淺析水泥廠自動(dòng)化控制

鄧招軍

（貴州黔桂三合水泥有限責(zé)任公司，553516）

淺析水泥廠自動(dòng)化控制

鄧招軍

（貴州黔桂三合水泥有限責(zé)任公司，553516）

水泥工業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程對(duì)各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的要求日益提高， 傳統(tǒng)的人工分析檢測方法已不能滿足， 用自動(dòng)分析檢測儀器取代人工是必然的發(fā)展趨勢(shì)， 將使生產(chǎn)工藝過程更加穩(wěn)定合理， 進(jìn)而取得更好的經(jīng)濟(jì)效益。本文對(duì)水泥生產(chǎn)常用的自動(dòng)檢測儀器進(jìn)行綜述。

水泥生產(chǎn)自動(dòng)化已經(jīng)成為國內(nèi)大型水泥廠新型干法生產(chǎn)工藝線不可缺少的配置，自動(dòng)化技術(shù)和產(chǎn)品的需求將日益迫切， 這必將推動(dòng)水泥廠整體工藝技術(shù)水平的大幅提高，自動(dòng)化是水泥工業(yè)的現(xiàn)代化必經(jīng)之路。

一、水泥廠自動(dòng)控制對(duì)象及特點(diǎn)

1、水泥廠自動(dòng)控制參數(shù)類型

（1）開關(guān)量：電動(dòng)機(jī)開停、聯(lián)鎖 、故障報(bào)警信號(hào)閥門開啟信號(hào)；料位報(bào)警信號(hào)等。

（2）模擬量 ：料位（料庫料位、中間倉料位等）；流量（人窯生料流量等）；轉(zhuǎn)速（風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速、回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速等）；電流（高溫風(fēng)機(jī)電流 、窯主傳動(dòng)電流 、提升機(jī)、電流等）；溫度（各級(jí)旋風(fēng)筒出口溫度 、大型設(shè)備軸瓦溫度等）；壓力（各級(jí)旋風(fēng)筒出口壓力 、窯頭罩壓力等）；閥位（各風(fēng)閥的開度等）；成份（電收塵含量等 ）。

這些參數(shù)可分為 “生產(chǎn)性參數(shù)”和 “安全性參數(shù)” 。 “生產(chǎn)性參數(shù)”是指對(duì)生產(chǎn)有直接或間接幫助 ,對(duì)操作有指導(dǎo)意義的 ,如各級(jí)旋風(fēng)筒出口溫度 、壓力等； “安全性參數(shù)”是指對(duì)設(shè)備的安全運(yùn)行有直接關(guān)系 ,可以減少非計(jì)劃性停產(chǎn) ,如設(shè)備軸瓦溫度 、窯困體溫度等；而有些參數(shù)既是“生產(chǎn)性參數(shù)”又是“安全性參數(shù)” ,如窯尾電收塵CO含量等。區(qū)分這些參數(shù) ,有利于確定合理的報(bào)警點(diǎn)和報(bào)警范圍。

2、水泥廠 自動(dòng)控制系統(tǒng)劃分

根據(jù)水泥廠工藝流程特點(diǎn) ,一般將主要生產(chǎn)線劃分成 4一5 個(gè)集中控制系統(tǒng)：

（1）原料制備系統(tǒng)：包括石灰石破碎及原料入庫；

（2）生料制備系統(tǒng)：由原料配料庫經(jīng)原料粉磨至生料庫頂止；

（3）燒成系統(tǒng)：由生料均化庫庫底 出料 ,經(jīng)窯尾及廢氣處理 ,喂料系統(tǒng) 、回轉(zhuǎn)窯 、熟料破碎至熟料庫頂止 ,還包括煤粉制備系統(tǒng)；

（4）水泥粉磨系統(tǒng)：由熟料庫底出料 ,經(jīng)水泥磨、水泥輸送至水泥頂止水泥包裝系統(tǒng) 水泥庫底至水泥包裝 ,包括散裝庫。

二、中小水泥廠 自動(dòng)控制系統(tǒng)發(fā)展歷史及模式

1、分散一儀表控制：它由常規(guī)的一次儀表 ,二次儀表以及各種繼 電器 、保護(hù)裝置組成 ,各車間設(shè)置車間控制室及配電室 ,對(duì)本車間的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行操作控制并實(shí)施各種聯(lián)鎖保護(hù)；各車間控制通常設(shè)有儀表盤、模擬盤及操作臺(tái) ,對(duì)本車間生產(chǎn)參數(shù)進(jìn)行顯示 、報(bào)警、控制。它是水泥生產(chǎn)線上的各個(gè)生產(chǎn)車間內(nèi)部相對(duì)獨(dú)立并且較為簡單的生產(chǎn)過程控制 ,車間與車間之間的聯(lián)系相對(duì)較少 ,但操作簡單 ,投資相小。這種控制模式盛行于70年代,目前 ,一些中小型水泥廠還有不少采用這種控制方式。

2、集中一儀表控制：設(shè)立中央控制室 ,把分散的車間控制集中到中央控制室進(jìn)行集中控制與操作。電機(jī)開停邏輯控制采用PLC,過程變量則在中控室采用大型儀表控制盤 ,實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控 ,集中管理。這種控制模式,80年代曾流行一時(shí) ,但它需耗費(fèi)大量的控制電纜 ,隨著集散控制系統(tǒng)的出現(xiàn) ,目前已很少采用 。

3、DCS 譯為“分布式控制系統(tǒng)”或“分散式控制系統(tǒng)” ,根據(jù)其主要功能特點(diǎn) ,通常稱為“集散控制系統(tǒng) ” 。從80年代初期問世以來 ,經(jīng)過不斷的發(fā)展與完善 ,目前已成為冶金 、石化 、電力 、建材等工業(yè)部門普遍選用 的過程 自動(dòng)化計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)DCS是基于分散控制 ,集中操作管理的控制思想 ,以分散控制設(shè)備來適應(yīng)分散的過程對(duì)象 ,并將它們通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相連接 。一個(gè)完整DCS系統(tǒng) ,由三個(gè)基本部分組成

中央操作站：亦稱上位機(jī) ,一般設(shè)置在中控室內(nèi)。

現(xiàn)場控制站：亦稱下位機(jī) ,包含回路控制和順序控制 ,一般設(shè)置在生產(chǎn)車間檢測控制對(duì)象近旁的電機(jī)控制中心 。

數(shù)據(jù)高速公路；亦稱數(shù)據(jù)總線,溝通上下位機(jī)間通訊。

DCS系統(tǒng)取代了傳統(tǒng)的二次模擬儀表 ,大型儀表控制室及設(shè)備間聯(lián)鎖用 的大量 的各種各樣的繼電器和電纜；改革了傳統(tǒng)的生產(chǎn)組織管理方式 ,使水泥工業(yè) 自動(dòng)化向前邁進(jìn)了一大步。

（1）傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng)：早先的DCS系統(tǒng)一般由儀表廠家生產(chǎn) ,我們習(xí)慣上稱為傳統(tǒng) 的 系統(tǒng) 。起先它們大都是 自我封閉的 ,沒有按照一種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來生產(chǎn)制造 ,后來開始提 出了開放系DCS結(jié)構(gòu) 。而各制造商雖言稱自己的產(chǎn)品朝開放系統(tǒng)發(fā)展 ,但是 ,他們?yōu)榱俗陨淼睦?,對(duì)開放系統(tǒng)的定義各不相同 ,因而不 同廠商的產(chǎn)品在硬件上 的兼容性 、軟件的可轉(zhuǎn)移性 、應(yīng)用 的可操作性上很難達(dá)到統(tǒng)一 ,所以 ,早期的DCS系統(tǒng) ,價(jià)格都很昂貴。

（2）PLC型DCS系統(tǒng)：為了降低中小水泥廠自動(dòng)化的投資 ,一些設(shè)計(jì)院嘗試著將PLC和個(gè)人計(jì)機(jī)用 網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來 ,組成一個(gè)分散控制 、集中操作管理的控制系統(tǒng) ,它在結(jié)構(gòu)型式和功能上同系統(tǒng)基本相似 ,俗稱PLC型DCS 系統(tǒng)。

PLC早先用于電動(dòng)機(jī)的順序控制,當(dāng)應(yīng)用了微處理器后，PLC也具有PID調(diào)節(jié)及處理過程變量 的功能 ,由于其價(jià)格便宜 、可靠性高 、掃描周期短,因此應(yīng)用越來越廣；同時(shí) ,由于微機(jī)在市場上到處可以買到 ,萬一發(fā)生故障 ,造成的問題也比較容易解決 ；更為重要的是 ,越來越多的軟件公司為微機(jī)開發(fā)了許多實(shí)時(shí)多任務(wù)的工業(yè)控制軟件 ,并能與各生產(chǎn)廠家的PLC進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)通訊 ,一起組成一個(gè)分散控制 、集中操作管理的控制系統(tǒng) ,在價(jià)格上比傳統(tǒng)的DCS要低很多 。90代初期以來,PLC型DCS在中小水泥廠的應(yīng)用越來越廣 。

二、集散型控制系統(tǒng)在水泥廠的應(yīng)用

我們?cè)谥行∷鄰S工程設(shè)計(jì)中 ,采用了PLC型DCS系統(tǒng) ,如丹徒水泥廠日產(chǎn)500T熟料帶余熱發(fā)電窯生產(chǎn)線 ,馬鋼桃沖水泥廠日產(chǎn)600T水泥生產(chǎn)線。（見圖1） 。

整個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)分布實(shí)施 ,本期采用PLC型DCS系統(tǒng)先行建成窯頭現(xiàn)場站 ,窯尾現(xiàn)場站和窯系統(tǒng)中控室 ,其它車間只采用繼電器控制加常規(guī)儀表的形式 ,二次儀表均采用 型儀表 ,控制室預(yù) 留位置 待條件成熟時(shí)很方便的建成生料磨現(xiàn)場控制站、水泥磨現(xiàn)場控制站。窯系統(tǒng)中控室可擴(kuò)展成全廠中央控制室 ,最終形成覆蓋全部生產(chǎn)線的集散型控制系統(tǒng) ,而原有儀表系統(tǒng)可作為備用系統(tǒng) ,提高系統(tǒng)可靠性。

窯系統(tǒng)DCS配置

硬件構(gòu)成：a)窯頭控制室設(shè)兩臺(tái)操作員站 ,選用COROS DS一B45，PG760，21# 彩顯 ,雙機(jī)熱備份。

b)窯頭現(xiàn)場站 ,窯尾現(xiàn)場站由S5一155U系列各功能模塊組成

c)上 、下位采用SINEC L2數(shù)據(jù)通訊。

軟件構(gòu)成：系統(tǒng)組態(tài)軟件采用WINCC，PLC編程采用STEP5。

圖 馬鋼桃沖水泥廠集散型控制系統(tǒng)框圖程采用 團(tuán)阻 。

實(shí)踐證明 ,這樣的實(shí)施步驟與實(shí)施方案 ,比較符合中小型水泥廠的實(shí)際情況 ,是一種簡單易行 、生產(chǎn)可靠、價(jià)格適中、技術(shù)先進(jìn)的自動(dòng)化系統(tǒng) 。

三、水泥廠自動(dòng)控制展望

1、隨著計(jì)算機(jī)產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的不斷增長,以儀表型DCS系統(tǒng)或PLC型DCS系統(tǒng)為代表的集散型控制系統(tǒng)將在 中小水泥廠過程控制中獲得越來越多的應(yīng)用 ,不僅僅是水泥生產(chǎn)線的主工藝生產(chǎn)線 ,而且會(huì)覆蓋整個(gè)水泥生產(chǎn)線。

2、當(dāng)前自動(dòng)化的熱點(diǎn)是現(xiàn)場總線 ,有專家認(rèn)為 現(xiàn)場總線將逐步取代傳統(tǒng)的DCS系統(tǒng) ,給工業(yè)自動(dòng)化的過程控制領(lǐng)域帶來又一場革命?，F(xiàn)場總線是一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò) ,是由現(xiàn)場儀表和控制室系統(tǒng)之間的一種全數(shù)字化 、雙向 、多站的通信系統(tǒng)?，F(xiàn)場總線將改變傳統(tǒng)的DCS的輸人輸出模式 。各種智能化儀表及全數(shù)字化的現(xiàn)場控制裝置的使用 ,可以將原采用傳統(tǒng)DCS完成PID的 控制功能及其它的一些控制功能下放到現(xiàn)場的智能儀表及全數(shù)字化的控制裝置中,這樣,傳統(tǒng)的DCS的功能及優(yōu)勢(shì)將喪失 ,取而代之的將是基于現(xiàn)場總線及智能化儀表的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)。

3、DCS系統(tǒng)或未來的現(xiàn)場總線控制系統(tǒng) ,都只是解決水泥生產(chǎn)的過程控制 問題 ,而諸如生產(chǎn)分析 、統(tǒng)計(jì) 、預(yù)測 、類比 、存檔等功能幾乎沒有 。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和競爭的 日益加劇 ,生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)（包括實(shí)時(shí)工藝流程圖、實(shí)時(shí)歷史趨勢(shì)曲線 、實(shí)時(shí)生產(chǎn)工藝參數(shù)查詢 、質(zhì)量管理 、生產(chǎn)分析 、生產(chǎn)報(bào)表 、材料管理 、設(shè)備管理 、銷售管理等)將通過網(wǎng)絡(luò)覆蓋生產(chǎn)部門、技術(shù)部門、銷售部門 、質(zhì)量控制部門、廠長辦公室 、生產(chǎn)調(diào)度辦公室 ?，F(xiàn)代化水泥工廠自動(dòng)化將是 由 或現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的水泥生產(chǎn)線過程 ,自動(dòng)化和由生產(chǎn)管理信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的水泥廠管理自動(dòng)化兩部分組成 ,二者通過 網(wǎng)絡(luò)連成一個(gè)整體.

TU354

1674-3954（2011）03-0313-02