電氣自動化控制技術(shù)在水泥企業(yè)的應(yīng)用情況

張前

【摘要】：時代的不斷進(jìn)步，科學(xué)技術(shù)水平的逐漸提升，使得自動化技術(shù)在各個行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。它的出現(xiàn)，極大地改變了工業(yè)生產(chǎn)的效率，降低了企業(yè)的生產(chǎn)成本，為企業(yè)帶來更為豐厚的利益。建材行業(yè)對于我國的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實意義，尤其是水泥工業(yè)對于占有我國經(jīng)濟(jì)很大比重的建筑業(yè)，更加具有不可替代的位置。

【關(guān)鍵詞】：科技水平；建材行業(yè)；水泥廠；電氣自動化

我國人口密集，地域廣闊，隨著生活水平的不斷提高，對鐵路、公路、住房等基本建設(shè)的投資越來也多，對水泥等建材的需求量也在不斷提高。我國是水泥生產(chǎn)大國，根據(jù)國家統(tǒng)計局發(fā)布的數(shù)據(jù)，2014年1-12月份全國規(guī)模以上水泥產(chǎn)量247619萬噸，約占世界水泥總產(chǎn)量的60%。經(jīng)濟(jì)的騰飛，居民個人收入的增加，為我國的建筑業(yè)發(fā)展提供了肥沃土壤。而建筑業(yè)的興盛，促使建材行業(yè)相應(yīng)地得到急速回升，人們對于水泥的需求也在節(jié)節(jié)攀升。正因如此，企業(yè)如何提高水泥生產(chǎn)電氣自動化水平？如何降低生產(chǎn)成本，使得企業(yè)在競爭中充滿優(yōu)勢？成為我國水泥企業(yè)進(jìn)一步發(fā)展的重大研究課題。

一、概論

（一）何謂電氣自動化技術(shù)？

所謂電氣自動化控制技術(shù)是指利用計算機(jī)和電子技術(shù)來實現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)的電氣自動化控制。

（二）工作原理

通過控制系統(tǒng)的有效集成，實現(xiàn)對水泥生產(chǎn)過程的自動控制。只要將電氣技術(shù)與計算機(jī)、微機(jī)技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合即可。

（三） 意義所在

建筑業(yè)的發(fā)展，離不開建筑材料的配合，無論是鋼材還是水泥，都在建筑業(yè)的發(fā)展過程充當(dāng)中堅實的后盾。隨著企業(yè)競爭的加劇，產(chǎn)品利潤逐步下降，而用戶對產(chǎn)品質(zhì)量的要求卻逐步提高。因此，如何在水泥的生產(chǎn)技術(shù)上做文章，既要提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，又要提高產(chǎn)品質(zhì)量，增強(qiáng)企業(yè)競爭力，成為擺在各個水泥生產(chǎn)企業(yè)面前的重要課題。在水泥生產(chǎn)工藝及生產(chǎn)設(shè)備上加大創(chuàng)新研發(fā)力度，同時大力提高水泥生產(chǎn)企業(yè)電氣自動化水平，是破解這一問題的解決之道。

二、水泥生產(chǎn)電氣自動化控制技術(shù)的主要特點

（一）工作效率較高

水泥電氣自動化控制技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用直接關(guān)系到經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，相對于人工操作，它的優(yōu)勢十分明顯。譬如，一些依靠人工操作難以完成的工作，通過電氣自動化控制技術(shù)可以輕易實現(xiàn)。再比如在水泥的生產(chǎn)過程中，有時所面臨的環(huán)境十分糟糕，倘若堅持在這樣的環(huán)境下開展工作，那么相關(guān)的工作人員的人身健康將無法得到保障，甚至?xí)?dǎo)致疾病。而這種情況對于電氣自動化技術(shù)而言，卻根本算不上什么問題。不僅如此，它還可以有效地提高水泥的產(chǎn)量，減少人為因素導(dǎo)致的不必要損失。如此一來，企業(yè)的生產(chǎn)成本將大幅降低，而利潤卻顯著增長。

（二）運行速度快，準(zhǔn)確度高

和熱機(jī)設(shè)備比較起來，在信息量、對象、操作頻率等方面，自動化控制技術(shù)都稍有遜色。然而無論是運行速度，還是準(zhǔn)確度，熱機(jī)設(shè)備相對于自動化控制技術(shù)而言都遠(yuǎn)為不及?？煽?，反應(yīng)快，抗干擾這些都是水泥生產(chǎn)自動化設(shè)備的要求，而這些特點恰好是電氣化控制技術(shù)的優(yōu)勢所在，因為水泥生產(chǎn)電氣自動化控制的基本需求都可以通過其所包含的各類連鎖保護(hù)設(shè)備而得以滿足。

（三）發(fā)展速度快，更新速度迅速

電氣自動化控制技術(shù)所使用系統(tǒng)會基于相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理在其運行的過程對水泥生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行操作，并且可以使得所傳達(dá)指令均能到達(dá)各個設(shè)備。這項技術(shù)的不斷前行和發(fā)展，也帶動了水泥生產(chǎn)設(shè)備的操作精準(zhǔn)度，進(jìn)而降低了出錯率，比人為操作有可能帶來的失誤低了很多。今后該項技術(shù)還會被不斷創(chuàng)新研究，新的研究成果也會被應(yīng)用到實際生產(chǎn)當(dāng)中去。屆時，水泥的生產(chǎn)將更為高效。

三、電氣工程自動化的幾個種類

（一）統(tǒng)一監(jiān)控模式

此種模式既便于操作和維修，同時也無需對控制站過度保護(hù)，在系統(tǒng)設(shè)計上較為輕易。但是其弊端是多種功能過于集中于同一個處理器中，致使系統(tǒng)的負(fù)荷過重，任務(wù)難以完成，同時也對體統(tǒng)的處理器速度構(gòu)成一定影響。因為要對所有的電氣設(shè)備進(jìn)行監(jiān)督和控制，那么主機(jī)反應(yīng)就不那么靈活，這就需要更多的電纜而更多電纜的采用，不但導(dǎo)致投資成本增加，同時長距離電纜也會對系統(tǒng)的穩(wěn)定性和精確性造成干擾

（二）現(xiàn)場總線控制模式

類似于以太網(wǎng)，現(xiàn)場總線控制模式已在變電站綜合自動化體系中得到廣泛應(yīng)用，并且積累了寶貴的經(jīng)驗。近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化電氣裝備也應(yīng)運而生且應(yīng)用廣闊。這些技術(shù)和裝備的創(chuàng)新與研發(fā)，奠定了網(wǎng)絡(luò)控制體系在發(fā)電廠電氣系統(tǒng)中的應(yīng)用基礎(chǔ)。此種模式下，系統(tǒng)的設(shè)計便有的放矢，異樣的間隔，異樣的功能，因此就可以根據(jù)間隔的不同情況來設(shè)計。此類控制方式，既有遠(yuǎn)程控制的所有亮點，同時還能減少許多如接線盒這樣的的隔離設(shè)備。監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)由通訊線路連接，省去了大量的投資，節(jié)省下很多的控制電纜，并且安裝維護(hù)的費用也由此減少，那么相應(yīng)的成本預(yù)算，自然也就大幅減少了。

（三）遠(yuǎn)程監(jiān)控模式

采用遠(yuǎn)程監(jiān)控模式的話，安裝成本及原材料，如電纜等可以被大量地節(jié)約出來，同時它還有安全可靠，配置靈活等優(yōu)點。然而一個擺在眼前的事實是各種現(xiàn)場總線通信線的速度十分緩慢，導(dǎo)致水泥廠電氣部分相關(guān)的通信量顯著增加?？梢?，遠(yuǎn)程監(jiān)控模式固然有其優(yōu)勢所在，但其實并不適合工廠電氣自動化的改造。它的最佳使用模式是監(jiān)測小系統(tǒng)。

四、水泥行業(yè)電氣自動化發(fā)展趨勢

（一）PC機(jī)技術(shù)的應(yīng)用

PC機(jī)技術(shù)在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)展迅猛，其角色已不單純是早先的人機(jī)界面，而是從半機(jī)半人過渡到了自動化。PC總線的開放性，促使許許多多的硬件、模件的產(chǎn)生。板級產(chǎn)品幾乎可以通過采集和控制數(shù)據(jù)來滿足所有用戶的要求。PC總線的產(chǎn)品因為供貨方式的不同，所以性價比很高，高于專用PLC或DCS產(chǎn)品。PC的軟件生產(chǎn)逐漸趨于標(biāo)準(zhǔn)化，其包含了更為開放的軟件結(jié)構(gòu)，許多性能良好、受眾眾多的軟件產(chǎn)品隨之涌現(xiàn)。那些在軟件市場上大出風(fēng)頭，廣受歡迎的軟件，其中有不少都是基于PC控制的。正因為其連接的開放性而使得PC機(jī)受到人們的一致歡迎和肯定。

（二）統(tǒng)一化程度不斷提高

水泥行業(yè)電氣自動化控制技術(shù)系統(tǒng)的不斷研發(fā)和創(chuàng)新，使得人們可以將開發(fā)系統(tǒng)從整體運行技術(shù)系統(tǒng)中合理地分化出來，這同時也是一項可以增大統(tǒng)一程度的重要舉措。它的研發(fā)，能使數(shù)據(jù)共通，無論數(shù)據(jù)來自哪里，是來自水泥生產(chǎn)設(shè)備，還是源自企業(yè)工程，又或者源于監(jiān)管機(jī)制，均可達(dá)到共通。水泥生產(chǎn)設(shè)備得益于水泥電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用，后者在前者的的產(chǎn)品設(shè)計、維護(hù)保養(yǎng)上貢獻(xiàn)良多。水泥電氣自動化控制技術(shù)的應(yīng)用之于水泥企業(yè)，極大地提高了勞動生產(chǎn)率，使得企業(yè)的生產(chǎn)成本減少很多。因此，我們可以說在將來水泥電氣自動化控制技術(shù)將成為水泥企業(yè)必備的一套系統(tǒng)。

（三）集散控制系統(tǒng)（DCS）

DCS系統(tǒng)（Distributed Control System）又稱集散控制系統(tǒng)，問世于1975年，它是以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級計算機(jī)系統(tǒng)，它由過程控制級和控制管理級兩部分組成。DCS系統(tǒng)問世初期，生產(chǎn)廠家主要集中在美、日、德等國。我國從70年代中后期起，首先由在進(jìn)口裝備成套中引進(jìn)國外的DCS，首批有化纖、乙烯、化肥等進(jìn)口項目。那時，我國主要行業(yè)（如電力、石化、建材和冶金等）的DCS基本全數(shù)進(jìn)口。80年代早期在引進(jìn)、消化和吸收的同時，開始了研制國產(chǎn)化DCS的技術(shù)攻關(guān)。

近些年以來，我國DCS系統(tǒng)研發(fā)和生產(chǎn)成長很快，突起了一批優(yōu)秀企業(yè)，如北京和利時公司、上海新華公司、浙大中控公司等。這批企業(yè)研制生產(chǎn)的DCS系統(tǒng)，不僅品種數(shù)目大幅度增加，而且其技術(shù)水平已到達(dá)或接近國際先進(jìn)水平。在建材行業(yè)的得到了越來越廣泛的應(yīng)用。目前，國外DCS系統(tǒng)在我國一統(tǒng)全國的局面已經(jīng)改變，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)不僅占據(jù)了市場份額的半壁江山，形成了自己的技術(shù)，同時使得國外引進(jìn)的DCS系統(tǒng)價格也大幅度下降，為我國自動化推行事業(yè)做出了進(jìn)獻(xiàn)。與此同時，國產(chǎn)DCS系統(tǒng)的出口也在逐年增加。

五、電氣自動化設(shè)計創(chuàng)新

（一）總降壓變電站采用綜合自動化系統(tǒng)

電站綜合自動化系統(tǒng)已經(jīng)在很多的大中型水泥生產(chǎn)線上被廣泛采用，全部的高壓系統(tǒng)的操作與計量幾乎都是通過計算機(jī)來完成的?？梢哉f，計算機(jī)控制系統(tǒng)已然擴(kuò)展到了高壓領(lǐng)域。

在變電站采用綜合自動化系統(tǒng)有如下幾種好處：

1.既滿足了電力部門的通訊要求，又能一體多用。不單是保護(hù)，而且能對企業(yè)的所有高中壓電力設(shè)備進(jìn)行檢測和控制，還可以實現(xiàn)對電站各回路電量的實時顯示。

2.工況的情況可以實時顯示，包括主接線圖和潮流圖都可以一目了然。

3.可以對各保護(hù)裝置實行動態(tài)保護(hù)，還可以在線對保護(hù)裝置進(jìn)行投、退處理。

4.保護(hù)和控制生產(chǎn)線高壓系統(tǒng)?？赏ㄟ^在中央控制室操作集散控制系統(tǒng)計算機(jī)來實現(xiàn)電動機(jī)回路的分、合閘。

（二）計算機(jī)控制系統(tǒng)的更新

工業(yè)領(lǐng)域控制系統(tǒng)隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展而不斷升級和更替，傳統(tǒng)的系統(tǒng)控制方式逐漸為頻繁涌現(xiàn)的新技術(shù)和新產(chǎn)品所取代。具有獨特特征的水泥生產(chǎn)行業(yè)占有主導(dǎo)地位，尤其在開關(guān)量邏輯控制方面表現(xiàn)顯著。在處理模擬量上，以簡單的顯示和給定為主；回路操作控制通過單回路來調(diào)節(jié)，非常便捷。因為不具有如上的幾個特點，過去的DCS系統(tǒng)漸漸退出主流舞臺。如，ABB的MASTER系統(tǒng)、橫河的CEN-TUM-CS等。這些系統(tǒng)本身沒什么特別的優(yōu)勢，更無法與操作簡單而實用的PLC相比。而且在價格上又非常之昂貴，難以被大力推行于水泥業(yè)中。以Modicon為代表的一些公司在生產(chǎn)PLC產(chǎn)品之初即以其為主導(dǎo)，并將之在各個領(lǐng)域中充分予以展示。就水泥領(lǐng)域而言，PLC在對開關(guān)量的處理上，無論是處理能力，抑或處理速度都非常令人滿意。同時它的結(jié)構(gòu)靈活多變，非常便于系統(tǒng)的不斷完善和升級。同時在價格上也實惠很多，這也是其能迅速攻占大部分市場的根本原因之一。有些傳統(tǒng)DCS廠商作為回應(yīng)，也生產(chǎn)出了相應(yīng)的PLC產(chǎn)品，并將之應(yīng)用于水泥行業(yè)當(dāng)中，也算是戰(zhàn)績斐然。目前，包括一些新興的水泥廠，以及一些大中型的水泥企業(yè)都已引入了這些系統(tǒng)。經(jīng)過多年的發(fā)展，控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上早已趨于成熟，其采用的最多的控制方式為對等式或服務(wù)器方式。

六、結(jié)語

建材行業(yè)對于我國的社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有極其重要的現(xiàn)實意義，尤其是水泥工業(yè)對于占有我國經(jīng)濟(jì)很大比重的建筑業(yè)，更加具有不可替代的位置。所以，針對水泥生產(chǎn)技術(shù)及設(shè)備的創(chuàng)新研究就顯得格外重要。唯有大幅提升水泥電氣自動化的水平，才能真正促進(jìn)水泥工業(yè)的快速發(fā)展，為我國的國民經(jīng)濟(jì)做出應(yīng)有貢獻(xiàn)。同時，企業(yè)在生產(chǎn)水泥時，應(yīng)當(dāng)基于企業(yè)自身的實際情況來合理利用電氣自動化技術(shù)，同時積累經(jīng)驗，并且要積極引入國外的先進(jìn)電氣自動化技術(shù)，學(xué)習(xí)它的優(yōu)良之處，再依據(jù)實踐來完成創(chuàng)新，使之更加符合我國的水泥生產(chǎn)要求。惟有如此，水泥工業(yè)電氣自動化技術(shù)的價值才得以完全體現(xiàn)，也才能更好地服務(wù)于生產(chǎn)當(dāng)中去。相關(guān)企業(yè)有了電氣自動化技術(shù)的支持，將會得到更大，更遠(yuǎn)的發(fā)展！

參考文獻(xiàn)：

[1]周小弟，何厚鏵.水泥工業(yè)電氣自動化設(shè)計主要問題研究[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013

[2]牛莉，王丹丹.我國水泥廠電氣設(shè)計的若干問題研究[J].黑龍江科技信息，2013

[3]牛曉峰，趙華虎.水泥工業(yè)電氣自動化的創(chuàng)新及發(fā)展[J].中國水泥，2014