關(guān)于提高加氣混凝土制品生產(chǎn)行業(yè)自動控制水平的探索

江明錦

（廣州發(fā)展環(huán)保建材有限公司）

1 引言

我國火電行業(yè)裝機容量大，燃煤產(chǎn)生大量的工業(yè)固廢——粉煤灰，粉煤灰的資源綜合利用是各地均面臨的突出問題，加氣混凝土行業(yè)是對火電固廢粉煤灰能很好地進行綜合利用的領(lǐng)域。中國加氣混凝土行業(yè)近十年發(fā)展迅速，但生產(chǎn)企業(yè)普遍存在裝備水平落后、自動化控制水平不高等問題，工人勞動強度大，容易造成操作失誤，且管理手段落后，“臟、亂、差”現(xiàn)象隨處可見，操作人員經(jīng)常置身于噪音、灰塵、異味環(huán)境當中。隨著國家節(jié)能減排、產(chǎn)業(yè)升級的需要，勞動人口紅利的下降及生產(chǎn)工人工資的不斷上升，如何解放工人，減少現(xiàn)場操作人員的使用，降低生產(chǎn)成本，成為我們必須考慮的發(fā)展問題。因此，如何提高加氣混凝土制品生產(chǎn)行業(yè)的自動化控制水平和生產(chǎn)管理水平，已成為行業(yè)健康發(fā)展的必然選擇。為此，我們對如何提高生產(chǎn)線自動控制管理水平進行了系統(tǒng)的分析、研究和探索，并在工程建設(shè)中進行實踐。以下就提高生產(chǎn)線自動控制水平的探索情況進行簡單介紹。

2 加氣行業(yè)的裝備水平及與之相關(guān)問題

⑴近幾年，國內(nèi)加氣混凝土生產(chǎn)設(shè)備制造水平較之過去有了較大的提高，新建的企業(yè)都紛紛提高了生產(chǎn)線的裝備水平，但總體而言，生產(chǎn)線自動控制水平仍處于初級階段，基本都是各工藝設(shè)備獨自實現(xiàn)PLC 控制，沒有整條生產(chǎn)線統(tǒng)一考慮，不能實行整條生產(chǎn)線的安全聯(lián)鎖及自動控制。

⑵由于加氣混凝土行業(yè)裝備水平差，必然要投入較多的人力資源才能維持生產(chǎn)線的正常運轉(zhuǎn)。隨著國內(nèi)工人工資水平的不斷提高，不斷增加的人工成本已成為企業(yè)可否持續(xù)發(fā)展的問題。

⑶在管理手段上，現(xiàn)在加氣行業(yè)內(nèi)大部分的企業(yè)仍是停留在主要崗位（如配料澆注）作手工記錄的管理階段，對生產(chǎn)線上眾多設(shè)備、眾多工藝控制點均沒有系統(tǒng)地進行記錄、統(tǒng)計、整理，因此，沒法進行及時、有效的管理，有異常情況不能及時反映，存在問題也不能得到有效解決。

3 如何解決加氣混凝土行業(yè)的上述問題

人口紅利已然不斷地減少，靠人力大量投入已不可持續(xù)了。只有走“精兵簡政”、系統(tǒng)管理之路。提高生產(chǎn)線的自動控制水平，減少人工干預(yù)，是總體解決上述所列問題的研究方向。

下面重點探討如何提高生產(chǎn)線自動控制水平的問題。

關(guān)鍵是提高專用設(shè)備的制造質(zhì)量和裝備水平，合理配置工藝設(shè)備、設(shè)施以及工藝流程，提供更加充裕的工藝調(diào)整空間，從而提高加氣混凝土產(chǎn)品的制造質(zhì)量。在此基礎(chǔ)上，從項目建設(shè)規(guī)劃、組織實施時，就要從生產(chǎn)線各個環(huán)節(jié)入手，想方設(shè)法地提高其自動控制水平。

3.1 控制系統(tǒng)的選擇

針對第2 點所列的主要問題，根據(jù)我們在珠江電廠和以前加氣混凝土生產(chǎn)應(yīng)用的經(jīng)驗，我們對如何提高新生產(chǎn)線的自動化水平進行了認真的研究、分析。實現(xiàn)自動控制必然首先涉及到選擇哪種控制系統(tǒng)的問題。

我們對PLC、DCS 兩種型式的控制系統(tǒng)、設(shè)備情況進行了認真的調(diào)研。綜合比較而言，PLC 系統(tǒng)對相對簡單的設(shè)備、生產(chǎn)線有較好的應(yīng)用效果，但存在自動控制程度不一且較低的問題，一般只是個別設(shè)備自身的自動/半自動，能實現(xiàn)兩三臺設(shè)備聯(lián)動的已是屬于其中的先進水平，管理功能難以拓展或拓展成本高昂。

DCS 分散控制系統(tǒng)除可實現(xiàn)一般控制系統(tǒng)的自動控制、聯(lián)鎖保護外，由于它有強大的管理功能和開放性擴展接口，開發(fā)、拓展都很便利，因此在工業(yè)控制系統(tǒng)中具有很好的適應(yīng)性，讓管理者能實時監(jiān)控、掌握企業(yè)生產(chǎn)情況，有效地提高管理效率。這也是DCS 系統(tǒng)能在發(fā)電行業(yè)、石化生產(chǎn)企業(yè)等高安全要求、大容量要求的控制環(huán)境中得到廣泛應(yīng)用的因素。但我認為不能直接將電力行業(yè)的DCS 系統(tǒng)直接套用到蒸壓加氣混凝土行業(yè)，因為加氣行業(yè)設(shè)備、系統(tǒng)與火電行業(yè)還是有很多區(qū)別，比如移動設(shè)備眾多，系統(tǒng)介質(zhì)對系統(tǒng)磨損、腐蝕嚴重，容易產(chǎn)生板結(jié)、堵塞等問題。國內(nèi)至今還沒有一家企業(yè)在蒸壓加氣混凝土行業(yè)實現(xiàn)DCS 系統(tǒng)全線自動控制。

經(jīng)過反復(fù)研究論證后，我們決定在新生產(chǎn)線采用DCS 分散控制系統(tǒng)進行全線控制，從原材料入口開始到成品出口，從蒸汽、供水入口到排汽、排水，以及排放治理等均實現(xiàn)全自動控制。這在同行業(yè)并沒有先例，也沒有可借鑒的經(jīng)驗，這里有一定的風險，但我們?yōu)榱颂岣咝律a(chǎn)線自動控制水平，進行先行先試。

我們選擇DCS 分散控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1 所示。

為實現(xiàn)對新建30 萬m3/年加氣混凝土砌塊生產(chǎn)線各個工段的設(shè)備進行自動監(jiān)測、控制，我們在加氣混凝土生產(chǎn)過程自動控制管理系統(tǒng)方案制定過程中，就對DCS 系統(tǒng)和外圍配套設(shè)備、設(shè)施及工藝流程進行反復(fù)研究，選擇性能優(yōu)異、穩(wěn)定可靠的系統(tǒng)和設(shè)備來組建自動控制管理系統(tǒng)。其中，對DCS 系統(tǒng)的自動化功能、可靠性方面提出了很高的要求，也提出可行的保障措施，比如移動設(shè)備的三套通訊保障手段、移動設(shè)備冗余控制器的配備、冗余I/O 模塊的配置、卡件類型的選擇等，還有變頻器、智能儀表、外掛控制器等的通訊保障手段，以及網(wǎng)絡(luò)、室外控制柜的選擇等等，都以高標準來要求，使整條生產(chǎn)線能實現(xiàn)自動監(jiān)測、控制、保護、報警等功能。同時，利用DCS 系統(tǒng)強大的管理功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)記錄和統(tǒng)計、班/日/月報表打印、報警記錄等管理功能。

3.2 控制系統(tǒng)配套的外圍設(shè)備的選擇

我認為控制系統(tǒng)的性能好壞，除了DCS 本身的性能之外，與很多外圍設(shè)備的性能及其安裝調(diào)試有很大的關(guān)系。

3.2.1 檢測設(shè)備

生產(chǎn)線控制中的檢測設(shè)備種類很多，加氣生產(chǎn)行業(yè)根據(jù)檢測對象的不同可分為壓力檢測、差壓檢測、溫度檢測、料位檢測、重量檢測、流量檢測、轉(zhuǎn)速檢測、位置檢測、電流檢測、電壓檢測、頻率檢測、功率檢測等等；原理及反應(yīng)方式，可分為模擬式、數(shù)字式。生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的各種設(shè)備性能也有參差，導(dǎo)致檢測效果不同。同時，檢測設(shè)備的安裝質(zhì)量的好壞，也對檢測設(shè)備的應(yīng)用效果產(chǎn)生很大影響，比如在生產(chǎn)線上檢測設(shè)備位置的位置檢測開關(guān)，開關(guān)與主設(shè)備安裝得過近，容易被設(shè)備撞壞，安裝得過遠，又檢測不了，同時主設(shè)備制造、安裝質(zhì)量不一，開關(guān)按一臺設(shè)備安裝好，又與其他設(shè)備不匹配。

圖1

為了應(yīng)對此類問題，我們在專用主設(shè)備訂貨時，就根據(jù)工藝要求、控制要求及介質(zhì)對象的特點對設(shè)備的制造質(zhì)量提出很高的要求，包括外觀尺寸、變形量、耐久性等，在國標要求的基礎(chǔ)上提出更嚴格的指標；對由主設(shè)備廠家配套供應(yīng)的檢測設(shè)備也根據(jù)我們的調(diào)研、考察和分析情況制訂了具體的要求，嚴格品牌、質(zhì)量、檢測性能等要求，務(wù)求使其供貨設(shè)備能準確反映設(shè)備運行狀態(tài)。我們對非工藝主設(shè)備配套的檢測設(shè)備，也反復(fù)比較，選擇品牌過硬、質(zhì)量可靠、信譽良好、服務(wù)保證的產(chǎn)品進行購買。

為了實現(xiàn)檢測設(shè)備的檢測信號可靠地傳輸給DCS系統(tǒng)，我們對信號傳輸方式也費盡思量，反復(fù)研究比較，針對不同設(shè)備的特點和控制重要性的不同，再考慮經(jīng)濟性與可行性，選擇不同的信號傳輸方式。比如，對一般電機我們以電機保護器進行智能化的保護，通過DCS 系統(tǒng)監(jiān)測、收集、記錄其電流、電壓、報警等數(shù)據(jù)、信號，類似設(shè)備眾多，以上參數(shù)通訊均通過一條專用通信電纜將其送入DCS 系統(tǒng)，減少大量的電纜購置及工程費用。

3.2.2 執(zhí)行機構(gòu)

我們深知，有一套好的控制系統(tǒng)，如沒有質(zhì)量可靠的執(zhí)行機構(gòu)配合，那就像一個人空有一個愛因斯坦的腦袋，而手、腳、喉等方面卻有問題，就不能很好地發(fā)揮其應(yīng)用的功能。因此，手腳問題一定要解決好，才能動作麻利，反應(yīng)迅速，操作準確、可靠。

加氣混凝土生產(chǎn)行業(yè)有流通介質(zhì)為強腐蝕、強磨損的料漿，具有易沉積、高結(jié)垢的特點，對設(shè)備、設(shè)施產(chǎn)生嚴重磨損和腐蝕，也容易造成設(shè)備卡滯、損壞；還有移動設(shè)備、設(shè)施眾多，移動設(shè)備及物料搬運設(shè)施制造尺寸存在精度控制不良的問題普遍存在，設(shè)備出現(xiàn)控制失效的情況時有發(fā)生。

生產(chǎn)企業(yè)用到的自動執(zhí)行機構(gòu)一般有氣動門、電動門、電磁閥、變頻器、電-液調(diào)節(jié)閥、電動調(diào)節(jié)閥、小型電機等等。我們在執(zhí)行機構(gòu)的選擇上吸取原生產(chǎn)線、脫硫制漿系統(tǒng)的經(jīng)驗教訓(xùn)，堅持從實際使用環(huán)境出發(fā)，堅持選擇經(jīng)過實踐證明質(zhì)量可靠、保護完善的智能化執(zhí)行機構(gòu)，對控制元件的選擇也是反復(fù)研究、比較，選擇可靠、成熟、制造質(zhì)量好的廠家產(chǎn)品。同時，密切跟蹤控制領(lǐng)域的新技術(shù)，從控制質(zhì)量、可靠性、便利性、經(jīng)濟性等方面進行比較，選擇不同的控制設(shè)備及其控制方案。

比如，我們對電機變頻器，除使用變頻器進行電機變頻拖動外，我們使用Profibus-DP 總線將30 多臺的變頻器進行聯(lián)接，在很少的安裝成本基礎(chǔ)上實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)的實時傳輸，從而最大限度發(fā)揮變頻器的控制、報警、保護、監(jiān)測等功能，通過DCS 系統(tǒng)實現(xiàn)智能化控制。

3.2.3 通訊網(wǎng)絡(luò)的考慮

通訊系統(tǒng)的選擇非常重要，它是控制體系上傳下達、正常運行的必要途徑。我們根據(jù)生產(chǎn)系統(tǒng)的特點、設(shè)備的重要程度不同，兼顧安全性、技術(shù)難易程度、經(jīng)濟性等因素，在不同的系統(tǒng)、設(shè)備之間使用不同的網(wǎng)絡(luò)。比如，對移動設(shè)備，為了保證安全可靠，我們采用了三套通訊系統(tǒng)，每個系統(tǒng)均實現(xiàn)無擾切換，保證設(shè)備之間聯(lián)鎖保護信號的可靠和控制指令的可靠下達、設(shè)備運行狀態(tài)信息的有效傳輸收集。

3.3 實踐效果

經(jīng)過我們的努力，廣州發(fā)展新生產(chǎn)線已基本達到原預(yù)計的自動控制功能；按上述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示，除向Internet 網(wǎng)絡(luò)發(fā)布信息的功能組件除因考慮工業(yè)控制系統(tǒng)的安全管理沒實施外，其它功能及分系統(tǒng)均已實現(xiàn)，外掛、擴展功能實現(xiàn)良好；生產(chǎn)線的操作人員從原來約20 人/班減少到現(xiàn)在的7 人/班，操作人員的勞動強度降低，工作環(huán)境得到改善；實現(xiàn)集中進行生產(chǎn)系統(tǒng)和工藝設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)控、人工干預(yù)，同時可在線修改程序、調(diào)整參數(shù)、事件報警及自動收集、統(tǒng)計數(shù)據(jù)實現(xiàn)報表打印等強大的管理功能。產(chǎn)品質(zhì)量也較原生產(chǎn)線大幅提高。

4 不足及建議

在廣州發(fā)展新生產(chǎn)線建設(shè)、試生產(chǎn)過程中，我們也遇到很多新問題，經(jīng)過大家努力，很多也已經(jīng)成功解決，基本實現(xiàn)了預(yù)期目標，但也有部分加氣混凝土行業(yè)的頑疾仍然影響著控制體系的安全可靠性運行，比如蒸養(yǎng)小車和底板，由于數(shù)量眾多，制造精度把握不好，尺寸參差不齊，移動、搬運路徑長，使用環(huán)境變化又大，運動過程中容易對檢測開關(guān)造成損壞，產(chǎn)生自動控制失靈、保護失效的情況。

建議專用設(shè)備生產(chǎn)廠家加強設(shè)備制造質(zhì)量的控制，設(shè)計、制造均需適應(yīng)新時期的要求，保證產(chǎn)品質(zhì)量，為整體提高加氣混凝土生產(chǎn)行業(yè)自動控制水平提供一個好的平臺。安裝、調(diào)試單位也要提高工程建設(shè)質(zhì)量，共同提高加氣行業(yè)的整體建設(shè)質(zhì)量。

5 結(jié)論

經(jīng)過我們的實踐，可以看到加氣混凝土生產(chǎn)行業(yè)自動化水平落后的現(xiàn)象是可以改變的；為此增加的投入可帶來人工成本的降低和安全生產(chǎn)、產(chǎn)品質(zhì)量提高、提升工人滿意度，同時可大幅提高企業(yè)的形象，實現(xiàn)高效、現(xiàn)代化的管理。因此，可在全國范圍內(nèi)推廣，提升加氣生產(chǎn)企業(yè)自動化控制水平。