系统集成商升级喷雾干燥器控制

一家粉状食品制造商面临的挑战是对已使用多年的现有过滤带式喷雾干燥机的控制进行重大升级。烘干机的控制和能力落后于公司为客户开发定制解决方案的要求。该公司的项目工程师认识到，通过与技术合作伙伴合作改造所有现有控制系统，而不是更换整个喷雾干燥机，可以节省大量资本支出(CAPEX)。

关于喷雾干燥机

喷雾干燥机是粉状食品生产中使用的一种工艺。它将恒定的液体进料在高压下通过雾化器喷嘴喷射成一股热空气，从而将液体变成干燥的粉末。这种特殊的干燥机，过滤带式喷雾干燥机，是一种混合，使用网状过滤传送带传送粉末通过第二个区域，在那里额外的热空气被吹过的网提供额外的干燥时间，和第三个区域冷却。这种风格的喷雾干燥机提供温和，灵活和经济的干燥粘性食品和乳制品与高水平的脂肪，碳水化合物或蛋白质。

喷雾干燥机的多个相互作用的过程变量很难达到适当的平衡。在第一个区域施加的热量是最关键的。如果使用过多的热量，会使产品燃烧，去除过多的水分，甚至会损坏网带。过热还会消耗更多的能源，这是制造商担心的问题。加热不足会使产品过于潮湿，这可能导致它粘在设备上，导致严重停机，或在包装期间和包装后蛋糕，造成产品质量问题。

粉状食品的水分含量也是一个关键参数，因为它们通常按重量出售，这会导致包装产品的体积发生变化。空气流速也会影响每个区域的空气压力以及所需的热能量。空气压力必须足够负，以防止灰尘侵入工艺区域，但不要太负，以免导致燃烧器火焰熄灭，如果湿产品开始粘在干燥器上，则会导致大量停机。

项目目标

控制系统升级的主要目标包括消除操作人员使用配方驱动的比例-积分-微分(PID)回路设定值进行的所有手动调整，提高几个关键过程变量的控制精度，减少从环境温度启动的时间，将多个控制器集成到一个中央可编程逻辑控制器(PLC)，完全自动化现有的就地清洁(CIP)系统，并提供历史工艺数据，用于节能和持续改进产品质量。

同时调整和优化烘干机区域内的温度、空气流量和压力是一个相当平衡的行为，操作人员通过在整个烘干机中物理地调整多个手动阻尼器的位置来实现这一点。液体产品的进料速率和进入雾化喷嘴的压力也是关键的工艺变量。操作人员以前一直在用手动阀门调整这些阀门。

解决方案

为了消除这些手动调整，三个变速驱动器(VSDs)取代了风扇上的单速电机，以提供整个干燥器的可变空气流量控制。现有的变频器被替换为与变频驱动器(vfd)匹配的变频器，以及通过以太网与中央PLC通信取代独立控制器的模拟接线。添加了VSD来控制产品给料泵的转速。工艺工程师现在能够确定优化操作的设定值，工程师在PLC中使用PID循环来维护它们。

将设定值存储为配方参数，以便根据所制产品的特性对干燥器进行微调。控制系统配置了多达50个配方参数，为未来增加仪表和控制提供了很大的灵活性。

喷雾干燥机性能的改善是可能的，通过提高几个关键过程变量的控制精度:特别是，进口空气温度，出口产品温度和区域空气压力。安装了新的燃烧器管理系统，以提供更精确的入口空气温度控制，并与PLC集成，后者管理PID回路，并为燃烧器提供温度控制变量(CV)。安装了三个红外传感器，为出口产品温度测量提供了更高的准确性和可靠性。新的变速风扇提供了更好的控制空气流量和压力。

在生产开始时，尽量减少从环境温度加热喷雾干燥机所需的时间也是项目的优先事项。这是由操作人员手动完成的，很容易超调，激活高温安全开关和警报，然后关闭燃烧器，需要手动重新启动。超过高温的一个更严重的后果是对传送带的损坏，这导致了巨大的成本和停机更换。添加了PLC逻辑，使烘干机在不超调的情况下尽快达到温度。这增加了系统运行时间，并允许操作人员在关键的启动阶段专注于其他任务。

除了现场控制设备的投资，还实施了控制硬件的升级。多个现有的独立控制器和基于继电器的控制面板被一个中央PLC和一个操作员终端取代，以提供一个中央控制和数据采集点。该系统反过来与现有的全工厂工艺历史记录和报告系统集成。关键工艺数据和警报能够与工厂的其他区域实时共享。

好处

通过将所有控制集成到可编程逻辑控制器中，工厂可以在整个过程中控制和访问与控制功能相关的所有数据和参数，从而受益匪浅。例如，主传送带速度是一个关键项目，它使用了一个带有现场安装电位计的独立控制器进行速度控制，而不向系统反馈。这被以太网VSD和PLC的转速计输入所取代。皮带速度被设定为配方设定值，由PLC精确控制，所有相关的工艺数据都被记录在工厂的工艺历史记录中，供工艺工程师评估，以协助优化。

喷雾干燥器占地面积大，操作员发现无论在何处操作干燥器，都可以访问干燥器的所有操作信息，这对他们非常有益。实施了使用虚拟网络计算（VNC）远程访问的无线工业平板电脑，以允许运营商远程查看运营商界面屏幕。在生产区域安装了两个无线接入点，以支持无线平板电脑。

CIP改进

清洗和消毒也是喷雾干燥机运行的关键。CIP过程是手工执行的，并且作为这个项目的一部分是自动化的。设置了6个CIP区域，以保持最小的速度清洗压力。自动化阀门被添加到PLC中，并与现有的泵一起集成。洗涤时间作为配方的设定。在CIP和洗涤水箱的加热过程中加入PID温度控制。CIP操作的自动化有助于确保满足所需的周期时间，这使得操作人员能够专注于其他任务和职责，并捕获工艺数据以进行记录。

向公司的工艺工程师提供历史工艺数据以多种方式提供了好处。首先，它允许质量控制人员审查历史数据，并确保满足所有生产要求。它还允许他们将手动测量的质量数据（如产品含水量）与工艺条件关联起来。工艺工程师可以使用数据优化设定点，以最大限度地降低能耗，而不会对产品质量产生负面影响。

结果

在使用新控制装置的最初几个月内，喷雾干燥器的性能得到了显著改善。通过降低主加热区的热量设定值以及降低和协调通过干燥器的气流速度，实现了节能。由于更快的启动、更少的因空气压力变化引起的火焰损失而停机，以及由于湿产品堵塞设备而几乎不需要在生产运行期间清洁干燥器，因此提高了生产率。改进的成品湿度水平公差减少了过度干燥，从而增加了以重量计量的产品总产量。CIP操作的自动化将产品转换时间缩短了50%以上。

喷雾干燥机由于空气流量、温度和进料速率等多个过程控制变量的相互作用，以及空气压力和产品含水率等其他变量的紧密操作范围，使得喷雾干燥机复杂且难以优化。通过将所有控制集成到一个基于plc的中央控制系统中，并添加新的控制设备，这家食品制造商能够提高生产率，提高产品质量，降低能源成本，并确保彻底清洗。McEnery Automation在食品加工系统、喷雾干燥机、CIP系统和PID循环控制方面的专业知识，使他们能够指导客户通过设计决策、项目实施和编程以及有效和高效的启动。

迈克尔McEnery是总统麦肯尼自动化．

McEnery自动化是美国控制系统集成商协会（CSIA）．欲了解更多信息，请访问公司简介工业自动化交换．