从温度传感器和湿度传感器接收实时数据，并与通过纸浆模塑烘干特性分析及其在穿流烘干线的理论模型得出的、通过RS-422连接的HMI设定的最优值相比较，得出调节量并通过FX2N-485-BD模块向各个变频器发出控制指令，从而达到控制风机转速、风门开度以及输送带输送速度的作用.

上述温度传感器和湿度传感器通过FX2N-8AD模块与PLC连接，将检测到的数据传送到PLC

上述HMI是三菱公司生产的A956WGOT，它通过RS-422与PLC实现无协议通讯。

使用上述烘干线的生产工艺步骤如下：

1)根据纸浆模塑烘干特性分析及其在穿流烘干线的理论模型，得出关于纸浆模塑烘干线各个烘干段的重要参数的相关公式；

2)根据计划生产产量，计算烘干线长度并分布分段烘箱数目比例，即恒速干燥阶段及降速干燥阶段分段烘箱的数目比例，并得出输送带电机的工作转速及工作频率；

3)对单个待干燥产品进行干燥实验，得出最优工作参数包括恒速干燥阶段及降速干燥阶段的干燥工艺温度，风量，湿度；

4)将上述步骤1)及2)得出的干燥工艺参数通过触摸屏HMI输入到PLC；

5)通过触摸屏启动烘干线自动运行，把待干燥产品投入烘干线，生产开始；

6)烘干区段的温度传感器及湿度传感器实时采集烘干线的生产参数，并通过FX2N-4AD模块把模拟量转变成数字量传给PLC；

7)PLC通过RS-485无协议通讯把各数字量对应传给各个烘干区段的电动风门变频器及抽湿风机变频器；

8)各电动风门的变频器内部集成的PID整定模块开始工作，它可以根据安装在烘干区段中央的温度传感器采集到的实时温度与预设工艺温度比较，并把他们的误差值作为PID控制器的输入，并把误差乘以比例常数，误差的积分乘以积分常数，误差的微分乘以微分常数，并把他们相加，从而得到PID控制器的输出，然后把结果送给电动风门的变频器，从而调节电动风门的供电频率或正反转运行，达到控制风门开度的目的，从而控制冷暖风的进给比例，实现分段烘箱内热风温度控制的目的；其中比例常数，积分常数，微分常数通过试验确定；

9)同理步骤7，抽湿风机的变频器内部集成的PID整定模块开始工作，它可以根据烘箱内湿度传感器采集到的实时湿度与预设工艺湿度比较，并把他们的误差值作为PID控制器的输入，并把误差乘以比例常数，误差的积分乘以积分常数，误差的微分乘以微分常数，并把他们相加，从而得到PID控制器的输出，然后把结果送给抽湿风机的变频器，从而调节电机的供电频率，达到抽湿风机的抽风量的无级调节，保证烘箱内湿度在工艺要求范围；其中比例常数，积分常数，微分常数通过试验确定；

10)根据式(1-23)烘干区段的循环风机通过变频器长期工作在步骤2及3设定的工作频率；

11)重复步骤5)～9)，使烘干线稳定地工作在最优工艺曲线。

本实用新型根据纸浆模塑制品的干燥机理，分析含湿多孔介质在不同干燥阶段的干燥特性，并根据待烘干产品尺寸及重量，采用交流变频调速技术及现代检测技术，根据现场检测的温度，湿度信号，对循环风机，电动风门，抽湿风机，输送链传动电机无级变频调速控制，自动实现烘干线分段温度控制，风量控制及湿度控制，并自动调整烘干线输送链带的线速度，使烘干生产线工作在最佳工作点，可有效节约电能损耗，提高产品质量及烘干线的生产效率。

本实用新型将流程生产关键工艺过程的优化控制方法应用于纸浆模塑烘干工艺，以实现优化控制，降低能耗，提高生产效率。研究并开发纸浆模塑行业烘干工序的能源管理和调度技术、重点生产过程节能降耗的优化运行技术，实施节能降耗的技术提升和技术创新，能显著降低流程工业行业的能耗和物耗。

附图说明

图1为烘干线的外形图。

其中1是循环风机，2是热风炉，3是燃烧机，4是烘箱，5是抽湿风机，6是输送带。

图2为干燥流程图。

图3为优化控制过程其中示意图。

图4为优化控制框图。

图5为纸浆模塑湿纸坯的干燥曲线图。

其中AB表示预热阶段，BC表示恒速阶段，CD表示降速阶段。

具体实施方式

纸浆模塑制品在成型后含有较高的水分(70％左右)，需要经过烘干工序除去，干燥后成品的含水量约在10％-15％。水在湿态纸纤维中存在形式有三种：结合水，吸附水和游离水，而纸浆模塑制品的干燥目的就是要除去其中的结合水和吸附水。纸浆模塑产品属于含湿多孔介质，其干燥特性比较复杂，总的干燥过程可以分为三个阶段：预热干燥，恒速干燥，降速干燥。通常预热干燥阶段维持时间比较短，可以忽略。而在恒速干燥阶段，湿纸坯从干燥介质(热空气)吸收热量，使内部水份在压力梯度下向外扩散，而表面水分就蒸发成水蒸气，由干燥介质带走。这时湿纸坯的含水量还是比较多，湿纸坯表面蒸发了多少水分，内部就补充多少水分，干燥速率相等于水在自由表面的蒸发速度，基本上干燥速率是一常数，从湿纸坯抽走的水分与时间成线性关系。当蒸发过程慢慢深入到物料内部，湿纸坯内部水分扩散速度开始小于表面扩散速度，进入降速干燥阶段，物料表面开始有干斑出现，干躁过程在物料内部进行，整个物料可分为干区，蒸发区，和湿区三部分。这时，物料内部水分向外移动速度远少于表面水分向外蒸发速度，纸浆模塑制品的干燥速率不在是一常数，其干燥速率取决于物料内部性质，其干燥曲线的斜率随着时间的递增而逐渐减少，干燥曲线如图5所示。在一般条件下，纸浆模塑制品厚度都在2mm-4mm，相比于长和宽(一般大于10cm)，可视为无限大平板。根据无限大平板在Soret系数＝0时的数学解，得到恒速干燥阶段的干燥速率表达式

$\frac{\mathrm{dM}}{\mathrm{d\τ}}=\frac{\mathrm{\α}}{{\mathrm{\ρ\γ}}_{0}R}[{\stackrel{\‾}{t}}_c-{\stackrel{\‾}{t}}_{\left(\mathrm{\τ}\right)}]---(1-1)$

及降速干燥阶段的速率表达式：

$\frac{d\stackrel{\‾}{M}}{\mathrm{d\τ}}=\frac{3\mathrm{\λ}}{{\mathrm{\ρ\γ}}_0\mathrm{\ϵ}{R}_2}[{\stackrel{\‾}{t}}_c-{\stackrel{\‾}{t}}_{\left(\mathrm{\τ}\right)}]---(1-2)$

式中M为湿含量；τ为时间；α为对流换热系数；ρ为汽化潜热，kJ/kg；γ₀为物料的重度，kg/m³；R为物料厚度，m；t_(τ)为物料平均温度，℃；t_c为介质平均温度，℃；λ为物料的导热系数，kJ/(m·h·℃)；ε为相变系数；

由上式得知，在恒速干燥阶段，介质温度t_c和对流换热系数α是影响干燥速率的两个主要因素，提高介质温度，增大对流换热系数(主要是增大气流流量)，都有利于提高干燥速率。而在降速干燥阶段，干燥速率就取决于物料的导热系数λ和相变系数ε，并且与物料的尺寸的平方成反比，因而提高物料温度改变物料的形状及尺寸，将是提高干燥速率有效的办法。同时，在考虑强制对流干燥时，不仅要考虑到湿纸坯不同阶段的干燥特性，还要考虑到纸浆模塑制品的工艺特性。在干燥过程中，湿纸坯表面水分首先被蒸发，而内部水分较难蒸发，如果干燥介质温度过高，湿纸坯表面干燥得很快，导致表面结面硬化，而此时湿纸坯内部依然很湿润，而且内部水分难以向外扩散，会在很大程度上降低干燥速度。如果工艺参数的温度曲线设置不当，会导致湿纸坯内外向外扩散速度差距拉大，容易出现体积收缩，变形，开裂等现象。因此，本实用新型将在原有的热风对流带式烘干线上设计一套效能优化自动控制***，它将根据纸浆模塑的干燥特性及不同湿纸坯的尺寸及重量，采用交流变频调速技术及现代检测技术，根据现场检测的温度，湿度信号，对循环风机，电动风门，抽湿风机，输送链传动电机变频无级调速控制，合理地调整烘道内输送带的运行速度、各分段干燥器中的工作温度、热风风量及水蒸气的排放等，形成合理的干燥曲线，以使产品的变形尽可能小，最大限度地节约电能及热能的损耗，加快烘干速率，加大烘干生产线的产量。

本烘干线继续采用中央供热方式，中央供热***由燃烧机(原料：柴油或天然气)与热风炉燃烧室(由优质耐热钢卷制而成)组成；烘箱采用框架结构，烘箱长度及宽度根据生产量决定，烘箱分为若干个干燥区段，每个烘干区段安装一台循环风机及一台风机专用型变频器，循环风机进风口与热风管及烘箱内部连接，并装一电动风门，热风管与燃烧室连接，循环风机出风口与排风管连接，排风管把热风直接送进输送带上。同时在烘箱内装一台抽湿风机，及时把烘干线内的水汽排走，烘干线外形如图1所示。

同时在烘干线的每段烘道及热风管安装PT100铂电阻(温度传感器)，实时采集热风管及每段烘干分区的热风温度，在抽湿风机的进风口安装耐高温湿度传感器在出风口安装PT100铂电阻，实时采集烘道内的水蒸气量及排出烘干线的气体温度。每台循环风机(离心通风机5.5kw，2900r/min，6924m³/h)由一台风机专用型变频器控制，抽湿风机(离心通风机3kw，2900r/min，1481m³/h)由一台风机专用型变频器控制，变频器通过改变风机的电机的供电频率，实现风机流量的控制。在循环风机的进风口安装一电动风门(冷暖风比例调节)，由一台经济型通用变频器控制电动风门(1.1kw)无级调速运行，从而自动调节风门开度，控制热风(热风管的热空气)进给量与冷风(分段烘箱内的热空气)进给量的比例，从而调节分段烘箱内工作介质(热空气)温度。输送链传动电机采用通用型变频器控制，并外接蜗轮蜗杆减速器，实现输送链带无级调速控制，干燥流程如图2所示。将采用PLC作为烘干线的控制模块，并扩展12路的A/D转换模块，每段烘箱的PT100铂电阻温度传感器，总热风管的温度传感器及烘箱内的湿度传感器都连接到A/D模块上。PLC外接一触摸屏，方便操作人员输入***工艺参数(如烘箱工艺温度，工艺湿度，输送链带运行速度，PID的比例参数，积分参数，微分参数等)及湿纸坯的性能参数(如湿含量，尺寸，比表面积等)。PLC通过RS484物理接口实现与每台变频器的无协议通信。其控制流程如图3，图4所示。

为实现上述实用新型，本实用新型分析了烘干线的干燥数学模型恒速干燥阶段速率v₁

$v_1=\frac{\mathrm{\ρH}(x_0-\stackrel{\‾}{x})}{t_1}---(1-3)$

式中，v₁为恒速干燥阶段的干燥速率，kg/(m²·h)；ρ为被干燥物料表观密度，kg/m³；t₁为恒速干燥阶段时间，h；H为料层高度，m

恒速干燥阶段时间t₁

$t_1=\frac{(x_0-x_{\mathrm{cr}}){\mathrm{\ρ\γ}}_w}{3.6K_V(T_1-T_W)}---(1-4)$

式中，x₀为物料湿含量，kg/kg；x_cr为物料临界湿含量，kg/kg；γ_w为湿球温度时水的汽化潜热，kJ/kg；K_V为体积总传热系数，W/(m³·K)；T₁为料层顶部热空气温度，℃；T_w为空气湿球温度，℃。

其中，体积总传热系数

K_V＝ρaK_a                         (1-5)

式中，a为物料比表面积，m²/kg；K_a为总传热系数，W/(m²·K)。

总传热系数K_a可由下式求得

K_a＝1.175(G)^0.37

                                 (1-6)

式中，G为空气的质量速度，kg/(m²·h)。

把式(1-6)代入式(1-5)得，

K_V＝ρa1.175(G)^0.37                (1-7)

把式(1-7)代入(1-4)得

$t_1=\frac{(x_0-x_{\mathrm{cr}}){\mathrm{\γ}}_w}{4.23a{\left(G\right)}^{0.37}(T_1-T_W)}---(1-8)$

恒速干燥阶段输送带长度L₁

$L_1=\frac{t_1{m}_s}{\mathrm{\ωH\ρ}}---(1-9)$

式中，L₁为恒速干燥阶段输送带长度，m；m_s为被干燥物料投料量，kg/h；ω为输送带有效宽度，m。其他符号意义同前。

把式(1-8)代入式(1-9)得

$L_1=\frac{(x_0-x_{\mathrm{cr}}){\mathrm{\γ}}_w{m}_s}{4.23\mathrm{a\ωH\ρ}{G}^{0.37}(T_1-T_W)}---(1-10)$

降速干燥阶段时间t₂

$t_2=\frac{\mathrm{\ρH}(x_{\mathrm{cr}}-x_{\mathrm{eq}})}{v_1}\ln \frac{(x_{\mathrm{cr}}-x_{\mathrm{eq}})}{(x-x_{\mathrm{eq}})}---(1-11)$

式中，t₂为降速干燥阶段干燥时间，h；v₁为恒速干燥阶段的干燥速率，kg/(m²·h)；x为湿纸坯湿含量，kg/kg；x_cr为湿纸坯临界湿含量，kg/kg；x_eq为湿纸坯的最终湿含量，kg/kg；把式(1-3)及(1-8)代入式(1-11)得

$t_2=\frac{{\mathrm{\γ}}_w(x_0-x_{\mathrm{cr}})(x_{\mathrm{cr}}-x_{\mathrm{eq}})}{4.23a{G}^{0.37}(x_0-\stackrel{\‾}{x})(T_1-T_W)}\ln \frac{(x_{\mathrm{cr}}-x_{\mathrm{eq}})}{(x-x_{\mathrm{eq}})}---(1-12)$

降速干燥阶段输送带长度L₂

$L_2=\frac{t_2{m}_s}{\mathrm{\ωH\ρ}}---(1-13)$

把式(1-12)代入式(1-13)得

$t_2=\frac{{\mathrm{\γ}}_w{m}_s(x_0-x_{\mathrm{cr}})(x_{\mathrm{cr}}-x_{\mathrm{eq}})}{4.23a{\mathrm{\ωH\ρG}}^{0.37}(x_0-\stackrel{\‾}{x})(T_1-T_W)}\ln \frac{(x_{\mathrm{cr}}-x_{\mathrm{eq}})}{(x-x_{\mathrm{eq}})}---(1-14)$

对烘干线作总体热量恒算得，

q₁-q₂＝s(q₃-q₄)        (1-15)

式中，q₁为物料带入热量，kJ/h；q₂为物料带出热量，kJ/h；q₃热空气带出热量，kJ/h；q₄为热空气带入热量，kJ/h；s为热量无用功损耗百分比，％。

其中

q₁＝m_s(c_s+4.187x₁)T₁                      (1-16)

q₂＝m_s(c_s+4.187x₂)T₂                      (1-17)

q₃＝4.187.24m_g1T₃+(595+0.46T₃)y₂」       (1-18)

q₄＝4.1870.24m_g1T₄+(595+0.46T₄)y₁」      (1-19)

式中，m_s为被干燥物料投料量，kg/h；c_s为物料定压比热容，kJ/(kg·K)；T₁为物料进干燥箱前温度，℃；T₂为物料出干燥箱后温度，℃；T₃为尾气温度，℃；T₄为干燥箱内工艺温度，℃；x₁为物料进干燥箱前湿含量，kg/kg；x₂为物料出干燥箱后湿含量，kg/kg；m_g1为循环风机流量，kg/h；y₁为进循环风机前热空气中水量，kg/h；y₂干燥箱内热空气中水量，kg/h；三相交流异步电机为风机的动力源，其同步转速n为

$n=\frac{60f}{p}---(1-20)$

式中，n为电机的同步转速，r/min；f为电机供电频率，Hz；p为极对数。

电动机转速n与风机流量Q有以下关系

$\frac{Q_1}{Q_2}=\frac{n_1}{n_2}---(1-21)$

因此，式(1-17)的m_g1为

$\frac{m_{g1}}{Q_n}=\frac{60f_1}{{\mathrm{pn}}_n}---(1-22)$

$m_{g1}=\frac{60f_1{Q}_n}{{\mathrm{pn}}_n}---(1-23)$

式中，Q_n为循环风机额定风量，kg/h；n_n为电机的额定转速，r/min；f₁为循环风机供电频率，Hz。

输送链带电动机运行速率n与物料在烘箱内输送速率的关系为

${\mathrm{nN}}_A=\frac{m_s}{\mathrm{\ρ\ωH}}---(1-24)$

式中，N_A为输送链带减速箱的减速比。

把式(1-20)代入式(1-24)得输送链带电动机供电频率f₂与物料在烘箱内输送速率的关系为

$\frac{60f_2{N}_A}{p}=\frac{\mathrm{ms}}{\mathrm{\ρ\ωH}}---(1-25)$

式中，f₂为输送链电机的供电频率，Hz。

假设热风管温度足够高，则

T₄＝f₃N_B                       (1-26)

式中，f₃为循环风机供电频率，Hz；N_B为风门开度比例系数。

同理，参考式(1-23)得，

$m_{g2}=\frac{60f_4{Q}_m}{{\mathrm{pn}}_m}---(1-27)$

式中，m_g2为抽湿风机风量，kg/h；f₄为抽湿风机供电频率，Hz；Q_m为抽湿风机额定流量，kg/h；n_m为抽湿风机额定转速，r/min。

其烘干生产工艺步骤如下：

步骤1)根据计划生产产量参照式(1-10)及(1-14)计算烘干线长度并分布分段烘箱数目比例(恒速干燥阶段及降速干燥阶段分段烘箱的数目比例)，并按照式(1-24)及(1-25)得出输送带电机的工作转速及工作频率。

步骤2)对单个待干燥产品进行干燥实验，得出最优工作参数(包括恒速干燥阶段及降速干燥阶段的干燥工艺温度，风量，湿度)。

步骤3)将上述步骤1及2得出的干燥工艺参数通过触摸屏人机界面输入到PLC，触摸屏及PLC通过RS422无协议通讯。

步骤4)通过触摸屏启动烘干线自动运行，把待干燥产品投入烘干线，生产开始。

步骤5)烘干区段的PT100铂电阻温度传感器及湿度传感器实时采集烘干线的生产参数，并通过A/D模块把模拟量转变成数字量传给PLC。

步骤6)PLC通过RS-485无协议通讯把各数字量对应传给各电动风门变频器及抽湿风机变频器。

步骤7)各烘干区段电动风门的变频器内部集成的PID整定模块开始工作，它可以根据烘箱内PT100铂电阻采集到的实时温度与预设工艺温度比较，并把他们的误差值作为PID控制器的输入，并把误差乘以比例常数，误差的积分乘以积分常数，误差的微分乘以微分常数，并把他们相加，从而得到PID控制器的输出，然后把结果送给电动风门变频器，从而调节电机的供电频率或正反转运行，达到控制风门开度的目的，从而控制冷暖风的进给比例，实现分段烘箱内热风温度控制的目的。其中比例常数，积分常熟，微分常数通过试验确定。

步骤8)同理步骤7，抽湿风机的变频器内部集成的PID整定模块开始工作，它可以根据烘箱内湿度传感器采集到的实时湿度与预设工艺湿度比较，并把他们的误差值作为PID控制器的输入，并把误差乘以比例常数，误差的积分乘以积分常数，误差的微分乘以微分常数，并把他们相加，从而得到PID控制器的输出，然后把结果送给抽湿风机变频器，从而调节电机的供电频率，达到抽湿风机的抽风量的无级调节，保证烘箱内湿度在工艺要求范围。其中比例常数，积分常熟，微分常数通过试验确定。

步骤9)根据式(1-23)烘干区段的循环风机通过变频器长期工作在步骤2及3设定的工作频率。

步骤10)重复步骤5-9，使烘干线稳定地工作在最优工艺曲线。

步骤1-10的控制流程如图4，图5所示。

具体操作说明现需设计一条日产1.5吨的鸡蛋托盘烘干生产线。成品鸡蛋托盘的重量是65g左右，外形尺寸是310mm*310mm*50mm。成型后烘干前的鸡蛋托盘湿纸坯干湿比为1:3.4，即烘干前湿含量为70％，重量为0.221kg，厚度为3mm，投料量为221kg/h，为方便实现烘干后的热压整型工序，现要求湿纸坯出烘干线后的含水率降到10％。即在烘干前湿纸坯的比表面积为0.435m²/kg，对单个鸡蛋托盘进行烘干试验，得恒速干燥阶段的最优工作温度为160℃，风量为5700m³/h，降速干燥阶段最优工作温度为120℃，风量为5400m³/h，鸡蛋托盘湿纸坯临界湿含量为0.846。并设输送带有效宽度为1.2m，把上述已知参数代入数学模型公式，得恒速干燥阶段输送带长度约为10m，降速干燥阶段输送带长度为15m。设烘干区段长2.2m，即恒速干燥阶段占4个烘干区段，降速干燥阶段占7个烘干区段。每个烘干区段配置一台循环风机(离心通风机5.5kw，2900r/min，6924m³/h)由上述参数也可解得恒速干燥阶段循环风机工作频率为39.7Hz，降速干燥阶段的循环风机工作频率为37.6Hz。输送链带电机(2.2kw)工作频率为45Hz。因此，把风机，电机的运行频率39.7Hz，37.6Hz，45Hz，及恒速干燥阶段工艺温度160℃及降速干燥阶段工艺温度120℃，烘箱内相对湿度90％(抽湿风机工作湿度)，通过触摸屏输入到PLC，烘干线便能在指定的最优工艺曲线下工作。经生产实践证明，鸡蛋托盘湿纸坯在经过烘干线烘干后，产品变形少，并基本达到工艺要求的10％最终含水率。

Claims (7)

1、一种基于变频调速技术的纸浆模塑烘干线，包括燃烧机、热风炉、烘箱、循环风机、抽湿风机、输送带，燃烧机连接热风炉；上述烘箱采用框架结构，输送带安装在烘箱内部，烘箱长度及宽度根据生产量决定，烘箱分为若干个烘干区段；其特征在于：每个烘干区段安装有循环风机，每个循环风机连接风机专用型变频器，循环风机除了循环烘箱内的热空气外，循环风机进风口还连接有由热风炉引出的热风管，在热风管与循环风机的进风口之间装有电动风门，电动风门连接有变频器；循环风机出风口与排风管连接，排风管把热风直接送进输送带上；在烘箱内装有抽湿风机，抽湿风机连接风机专用型变频器，在烘干线的每个烘干区段的中央及热风管的出风口处分别安装温度传感器，在抽湿风机的进风口安装湿度传感器，在抽湿风机的出风口安装温度传感器；烘干线的控制由可编程逻辑控制器PLC来完成，PLC通过接收各传感器的数据，并与设定的最优值相比较，得出调节量并向各个变频器发出控制指令；输送带安装有传动电机，传动电机连接变频器，蜗轮蜗杆减速器安装在传动电机与输送带之间；烘干线控制台安装有触摸屏。

2、根据权利要求1所述的烘干线，其特征在于：上述循环风机连接的风机专用型变频器是通过FX2N-485-BD模块与PLC连接。

3、根据权利要求1所述的烘干线，其特征在于：上述抽湿风机连接的风机专用型变频器是通过FX2N-485-BD模块与PLC连接。

4、根据权利要求1所述的烘干线，其特征在于：上述电动风门连接的变频器是通过FX2N-485-BD模块与PLC连接。

5、根据权利要求1所述的烘干线，其特征在于：上述输送带传动电机连接的变频器是通过FX2N-485-BD模块与PLC连接。

6、根据权利要求1所述的烘干线，其特征在于：上述温度传感器和湿度传感器通过FX2N-8AD模块与PLC连接。

7、根据权利要求1所述的烘干线，其特征在于：上述触摸屏是通过RS-422与PLC连接。

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