1 氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)概述

　　1.1工作原理

　　氣流粉碎機(jī)并非獨(dú)立運(yùn)行的設(shè)備，而是與旋風(fēng)分離器、除塵器、引風(fēng)機(jī)共同組成一整套完整且高效的粉碎系統(tǒng)。這一系統(tǒng)各組成部分協(xié)同工作，形成一個(gè)有機(jī)的整體，確保物料能夠被精準(zhǔn)、高效地粉碎并收集。實(shí)驗(yàn)室用氣流粉碎機(jī)工藝流程如圖1所示。

　　工作時(shí)，整個(gè)流程有序展開。首先，壓縮空氣需要經(jīng)過嚴(yán)格的過濾和干燥處理。過濾過程能夠有效去除空氣中的塵埃、雜質(zhì)等，避免這些物質(zhì)進(jìn)入后續(xù)的粉碎環(huán)節(jié)，影響物料的純度和粉碎效果;干燥處理則可消除空氣中的水分，防止水分與物料發(fā)生反應(yīng)，同時(shí)也能避免因水分存在而導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部出現(xiàn)銹蝕等問題。

　　經(jīng)過凈化處理的壓縮空氣，會(huì)通過特定的噴嘴(如拉瓦爾噴嘴)高速噴射入粉碎腔。拉瓦爾噴嘴是一種能夠?qū)饬魉俣燃铀僦脸羲俚奶厥饨Y(jié)構(gòu)，壓縮空氣在經(jīng)過拉瓦爾噴嘴時(shí)，壓力能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，形成高速氣流，其速度可達(dá)到數(shù)倍音速。

　　在粉碎腔內(nèi)，多股高速氣流會(huì)交匯于一個(gè)特定的點(diǎn)。當(dāng)物料被輸送到這個(gè)交匯點(diǎn)時(shí)，會(huì)受到多股高壓氣流的反復(fù)沖擊、物料之間的劇烈碰撞以及相互的摩擦、剪切等多種作用力。這些力共同作用于物料，使得物料的結(jié)構(gòu)被破壞，逐漸被粉碎成細(xì)小的顆粒。這種粉碎方式無需借助機(jī)械部件與物料的直接接觸，減少了物料被污染的可能性，特別適用于對(duì)純度要求較高的行業(yè)，如醫(yī)藥、食品等。

　　粉碎后的物料在引風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的抽力作用下，會(huì)隨著上升氣流一起運(yùn)動(dòng)至分級(jí)區(qū)。分級(jí)區(qū)內(nèi)部裝有高速旋轉(zhuǎn)的分級(jí)渦輪，分級(jí)渦輪在旋轉(zhuǎn)過程中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的離心力場(chǎng)。在這個(gè)離心力場(chǎng)的作用下，粗細(xì)物料實(shí)現(xiàn)分離。符合粒度要求的細(xì)顆粒，由于其質(zhì)量較小，所受到的離心力相對(duì)較小，能夠克服離心力的作用，通過分級(jí)輪進(jìn)入旋風(fēng)分離器和除塵器中。

　　旋風(fēng)分離器利用離心沉降原理，將大部分細(xì)顆粒從氣流中分離出來并收集;而除塵器則進(jìn)一步對(duì)氣流進(jìn)行凈化，捕捉剩余的細(xì)微顆粒，確保排放的氣體符合環(huán)保要求。

　　對(duì)于那些不符合粒度要求的粗顆粒，由于其質(zhì)量較大，所受到的離心力較大，無法通過分級(jí)輪，會(huì)在重力作用下下降至粉碎區(qū)，再次進(jìn)行粉碎，直至達(dá)到所需的粒度標(biāo)準(zhǔn)。這種循環(huán)粉碎的過程，保證了最終產(chǎn)品的粒度能夠滿足預(yù)設(shè)要求。

　　1.2產(chǎn)品特點(diǎn)

　　(1)精密分級(jí)

　　氣流粉碎機(jī)采用了先進(jìn)的流場(chǎng)優(yōu)化技術(shù)，這一技術(shù)是實(shí)現(xiàn)精密分級(jí)的關(guān)鍵。通過對(duì)粉碎腔、分級(jí)區(qū)等內(nèi)部空間的流場(chǎng)進(jìn)行精確的模擬和設(shè)計(jì)，能夠有效控制氣流的速度、方向和分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)物料粒度的精準(zhǔn)調(diào)控。設(shè)備實(shí)物如圖2所示。

　　其粒度調(diào)控范圍廣泛，可在1-74μm之間靈活調(diào)整，并且在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)景下，通過優(yōu)化工藝參數(shù)等方式，最細(xì)粒度甚至可以達(dá)到亞微米級(jí)。這種高精度的粒度控制能力，使得氣流粉碎機(jī)能夠滿足不同行業(yè)對(duì)物料粒度的多樣化需求。例如，在醫(yī)藥行業(yè)，某些藥物制劑要求原料的粒度必須控制在特定的范圍內(nèi)，以保證藥物的溶解速度和生物利用度;在電子材料行業(yè)，超細(xì)微粒的粉體材料是制造高性能電子元件的關(guān)鍵，氣流粉碎機(jī)的精密分級(jí)能力能夠滿足其嚴(yán)格的粒度要求。

　　(2)廣泛適用

　　氣流粉碎機(jī)在物料適應(yīng)性方面表現(xiàn)出色，能夠處理莫氏硬度1-10級(jí)的各類物料。莫氏硬度是表示礦物硬度的一種標(biāo)準(zhǔn)，1級(jí)為最軟，如滑石;10級(jí)為最硬，如金剛石。這意味著無論是質(zhì)地較軟的食品原料(如淀粉、糖粉等)、化工原料(如塑料顆粒等)，還是硬度較高的礦石(如石英、剛玉等)、陶瓷原料等，氣流粉碎機(jī)都能夠進(jìn)行有效的粉碎處理。特別值得一提的是，對(duì)于團(tuán)聚性超微粉體的解聚，氣流粉碎機(jī)具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。這一特性使得氣流粉碎機(jī)在納米材料、精細(xì)化工等領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。

　　2 系統(tǒng)電氣配置

　　2.1電機(jī)參數(shù)配置

　　電機(jī)是氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力源，其參數(shù)配置的合理性直接影響著設(shè)備的運(yùn)行性能和粉碎效果。在選擇電機(jī)時(shí)，需要綜合考慮氣流粉碎機(jī)的型號(hào)、規(guī)格、處理量、物料特性等因素。設(shè)備參數(shù)如表1所示。

　　一般來說，氣流粉碎機(jī)的電機(jī)參數(shù)主要包括額定功率、額定轉(zhuǎn)速、額定電壓、額定電流、功率因數(shù)等。對(duì)于處理量較大、物料硬度較高的氣流粉碎機(jī)，需要配備額定功率較大的電機(jī)，以確保能夠提供足夠的動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)粉碎和分級(jí)等環(huán)節(jié)的運(yùn)行。例如，某型號(hào)的實(shí)驗(yàn)室用氣流粉碎機(jī)，其粉碎電機(jī)的額定功率可能在5.5kW左右，分級(jí)電機(jī)的額定功率在2.2kW左右，具體參數(shù)會(huì)根據(jù)實(shí)際需求有所調(diào)整。

　　額定轉(zhuǎn)速也是一個(gè)重要的參數(shù)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)直接影響到粉碎腔中氣流的速度和分級(jí)渦輪的旋轉(zhuǎn)速度，進(jìn)而影響物料的粉碎效果和分級(jí)精度。在實(shí)際應(yīng)用中，電機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過變頻器進(jìn)行調(diào)節(jié)，以適應(yīng)不同物料和不同粒度要求的粉碎作業(yè)。

　　此外，電機(jī)的額定電壓和額定電流需要與供電系統(tǒng)相匹配，確保電機(jī)能夠正常啟動(dòng)和運(yùn)行。功率因數(shù)則反映了電機(jī)對(duì)電能的利用效率，功率因數(shù)越高， 電機(jī)的電能利用效率越高，運(yùn)行成本越低。

　　2.2控制系統(tǒng)架構(gòu)

　　(1) 人機(jī)界面

　　人機(jī)界面采用 7 寸彩色觸摸屏，其分辨率為800×480。這一設(shè)備為操作人員提供了直觀、便捷的操作平臺(tái)，使得操作人員能夠輕松地對(duì)氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)控和操作。人機(jī)界面如圖3所示。

　　通過觸摸屏，操作人員可以實(shí)時(shí)查看設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)，如電機(jī)轉(zhuǎn)速、電流、電壓、粉碎腔壓力、分級(jí)輪轉(zhuǎn)速等;還可以設(shè)置相關(guān)的工藝參數(shù)，如目標(biāo)粒度、粉碎時(shí)間、進(jìn)料速度等。觸摸屏的界面設(shè)計(jì)簡(jiǎn)潔明了，操作流程簡(jiǎn)單易懂，即使是沒有專業(yè)電氣知識(shí)的操作人員，經(jīng)過簡(jiǎn)單的培訓(xùn)也能夠熟練操作。

　　同時(shí)，觸摸屏還具備故障報(bào)警功能，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常情況時(shí)，如電機(jī)過載、過壓、缺相，或粉碎腔壓力異常等，觸摸屏?xí)皶r(shí)顯示故障信息和報(bào)警提示，方便操作人員快速判斷故障原因并采取相應(yīng)的處理措施，減少設(shè)備的停機(jī)時(shí)間。

　　(2)控制核心

　　控制系統(tǒng)的核心是PLC(可編程邏輯控制器)，它通過MODBUS RTU協(xié)議與變頻器進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)的自動(dòng)化控制。電氣控制系統(tǒng)如圖4所示。

　　PLC內(nèi)部存儲(chǔ)有預(yù)先編寫好的控制程序，能夠根據(jù)操作人員通過人機(jī)界面設(shè)置的參數(shù)和系統(tǒng)采集到的實(shí)時(shí)信號(hào)，按照預(yù)定的邏輯進(jìn)行運(yùn)算和判斷，并向變頻器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出控制指令。例如，PLC可以根據(jù)設(shè)定的目標(biāo)粒度， 自動(dòng)調(diào)節(jié)分級(jí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以確保分級(jí)精度;當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到進(jìn)料量發(fā)生變化時(shí)，PLC可以相應(yīng)地調(diào)整粉碎電機(jī)的轉(zhuǎn)速和引風(fēng)機(jī)的抽力，以維持粉碎腔內(nèi)部的壓力穩(wěn)定。

　　MODBUS RTU協(xié)議是一種廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域的串行通信協(xié)議，它具有通信穩(wěn)定、可靠、數(shù)據(jù)傳輸速率適中等特點(diǎn)，能夠確保PLC與變頻器之間的數(shù)據(jù)交換準(zhǔn)確無誤。通過這一協(xié)議，PLC可以實(shí)時(shí)獲取變頻器的運(yùn)行狀態(tài)信息，如輸出頻率、輸出電流等，并向變頻器發(fā)送轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的精準(zhǔn)控制。

　　(3)調(diào)速系統(tǒng)

　　調(diào)速系統(tǒng)采用新風(fēng)光FD200系列變頻器，該變頻器是專門為工業(yè)電機(jī)調(diào)速設(shè)計(jì)的設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速的平滑、精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，是保證氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵組成部分。

　　FD200系列變頻器能夠根據(jù)PLC發(fā)出的控制信號(hào)，通過改變輸出電源的頻率來調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電源頻率成正比，因此通過調(diào)節(jié)頻率可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的無級(jí)調(diào)速，滿足氣流粉碎機(jī)在不同工況下對(duì)轉(zhuǎn)速的要求。例如，在設(shè)備啟動(dòng)階段，變頻器可以輸出較低的頻率，使電機(jī)緩慢啟動(dòng)，避免因啟動(dòng)電流過大對(duì)電機(jī)和電網(wǎng)造成沖擊;在粉碎不同硬度的物料時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，改變電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而調(diào)整粉碎腔中氣流的速度，以達(dá)到最佳的粉碎效果。此外，F(xiàn)D200系列變頻器還具備多種保護(hù)功能，如過流保護(hù)、過壓保護(hù)、過載保護(hù)、缺相保護(hù)等，能夠在電機(jī)或變頻器出現(xiàn)異常情況時(shí)及時(shí)動(dòng)作，切斷電源或發(fā)出報(bào)警信號(hào)，保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。

　　3 FD200 變頻器關(guān)鍵技術(shù)

　　3.1性能參數(shù)

　　FD200精巧型變頻器具有優(yōu)異的性能參數(shù)，使其能夠滿足氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)的運(yùn)行需求。在輸入電壓方面，F(xiàn)D200變頻器支持三相380V±15%的電壓范圍，能夠適應(yīng)不同地區(qū)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)，保證設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。輸出頻率范圍為0-600Hz，這一寬頻率范圍使得電機(jī)的調(diào)速范圍更廣，能夠滿足氣流粉碎機(jī)在不同粉碎和分級(jí)階段對(duì)轉(zhuǎn)速的精確要求。

　　該變頻器的過載能力較強(qiáng)，在150%額定電流下可運(yùn)行60s，180%額定電流下可運(yùn)行3s，能夠應(yīng)對(duì)電機(jī)啟動(dòng)和瞬間過載等情況，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。其控制方式包括V/F控制和矢量控制，用戶可以根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的控制方式，其中矢量控制能夠?qū)崿F(xiàn)更高的控制精度和更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能。

　　FD200變頻器的效率較高，在額定負(fù)載下效率可達(dá)96%以上，能夠有效降低電能消耗，節(jié)約運(yùn)行成本。同時(shí)，它還具有較低的諧波含量，對(duì)電網(wǎng)的污染較小，符合環(huán)保要求。 FD200變頻器性能參數(shù)如表2所示。

　　3.2核心優(yōu)勢(shì)

　　(1) 空間節(jié)省

　　FD200系列變頻器采用書本式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，與同類競(jìng)品相比，體積減小了30%。這種緊湊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)大大節(jié)省了安裝空間，特別適合實(shí)驗(yàn)室等對(duì)空間要求較高的場(chǎng)合。

　　在安裝方式上， FD200變頻器支持多種安裝方式，包括導(dǎo)軌安裝、側(cè)壁安裝、壁掛安裝和并排安裝。導(dǎo)軌安裝是一種常用的安裝方式，通過標(biāo)準(zhǔn)的DIN導(dǎo)軌可以將變頻器快速、牢固地安裝在電氣柜內(nèi);側(cè)壁安裝和壁掛安裝則可以充分利用空間，將變頻器安裝在電氣柜的側(cè)壁或墻壁上，進(jìn)一步節(jié)省電氣柜內(nèi)部的空間;并排安裝則允許多臺(tái)變頻器緊密排列安裝，適用于需要多臺(tái)變頻器控制的復(fù)雜系統(tǒng)，提高了空間的利用率。

　　(2)智能控制

　　FD200變頻器內(nèi)置PID算法，這一算法是實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制的核心。PID算法能夠根據(jù)設(shè)定值與實(shí)際反饋值之間的偏差， 自動(dòng)調(diào)節(jié)變頻器的輸出，使被控參數(shù)(如電機(jī)轉(zhuǎn)速、粉碎腔壓力等)穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

　　在氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)中，通過將PID算法與傳感器相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)粉碎過程的精準(zhǔn)控制。在控制粉碎腔壓力時(shí)，壓力傳感器將實(shí)時(shí)檢測(cè)到的壓力值反饋給變頻器，PID算法根據(jù)設(shè)定壓力與實(shí)際壓力的偏差， 自動(dòng)調(diào)節(jié)引風(fēng)機(jī)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變引風(fēng)機(jī)的抽力，使粉碎腔壓力保持在設(shè)定范圍內(nèi)，保證粉碎效果的穩(wěn)定性。

　　此外， FD200變頻器還支持多段速控制和簡(jiǎn)易PLC功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際工藝需求，預(yù)先設(shè)置不同的運(yùn)行速度和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，提高生產(chǎn)效率。

　　(3)安全防護(hù)

　　FD200變頻器具備完善的安全防護(hù)功能，為設(shè)備的安全運(yùn)行提供了有力保障。

　　過流保護(hù)是變頻器的一項(xiàng)重要保護(hù)功能，當(dāng)電機(jī)或變頻器出現(xiàn)過流現(xiàn)象時(shí)，變頻器能夠迅速檢測(cè)到并立即切斷輸出，防止過流對(duì)電機(jī)和變頻器造成損壞。過壓保護(hù)則可以在輸入電壓過高或電機(jī)再生制動(dòng)產(chǎn)生過高電壓時(shí)動(dòng)作，保護(hù)變頻器內(nèi)部的電子元件。

　　缺相保護(hù)功能能夠檢測(cè)到電源缺相或電機(jī)缺相故障，并及時(shí)采取保護(hù)措施，避免電機(jī)因缺相運(yùn)行而燒毀。此外， FD200變頻器還具有過載保護(hù)、過熱保護(hù)、短路保護(hù)等功能，全方位地保護(hù)設(shè)備的安全運(yùn)行。

　　(4)通訊兼容

　　FD200變頻器支持MODBUS工業(yè)協(xié)議，通過支持 MODBUS協(xié)議，F(xiàn)D200變頻器能夠方便地與PLC、人機(jī)界面、上位機(jī)等設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控。操作人員可以通過上位機(jī)實(shí)時(shí)查看變頻器的運(yùn)行狀態(tài)、參數(shù)設(shè)置等信息，并可以遠(yuǎn)程對(duì)變頻器進(jìn)行參數(shù)修改、啟?？刂频炔僮?，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和管理效率。

　　同時(shí)，MODBUS協(xié)議的兼容性使得FD200變頻器能夠與不同廠家的設(shè)備進(jìn)行連接，降低了系統(tǒng)集成的難度和成本，為用戶提供了更大的靈活性。

　　4 應(yīng)用效果

　　4.1設(shè)備故障率下降，維護(hù)成本減少

　　在氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用FD200精巧型變頻器后，設(shè)備的故障率顯著下降。這主要得益于FD200變頻器完善的保護(hù)功能和穩(wěn)定的運(yùn)行性能。變頻器的過流、過壓、缺相、過載等保護(hù)功能能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理電機(jī)和系統(tǒng)中的異常情況，避免故障的擴(kuò)大化，減少了設(shè)備因故障而停機(jī)的次數(shù)。

　　同時(shí)， FD200變頻器的穩(wěn)定運(yùn)行減少了設(shè)備的機(jī)械磨損。據(jù)實(shí)際應(yīng)用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，應(yīng)用FD200變頻器后，氣流粉碎機(jī)系統(tǒng)的故障率下降了約40%，每年可減少維護(hù)成本20%以上。

　　4.2安裝空間需求減少，電氣柜成本降低

　　FD200變頻器緊湊的書本式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得其安裝空間需求較傳統(tǒng)變頻器減少了45%。安裝空間的減少直接降低了電氣柜的尺寸要求， 電氣柜的體積可以相應(yīng)減小，較小的電氣柜尺寸使得柜體材料用量減少，同時(shí)也降低了內(nèi)部安裝和布線的難度和成本。

　　經(jīng)實(shí)際測(cè)算，采用FD200變頻器后，電氣柜成本可節(jié)省約20%。對(duì)于需要多臺(tái)變頻器的大型系統(tǒng)，這一成本節(jié)約效果更為顯著。

　　4.3速度控制精度提高，粉碎效果優(yōu)化

　　相比傳統(tǒng)的V/F控制方式，F(xiàn)D200變頻器的矢量控制方式具有更高的速度控制精度。矢量控制能夠?qū)﹄姍C(jī)的磁通和轉(zhuǎn)矩進(jìn)行獨(dú)立控制，實(shí)現(xiàn)了電機(jī)在低速和高速范圍內(nèi)的精準(zhǔn)調(diào)速，速度控制精度可達(dá)±0.2%，從而保證了物料粉碎的均勻性和分級(jí)的準(zhǔn)確性。

　　例如，在粉碎某中藥原料時(shí)，采用FD200變頻器的矢量控制方式后，物料的粒度分布標(biāo)準(zhǔn)差從原來的5μm降低到3μm以下，粉碎效果得到了明顯優(yōu)化。

　　4.4分級(jí)電機(jī)控制精度提高，產(chǎn)品合格率提升

　　FD200變頻器能夠精確控制分級(jí)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使其轉(zhuǎn)速波動(dòng)控制在 ±1r/min以內(nèi)。穩(wěn)定的分級(jí)輪轉(zhuǎn)速保證了粗細(xì)物料分離的準(zhǔn)確性，使得符合粒度要求的細(xì)顆粒能夠被精確收集，減少了細(xì)顆粒中混入粗顆?；虼诸w粒中混入細(xì)顆粒的情況。

　　在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)用FD200變頻器后，氣流粉碎機(jī)的產(chǎn)品合格率從原來的85%左右提升到95%以上，大大減少了不合格產(chǎn)品的產(chǎn)生，提高了原材料的利用率和生產(chǎn)效率。

　　5 結(jié)論

　　新風(fēng)光FD200精巧型變頻器在氣流粉碎系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，充分體現(xiàn)了其在工業(yè)自動(dòng)化控制領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)。