淺析現(xiàn)代水泥工業(yè)電氣自動(dòng)化新技術(shù)

王東成

摘 要：水泥工業(yè)是一個(gè)高污染、高能耗的勞動(dòng)密集型工業(yè)，隨著計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、通訊等信息技術(shù)的快速發(fā)展，其電氣自動(dòng)化水平正向智能化、網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化發(fā)展。該文主要對(duì)我國(guó)現(xiàn)代水泥工業(yè)電氣自動(dòng)化概況進(jìn)行分析，并結(jié)合筆者工作經(jīng)驗(yàn)，對(duì)現(xiàn)代水泥工業(yè)電氣自動(dòng)化新技術(shù)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行了初步探討。

關(guān)鍵詞：水泥工業(yè) 電氣自動(dòng)化 新技術(shù) 控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TU74 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2014）08（b）-0104-01

我國(guó)是世界上的水泥生產(chǎn)大國(guó)，其產(chǎn)量約占世界水泥總產(chǎn)量的1/3，隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)工程的不斷發(fā)展，水泥需求量亦逐步提高。因此，提高水泥企業(yè)的電氣自動(dòng)化水平，尋求管理模式的突破已成為我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展的重要目標(biāo)和方向。

1 水泥工業(yè)電氣自動(dòng)化概況

我國(guó)水泥工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展歷程

（1）20世紀(jì)70年代前，那個(gè)時(shí)候的水泥廠都是以人工為主，只有簡(jiǎn)單的各車間相對(duì)獨(dú)立的生產(chǎn)過程控制，主要由常規(guī)的一次儀表、二次儀表及各種繼電器、保護(hù)裝置等組成[1]。（2）20世紀(jì)80年代初，我國(guó)引進(jìn)了新型干法水泥生產(chǎn)線，設(shè)立中央控制室以實(shí)現(xiàn)集中操作與監(jiān)督。同時(shí)我國(guó)自行開發(fā)設(shè)計(jì)的2000 t/d新型干法預(yù)分解水泥生產(chǎn)線，采用集中控制方式生產(chǎn)，大大提高了水泥生產(chǎn)線的自動(dòng)化水平。（3）20世紀(jì)80年代中期，我國(guó)引進(jìn)并應(yīng)用集散型控制系統(tǒng)（DCS），通過數(shù)據(jù)高速公路與基于CRT的操作站相連接，實(shí)現(xiàn)工業(yè)過程的實(shí)時(shí)控制與監(jiān)督。（4）20世紀(jì)90年代中后期，DCS系統(tǒng)的控制范圍增加至所有車間，DCS系統(tǒng)采集的信息量亦大幅度增加。（5）20世紀(jì)以來，我國(guó)水泥生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化控制及信息采集系統(tǒng)更加完善，我國(guó)水泥工業(yè)自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高。

2 我國(guó)水泥工業(yè)電氣自動(dòng)化的現(xiàn)狀

（1）規(guī)模為2000 t/d以上的新型干法水泥生產(chǎn)線，一些大型水泥企業(yè)已普遍采用先進(jìn)的DCS系統(tǒng)，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控報(bào)警、磨機(jī)配料、堆場(chǎng)管理等功能。（2）部分有實(shí)力的700～1000 t/d回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的企業(yè)，多采用了DCS或PLC控制系統(tǒng)，可以對(duì)設(shè)備運(yùn)行和工藝參數(shù)進(jìn)行全方位的測(cè)控，電氣自動(dòng)化技術(shù)水平和管理水平較高。（3）對(duì)于大多數(shù)中小型水泥企業(yè)而言，盡管已普遍應(yīng)用計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)，但仍采用模擬儀表對(duì)過程參數(shù)進(jìn)行測(cè)控，如采用磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)，采用鈣鐵分析儀對(duì)出磨生料進(jìn)行配料控制等。（4）我國(guó)小立窯廠還是有一小部分的存在，自動(dòng)化水平還是比較落后的，人員素質(zhì)不是很高，自動(dòng)化技術(shù)水平較低。

3 水泥工業(yè)電氣自動(dòng)化新技術(shù)

工業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)，可以在工業(yè)生產(chǎn)中實(shí)現(xiàn)檢測(cè)、控制和優(yōu)化。當(dāng)前，大型水泥廠電氣自動(dòng)化的設(shè)計(jì)優(yōu)化正在向控制智能化、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化和管理信息化的方向發(fā)展。信息網(wǎng)絡(luò)作為信息的核心，在現(xiàn)如今的自動(dòng)化領(lǐng)域中，信息可經(jīng)由以太網(wǎng)，從現(xiàn)場(chǎng)層到管理層實(shí)現(xiàn)自由暢通；生產(chǎn)過程中的參數(shù)、調(diào)度指令、質(zhì)量、財(cái)務(wù)、管理決策等可經(jīng)由MIS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制與經(jīng)營(yíng)活動(dòng)的有機(jī)結(jié)合；人機(jī)操作界面需便于故障的監(jiān)測(cè)；控制系統(tǒng)逐步向分散化發(fā)展；在回轉(zhuǎn)窯、單筒冷卻機(jī)、輸送設(shè)備、風(fēng)機(jī)等要求調(diào)速的環(huán)節(jié)，用交流變頻調(diào)速替代調(diào)壓調(diào)速、直流調(diào)速和滑差調(diào)速；因此，在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)、信息技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)的影響下，現(xiàn)場(chǎng)層逐步深入到測(cè)控設(shè)備核心，管理層逐步深入到企業(yè)總體資源規(guī)劃，形成控制和管理為一體的集成化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。

4 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

4.1 可編程邏輯控制器（PLC）

PLC集成控制系統(tǒng)具備較強(qiáng)的處理開關(guān)量的能力、靈活配置、結(jié)構(gòu)緊湊和價(jià)位優(yōu)勢(shì)，被公認(rèn)為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化三大支柱之一，在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。其控制系統(tǒng)多采用對(duì)等式或客戶機(jī)/服務(wù)器方式，其工作方式采用周期循環(huán)掃描，可靠性很高，但受其功能及技術(shù)的制約，控制的對(duì)象相對(duì)簡(jiǎn)單，在網(wǎng)絡(luò)和復(fù)雜控制方面功能較弱，適用于現(xiàn)場(chǎng)局部控制，目前PLC集成控制系統(tǒng)普遍應(yīng)用于中小型水泥廠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中。

4.2 集散控制系統(tǒng)（DCS）

DCS系統(tǒng)是一個(gè)由過程控制級(jí)和控制管理級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[2]，目前是控制技術(shù)中較為完善及成熟的技術(shù)，可采用集中管理、分散控制，分級(jí)管理，配置靈活，組態(tài)方便，使得生產(chǎn)過程控制的系統(tǒng)性、先進(jìn)性、可靠性達(dá)到有機(jī)統(tǒng)一，已被廣泛應(yīng)用于我國(guó)大中型水泥生產(chǎn)線，在提高自動(dòng)化和管理水平的同時(shí)，降低能耗，改進(jìn)產(chǎn)品質(zhì)量，提高生產(chǎn)率。但隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，DCS仍需要進(jìn)一步加強(qiáng)，首先是系統(tǒng)開放性問題，DCS通常由一個(gè)供應(yīng)商提供整個(gè)系統(tǒng)的全部部件，難以實(shí)現(xiàn)同其他廠商的系統(tǒng)或儀表互連。其次是與現(xiàn)場(chǎng)儀表的通訊問題，目前多數(shù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量?jī)x表、執(zhí)行器與DCS的連接均采用一對(duì)一的4～20 mA模擬量信號(hào)通訊，這樣就導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)布線繁瑣，可靠性能差。

4.3 現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）

利用現(xiàn)場(chǎng)總線將現(xiàn)場(chǎng)各個(gè)控制器和儀表及儀表設(shè)備互聯(lián)，構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)，降低了安裝成本和維修費(fèi)用，因此，F(xiàn)CS標(biāo)志著工業(yè)控制技術(shù)領(lǐng)域新時(shí)代的到來，其特點(diǎn)主要有：（1）全數(shù)字化：FCS可使得局域網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)密切連接，同時(shí)，數(shù)字化信號(hào)固有的高精度、抗干擾特點(diǎn)亦能提高控制系統(tǒng)的可靠性。（2）全分布式：在FCS中各現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有很強(qiáng)的自主性，并且可以同時(shí)相互通信，將各種控制功能分散至各種設(shè)備中，實(shí)現(xiàn)全分布式控制。（3）雙向傳輸：現(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備在一條線上可以向上和向下傳遞傳感器信號(hào)，實(shí)現(xiàn)雙向傳輸。（4）自診斷功能：現(xiàn)場(chǎng)總線儀表本身具有自診斷功能，且此診斷信息可傳輸至中央控制室，便于維護(hù)[3]。（5）節(jié)省布線費(fèi)用：多臺(tái)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備可串連在一條總線上，節(jié)約布線費(fèi)用。（6）多功能儀表：可在一個(gè)儀表中集檢測(cè)、運(yùn)算與控制為一體的多功能多變量變速器。（7）互操作性：FCS可實(shí)現(xiàn)不同廠家的產(chǎn)品互操作，促進(jìn)了有效競(jìng)爭(zhēng)，降低了控制系統(tǒng)的成本。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，大型水泥廠電氣自動(dòng)化正向著控制智能化、管理信息化和系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，我們需要時(shí)刻關(guān)注著國(guó)內(nèi)外電氣自動(dòng)化先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展動(dòng)向，并結(jié)合自身企業(yè)實(shí)際情況，以經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)先進(jìn)為前提，不斷創(chuàng)新，以促進(jìn)我國(guó)水泥工業(yè)水平的進(jìn)一步提高。

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