分析自動化在中國水泥工業(yè)的商機

    水泥廠幾種計算機控制系統(tǒng)的組合方式

    90年代以來，我國新投產(chǎn)的大中型水泥廠幾乎全部采用了計算機控制系統(tǒng)作為控制、監(jiān)視與管理，這股勢頭不僅在新型干法水泥廠，甚至在立窯群廠、濕法廠、粉磨站也開始被采用。計算機控制系統(tǒng)的可靠性和強有力的控制功能已不再被人們所懷疑，相反希望更充分地發(fā)揮計算機控制系統(tǒng)的強大威力，提出將一些子控制系統(tǒng)綜合在主控制系統(tǒng)中的要求。綜合我國各類水泥工廠選用的計算機控制系統(tǒng)，大致有以下幾種組合方式：

    一、PLC＋數(shù)采＋多回路調(diào)節(jié)器

    以90年代初投產(chǎn)的新疆水泥廠、吉林雙陽水泥廠為代表，在縱向分三級，即過程控制級、中央監(jiān)控級和通訊網(wǎng)絡(luò)組成；在橫向按工藝的特點分為幾個區(qū)，每個區(qū)又按功能分為過程采集、順序控制、過程控制三部分。順序控制采用4臺PLC984，共采集輸入／輸出開關(guān)量近2000點，每個區(qū)用一臺PLC984，它與一組遠程站相連；過程控制采用了5臺P-200八回路調(diào)節(jié)器；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由6臺數(shù)據(jù)采集器IAA組成。I－AA系統(tǒng)也由主站和遠程站組成，通過鏈式連接把它們組成一體。這種系統(tǒng)的拓撲結(jié)構(gòu)是星形結(jié)構(gòu)，且控制級的通訊結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜，因此故障較多，同時硬件功能也過于分散，不利于操作和維護，目前這些廠對系統(tǒng)已做了改造。

    二、PLC＋工業(yè)微機

    以PLC為主體，利用PLC公司提供的總線通信方式，配置工控機。工業(yè)微機的可靠性強，性能價格比優(yōu)越，在工業(yè)領(lǐng)域中有許多為PLC機開發(fā)的控制應(yīng)用軟件，如Factorylink、FIX、Intouch等，這些軟件都能提供實時、多任務(wù)的功能。此外，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展對PLC機在水泥工業(yè)的應(yīng)用起到了推波助瀾的作用。隨著PLC的掃描速度加快，網(wǎng)絡(luò)功能的增強，數(shù)據(jù)處理、函數(shù)運算、高級運算功能塊和PID調(diào)節(jié)等功能的擴展，價格不斷下降，目前這種配置在水泥行業(yè)用得非常普遍。

    三、DCS系統(tǒng)

    90年代初期是DCS系統(tǒng)的輝煌時期，各家儀表公司紛紛推出各自的DCS系統(tǒng)，90年代投產(chǎn)的2000萬噸規(guī)模以上的水泥廠有許多選用了DCS系統(tǒng)，如邯鄲水泥廠、啟新水泥廠等采用了Bailey公司的INFI-90系統(tǒng)；北京水泥廠、葛洲壩水泥廠、冀東水泥廠、白馬山水泥廠等選用了ABB公司的Master系統(tǒng)和AdvantOCS系統(tǒng)；鶴壁水泥廠、寧國水泥廠等選用了Honeywell的TDC3000和TSP系統(tǒng)；天津振興水泥廠采用的日本Yokogawa的Cen－tum-CS系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在儀電集成化、硬件配置的合理性、控制功能的多樣化、方便的人機對話、較強的通訊能力等方面比以前的系統(tǒng)有了進一步提高，但價格還較高，有的系統(tǒng)在線修改程序還比較困難，近年來設(shè)計或投產(chǎn)的水泥廠已很少使用這種傳統(tǒng)的儀表型DCS。

    四、PLC＋工作站

    為綜合PLC和DCS各自的優(yōu)點，又降低成本，有的廠還采用了PLC＋工作站或PLC＋DCS操作管理站的硬件組態(tài)，如銅陵水泥廠ACE系統(tǒng)現(xiàn)場控制站采用了ABB公司的系列PLC配以VAX工作站；浩良河水泥廠采用Modicon984作為現(xiàn)場控制站，采用Foxboro的WP作為操作管理站。這種配置的特點是具有很好的人機界面及強大的圖形、信息（數(shù)據(jù)）處理功能，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡單，各操作站之間互換性好，也是水泥廠控制系統(tǒng)的一種選擇。

    五、向PLC靠攏的DCS系統(tǒng)

    為爭得PLC市場的份額，近年來儀表型DCS也加強了邏輯運算處理能力和順控功能，另外在縮短開關(guān)量的采集周期、降低價格上也邁出了很大的步伐，紛紛推出向PLC靠攏的系統(tǒng)，如Honeywell的Plantscape；ABB的FreeLance。近日投產(chǎn)的安徽東亞水泥廠和石家莊九里山水泥廠就采用了這些系統(tǒng)。

    水泥廠專用自動化裝置和儀表

    一、生料質(zhì)量控制系統(tǒng)

    所謂生料質(zhì)量控制系統(tǒng)是通過實時在線控制、固定批量校正控制及虛擬校正控制來改變原料的配比，以保證生料化學(xué)成分穩(wěn)定。它包括X射線熒光分析儀、計算機系統(tǒng)、取樣制樣設(shè)備等，分析生料中鈣鐵等8種元素化學(xué)成分的濃度。

    有些廠X射線熒光分析儀引進較早，而且是大功率、外水冷的波長色散型的光譜分析儀，如PW-1060、ARL-8660等。由于操作、備件等原因，許多已不能使用。目前，X射線熒光分析儀向小型化、小功率、內(nèi)水冷、價格低等方向發(fā)展，它包括波長色散型和能量色散型，如Philips的Cu－bix和Venus等。新建的水泥廠將選用性能價格比好的X射線熒光分析儀。由于X射線熒光分析儀組成的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)并不能做到真正的在線實時分析，為進一步穩(wěn)定生料質(zhì)量，減少或取消原料中間儲存的環(huán)節(jié)，簡化流程，國內(nèi)一些水泥廠采用了前饋控制用于開環(huán)質(zhì)量控制，它用γ射線分析儀對在運行中的皮帶機上的物料進行實時分析（同樣分析鈣鐵等8種元素化學(xué)成分的濃度），根據(jù)分析結(jié)果進行各種計算，最終在線給出各種原料配比，控制各種原料的喂料量，以保證實際控制的各項質(zhì)量參數(shù)跟蹤設(shè)定值，它還可將分析結(jié)果反饋到礦山開采運輸上，實施開采的質(zhì)量控制。華新水泥廠已投入此系統(tǒng)，它采用的γ射線分析儀是美國GammaMetrics公司產(chǎn)品，目前這種分析儀價格還較貴。

    γ射線分析儀是基于中子激活激發(fā)γ射線分析技術(shù)，用中子源發(fā)出的中子流和激發(fā)的γ射線可穿透500～800mm的物料層，通過專用的電子設(shè)備就可透過皮帶機直接測出物料的化學(xué)成分。

    二、窯硐體掃描裝置

    它主要用于長時間不間斷地實時監(jiān)測窯硐體表面溫度，經(jīng)分析處理后能客觀、及時地反映水泥窯內(nèi)狀況，幫助操作員有效地改善窯的操作。國內(nèi)1000萬噸規(guī)模以上的水泥廠大多設(shè)有此裝置，包括掃描頭和軟件在內(nèi)的全套裝置引進的占大多數(shù)。這幾年國內(nèi)一些設(shè)計研究院也紛紛開發(fā)窯硐體溫度掃描監(jiān)測系統(tǒng)，如天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院開發(fā)的TKIS系統(tǒng)，紅外掃描頭是引進的；如Agema、Ircon、Raytek等，軟件則自行開發(fā)，系統(tǒng)除能顯示三維及三維色相圖外，還能顯示窯襯厚度和窯皮結(jié)圈等情況，并能進行輪帶間隙的檢測。