一種超聲波干霧降塵裝置及其多回路串級pid控制方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于環保領域，具體涉及一種超聲波干霧降塵裝置及其多回路串級PID控制方法。
【背景技術】
[0002]近年來，隨著工業生產、生活的不斷發展，冶金煉鋼電爐和以原煤為燃料的鍋爐不斷增加，這些爐窖排放的大氣污染物，特別是直徑在10微米以下的可吸入粉塵顆粒，是造成人們塵肺病等職業病和粉塵污染的主要根源。
[0003]傳統除塵技術以干式除塵和濕式除塵兩大類為主。干式除塵是將被污染的空氣吸入除塵設備處理后重新排入大氣，這種被動式處理不但損失物料，也易產生二次污染。而濕式除塵則通過對起塵點噴水增加濕度來提高抑塵效果，其對細小粉塵的處理能力低，導致除塵效率不高。
[0004]根據現有抑塵技術的發展，微米級干霧降塵通過產生微米級的干霧與物料作用，采用主動式抑塵原理將粉塵直接抑制在物料上，已成為避免作業空間污染和物料損失的最有效、最節約的除塵方向。該類超聲波干霧降塵裝置一般包括帶有進氣管和進水管的諧振腔，進氣管與氣泵相連，進水管上安裝有電磁閥，諧振腔還帶有噴嘴。工作時，將水壓、氣壓調到最佳值，空氣通過裝置中的噴嘴部分加速延伸至諧振腔，反射回來后成為最初的沖擊波，液體在低壓狀態下被沖擊波切割成微水滴，空氣推動微水滴在諧振腔中與諧振腔產生超聲波共振，形成所需霧狀噴霧(直徑< 10微米水霧顆粒)，干霧經噴嘴噴出，達到抑塵效果O
[0005]不同的速度水流、氣流速度與不同的諧振腔固有頻率相配合會產生不同質量的霧滴。為形成所需干霧，水壓、氣壓需調在最佳值，以使沖擊波與諧振腔固有頻率相耦合。然而超聲波共振過程中水和空氣對諧振腔不斷沖擊，易使諧振腔發生沖擊磨蝕；若使用了帶有顆粒的污水，顆粒會對諧振腔產生進一步損壞；一旦使用了海水或其他帶有腐蝕性的水，更會使諧振腔被腐蝕，諧振腔的固有頻率會因其腔體磨損而增大偏移。現有干霧裝置中水壓值、氣壓值在初始化后即保持不變，然而噴嘴、諧振腔因為上述各種原因極易被磨損，被磨損后的噴嘴、諧振腔與氣液壓值不再耦合，將無法產生有效的干霧。目前只能依靠頻繁更換噴嘴解決其無法持續有效抑塵的難題，這也造成了干霧抑塵系統需實時觀察更換、噴嘴維護成本高、水和空氣資源利用率低的問題。
【發明內容】
[0006]本發明公開了一種超聲波干霧降塵裝置，該裝置自身帶有干霧質量控制系統，保證裝置在長時間工作后仍能產生有效的干霧。
[0007]一種超聲波干霧降塵裝置，包括帶有進氣管和進水管的諧振腔，所述進氣管與氣泵相連，所述進水管上安裝有電磁閥，還包括干霧質量控制系統，該干霧質量控制系統包括:
[0008]第一信號采集單元，用于采集霧滴品質參數信息；
[0009]第二信號采集單元，用于檢測進氣管中的氣壓值；
[0010]第三信號采集單元，用于檢測進水管中的水壓值；
[0011]主控制器，用于接收第一信號采集單元輸出的霧滴品質參數信息并將該信息與預設值進行比較，根據比較結果決定是否輸出給定氣壓值和給定水壓值；
[0012]氣壓調節器，用于接收第二信號采集單元輸出的氣壓值和主控制器輸出的給定氣壓值，并將該氣壓值與給定氣壓值進行比較，根據比較結果調節氣泵的功率；
[0013]水壓調節器，用于接收第三信號采集單元輸出的水壓值和主控制器輸出的給定水壓值，并將該水壓值與給定水壓值進行比較，根據比較結果調節電磁閥的開度。
[0014]本發明利用第一信號采集單元實時監測霧滴品質，利用第二信號采集單元實時監測進氣管中的氣壓值，利用第三信號采集單元實時監測進水管中的水壓值，利用主控制器、氣壓調節器和水壓調節器控制氣泵和電磁閥，以保證氣壓和水壓保持在最佳值，保證該裝置能夠持續性產生有效干霧，延長設備的壽命，避免磨損諧振腔長期維護和頻繁更換的麻煩，降低工廠的抑塵設備成本，提高資源利用率。
[0015]本發明中，所述諧振腔帶有干霧噴嘴，所述第一信號采集單元包括:
[0016]通過干霧噴嘴與所述諧振腔相連通的霧滴質量檢測通道；
[0017]安裝在霧滴質量檢測通道兩側且相互配合的激光發射器和激光接收器；
[0018]用于接收激光接收器的輸出信號并對該輸出信號進行處理的數據處理模塊；
[0019]所述數據采集模塊與主控制器相連。
[0020]利用相互配合的激光發射器和激光接收器對霧滴質量檢測通道內的干霧粒子場進行監測，采集霧滴品質參數信息，并經數據處理模塊分析處理后傳送給主控制器。
[0021]作為優選，所述第一信號采集單元包括圓筒狀的觀察罩，所述激光發射器和激光接收器分別安裝在觀察罩的兩端，觀察罩的兩相對側壁上分別設有干霧進口和干霧出口，所述干霧進口與干霧噴嘴相對接。
[0022]第一信號采集單元對從干霧噴嘴噴出的干霧霧滴進行質量檢測，干霧從干霧進口進入觀察罩，觀察罩內的空腔即為所述的霧滴質量檢測通道；經處于霧滴質量檢測通道兩側的激光發射器和激光接收器檢測后，干霧又從干霧出口噴出，對所處環境進行降塵處理。
[0023]本發明中，所述激光發射器包括沿光路依次設置的激光器和擴束器，所述激光接收器包括沿光路依次設置的接收透鏡和光電探測器。
[0024]激光器產生單色平行光，單色平行光經擴束器擴展后經過霧滴質量檢測通道內的干霧粒子場，單色平行光照射到霧滴上會偏轉一定角度Θ形成衍射圖樣，霧滴尺寸越大偏轉角度越小。經過霧滴的非衍射光束聚焦在接收透鏡和光電探測器軸線上，而經過接收透鏡的呈錐形的衍射光束則在光電探測器上形成許多光強不等的光能環；光電探測器上設有繞其中心設置的31付光敏環，每一光敏環對某一尺寸的霧滴最為靈敏。光電探測器尋找各個光敏環中的光能最大值，該光能最大值經數據處理模塊分析處理后傳送給主控制器，主控制器通過對光能最大值所對應的光能環的衍射角度分析即可得到相應的霧滴尺寸。
[0025]作為優選，所述主控制器、氣壓調節器和水壓調節器均為PID控制器。
[0026]作為優選，所述干霧質量控制系統還包括分別與主控制器、氣壓調節器和水壓調節器相連的無線通信模塊。如此有利于后端監控服務器通過無線傳感網絡下達配置命令，主控制器、氣壓調節器和水壓調節器可通過讀取設備存儲器中的備用數據，或通過無線通信模塊接收數據命令，設定令氣泵和電磁閥有效工作的初始功率和初始電壓；同時還能定時上傳設備的工作狀態數據，這些數據提供用于整個工廠內干霧系統的數據分析以及記錄故障信息，便于遠程監控和維護。
[0027]作為進一步優選，所述無線通信模塊為ZIGBEE模塊。如此可通過ZIGBEE的無線組網功能實現一個工廠內多個干霧噴嘴與后端監控服務器的互連，可以實時遠程整個多個干霧噴嘴的工作情況，對于經多次PID調節后仍無法有效工作的磨損噴嘴及時更換。
[0028]本發明還提供了所述超聲波干霧降塵裝置的多回路串級PID控制方法，包括以下步驟:
[0029](I)設定主控制器的霧滴品質參數預設值YjP PID參數，設定氣壓調節器和水壓調節器的PID參數；
[0030]霧滴品質參數預設值Y1可以直接在主控制器上設定，也可以由主控制器通過無線通信模塊從后端監控服務器中讀取。
[0031]主控制器的PID參數包括氣壓比例系數Kpg、氣壓積分系數Kig、氣壓微分系數Kdg和水壓比例系數Kpw、水壓積分系數Kiw、水壓微分系數Kdw，氣壓調節器的PID參數包括比例系數Kp2、積分系數Ki2，水壓調節器的PID參數包括比例系數Kp3、積分系數Ki3。
[0032]三個PID的比例系數中，主控制器的Kpg、Kpw值較大，有利于提高系統抑制一次擾動的能力，積分系數Kig、Kiw用于減少穩態誤差，微分系數K dg、Kdw用于提高系統反應靈敏度；而