李江：水泥工業(yè)自動(dòng)化前沿技術(shù)概況

　　2013年6月15日，第六屆中國(guó)水泥信息化與自動(dòng)化高峰論壇在江蘇南京舉行，中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)自動(dòng)化分會(huì)秘書長(zhǎng)李江以《水泥工業(yè)自動(dòng)化前沿技術(shù)概況》為題發(fā)表演講。

中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)自動(dòng)化分會(huì)秘書長(zhǎng) 李江

　　隨著新型干法水泥工業(yè)的不斷發(fā)展以及信息化智能化建設(shè)的持續(xù)推進(jìn)，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用已經(jīng)深入到水泥生產(chǎn)的各個(gè)方面，特別是近年來(lái)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及高端檢測(cè)控制設(shè)備等最新技術(shù)手段的運(yùn)用進(jìn)一步解放了人力資源，為加強(qiáng)過(guò)程控制，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本，實(shí)現(xiàn)資源綜合利用，提供了巨大幫助。那么，目前國(guó)內(nèi)水泥工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展如何，是否能夠滿足日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的需求，這些都是需要探討的問題。

　　水泥工業(yè)自動(dòng)化包含了兩個(gè)重要內(nèi)容，一個(gè)是企業(yè)網(wǎng)，另一個(gè)是企業(yè)生產(chǎn)制造管理。作為一個(gè)企業(yè)互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，又分為工業(yè)控制系統(tǒng)、工業(yè)局域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)三個(gè)部分。而在企業(yè)的制造生產(chǎn)管理方面，最底層檢測(cè)驅(qū)動(dòng)級(jí)，往上是過(guò)程和設(shè)備控制級(jí)，過(guò)程監(jiān)控級(jí)，生產(chǎn)管理級(jí)，最高層是企業(yè)管理級(jí)。這些管理層級(jí)以前是分離的，而隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在更強(qiáng)調(diào)信息化，利用DOS、PRC以及現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上下信息的聯(lián)動(dòng)，從而達(dá)到加強(qiáng)企業(yè)自動(dòng)化控制的目的。

　　所謂水泥工業(yè)自動(dòng)化前沿技術(shù)，實(shí)際上就是把水泥工業(yè)最主要的需求提煉出來(lái)，利用信息化來(lái)滿足這種需求，在為了滿足這種需求的過(guò)程中開發(fā)出來(lái)的最新的應(yīng)用。目前業(yè)內(nèi)關(guān)注的內(nèi)容主要可以分為水泥生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化與生產(chǎn)管理、控制技術(shù)的發(fā)展、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展、在線仿真技術(shù)在水泥工業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用等六個(gè)方面。

　　一、水泥生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

　　水泥生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)方面，目前強(qiáng)調(diào)的是控制系統(tǒng)功能的更強(qiáng)發(fā)揮，要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，首先需要解決的是控制點(diǎn)數(shù)量問題。目前，5000t/d的新型干法水泥生產(chǎn)線，監(jiān)控點(diǎn)已經(jīng)提高到4000個(gè)，而隨著生產(chǎn)控制要素的提高，將來(lái)需要提高到5000點(diǎn)以上。控制點(diǎn)缺少，直接影響企業(yè)生產(chǎn)信息量減少，對(duì)于加強(qiáng)企業(yè)生產(chǎn)控制將產(chǎn)生不利影響。

　　增加生產(chǎn)線控制點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)更廣泛的過(guò)程控制，提高生產(chǎn)安全性，現(xiàn)場(chǎng)儀表和執(zhí)行器采用的控制效能都將大大提高。同時(shí)，利用生產(chǎn)過(guò)程中的計(jì)算機(jī)控制，將進(jìn)一步加強(qiáng)控制功能，主要體現(xiàn)在推出更多的智能化分布式站點(diǎn)的同時(shí)主控制器的性能也會(huì)不斷加強(qiáng)。最后，采用各種先進(jìn)的控制理論，直接融入控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)中集成標(biāo)準(zhǔn)化的控制模塊，將為用戶實(shí)現(xiàn)先進(jìn)控制提供良好的平臺(tái)。

　　二、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

　　網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展主要體現(xiàn)在現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與應(yīng)用、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用、互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用以及無(wú)線網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用四個(gè)方面。

　　1、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)與應(yīng)用。目前該技術(shù)比較成熟。部分制造企業(yè)已經(jīng)向市場(chǎng)提供了帶現(xiàn)場(chǎng)總線檢測(cè)控制接口的儀表和執(zhí)行器，大大提高了生產(chǎn)過(guò)程中的控制速度和共享的信息量，而隨著總線產(chǎn)品的應(yīng)用達(dá)到一定的規(guī)模之后，自動(dòng)化運(yùn)營(yíng)成本包括一次性投資中的維護(hù)費(fèi)用都會(huì)下降。

　　2、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用。以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)主線相比區(qū)別在于，以太網(wǎng)是基于超大規(guī)模應(yīng)用于各種場(chǎng)合的技術(shù)。水泥企業(yè)常用的工業(yè)電視，監(jiān)視器已經(jīng)不通過(guò)電纜來(lái)傳輸，而是通過(guò)以太網(wǎng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。它的優(yōu)點(diǎn)在于，可以節(jié)省投資，而且為生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)操作人員提供了及時(shí)準(zhǔn)確的信息，有利于查找事故原因，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化操作。

　　3、互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用。水泥工業(yè)中互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用主要體現(xiàn)在水泥工廠遠(yuǎn)程專家診斷與維護(hù)系統(tǒng)方面。目前，在水泥企業(yè)集團(tuán)化和水泥專家服務(wù)集約化方面，有些企業(yè)已經(jīng)看到了互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)并著力開展相關(guān)建設(shè)工作。

　　4、無(wú)線網(wǎng)技術(shù)與應(yīng)用。無(wú)線網(wǎng)包括局域無(wú)線網(wǎng)、工業(yè)無(wú)線數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)以及GPRS遠(yuǎn)程管理系統(tǒng)。據(jù)了解，目前已經(jīng)有很多水泥企業(yè)將散裝車安裝GPRS定位，納入到生產(chǎn)管理當(dāng)中，發(fā)展較快的合肥院已經(jīng)將GPRS運(yùn)用到煤磨管理當(dāng)中，并取得了顯著成效。

　　三、生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化與生產(chǎn)管理

　　生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化與生產(chǎn)管理是信息化融合強(qiáng)調(diào)的內(nèi)容，經(jīng)過(guò)近年來(lái)的發(fā)展已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)，特別是隨著水泥企業(yè)計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的應(yīng)用以及信息化建設(shè)的逐步深入，進(jìn)一步推動(dòng)了生產(chǎn)管理工作的現(xiàn)代化發(fā)展。而與此同時(shí)，隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境建設(shè)工作的越來(lái)越重視，加強(qiáng)能效管理，減少資源浪費(fèi)和污染物排放將成為企業(yè)自動(dòng)化與生產(chǎn)管理面臨的重要課題。

　　四、控制技術(shù)的發(fā)展

　　先進(jìn)控制技術(shù)在水泥生產(chǎn)中非常重要，對(duì)于提升水泥質(zhì)量，提高資源利用率，完善成本控制具有重要意義。事實(shí)上，雖然經(jīng)過(guò)了很多年的研究，但是熟料煅燒機(jī)理到現(xiàn)在也不是很透徹。滯后時(shí)間長(zhǎng)、現(xiàn)場(chǎng)溫度高、高粉塵的惡劣環(huán)境，都影響到檢測(cè)的準(zhǔn)確性和控制的穩(wěn)定性，同時(shí)也加大了自動(dòng)控制的難度。然而也因?yàn)橛羞@些問題的存在，才為我們采用先進(jìn)控制技術(shù)提供了條件。目前，多變面自適應(yīng)控制、神經(jīng)元及專家系統(tǒng)控制等等，這些技術(shù)都在一部分新型干法水泥企業(yè)中得到了應(yīng)用和實(shí)踐。隨著國(guó)家對(duì)水泥質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)環(huán)境污染治理力度的不斷加強(qiáng)以及水泥工業(yè)市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)的激烈，利用先進(jìn)控制技術(shù)提升水泥質(zhì)量，提高資源利用率，完善成本控制將成為今后一段時(shí)間國(guó)內(nèi)水泥企業(yè)急需著力解決的問題。

　　五、檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

　　常規(guī)檢測(cè)儀表發(fā)展方面，筒體溫度掃描系統(tǒng)經(jīng)歷了一些時(shí)間的發(fā)展，由早期的部件掃面，轉(zhuǎn)角掃描到轉(zhuǎn)角線掃描，現(xiàn)在正在研發(fā)一種焦平面智能視屏監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)取得了一定的成績(jī)。料位儀表、流量檢測(cè)器、高溫計(jì)這些水泥工業(yè)中比較專用的常規(guī)儀表也都有發(fā)展，供應(yīng)商在不斷推出新的儀表來(lái)滿足水泥企業(yè)的需求。

　　在線物料化學(xué)成分分析儀的發(fā)展是最近業(yè)內(nèi)比較關(guān)注的內(nèi)容。就分類來(lái)講，在線物料化學(xué)成分分析儀有兩種，一種是中子活化放射源的在線分析儀，目前在國(guó)內(nèi)普及率相對(duì)較高；另外一種電控中子源在線物料成分分析儀，是在線物料分析儀發(fā)展的趨勢(shì)。后者在煤炭行業(yè)已經(jīng)得到了很成熟的應(yīng)用了，相信今后一段時(shí)間將會(huì)在水泥行業(yè)有所發(fā)展。在線物料化學(xué)成分分析儀的出現(xiàn)對(duì)于水泥行業(yè)發(fā)展的推動(dòng)作用巨大，但是如何結(jié)合水泥工業(yè)實(shí)際需求加以充分利用，將是水泥企業(yè)需要重點(diǎn)思考的問題。

　　在線窯尾廢氣成份分析系統(tǒng)，其特點(diǎn)是在高溫環(huán)境下解決廢氣取樣問題?，F(xiàn)在各種取樣方法已經(jīng)日益成熟，這種系統(tǒng)采用以后能大大提高窯的控制水平，提高熟料質(zhì)量和產(chǎn)量，延長(zhǎng)耐火材料使用壽命，節(jié)省水泥粉磨電耗。

　　在線粒度分析儀技術(shù)在我國(guó)推廣的速度較為緩慢。在生產(chǎn)方面，在線粒度分析儀對(duì)粉磨工藝的提升具有重要作用，可以實(shí)時(shí)的監(jiān)控細(xì)粉料的粒徑分布和變化趨勢(shì)，控制產(chǎn)品質(zhì)量。隨著我國(guó)水泥新標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，對(duì)水泥質(zhì)量要求更加嚴(yán)格，水泥細(xì)度和顆粒級(jí)配已經(jīng)越來(lái)越被企業(yè)所重視，在此背景下，推行在線粒度分析儀具有重要意義。與此同時(shí)，利用在線粒度分析儀配合水泥磨的運(yùn)轉(zhuǎn)將大大提高能效水平，使生產(chǎn)線發(fā)揮最大的能力。

　　實(shí)驗(yàn)室分析儀器綜合應(yīng)用，我國(guó)水泥企業(yè)和國(guó)外在檢測(cè)技術(shù)方面的差距主要體現(xiàn)于此?，F(xiàn)在水泥企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大，對(duì)樣品檢驗(yàn)及時(shí)性要求也越來(lái)越高，從新型干法大型化，企業(yè)的集團(tuán)化，講究效率方面而言，提高實(shí)驗(yàn)室分析儀器的綜合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)在未來(lái)將會(huì)有很大的發(fā)展空間。

　　六、在線仿真技術(shù)在水泥工業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用

　　在線仿真技術(shù)在水泥工業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用是近幾年來(lái)行業(yè)比較關(guān)心的技術(shù)。仿真技術(shù)的實(shí)施必須建立在大數(shù)據(jù)量以及歷史庫(kù)特別豐富的基礎(chǔ)上，只有這樣仿真和實(shí)際才能越來(lái)越符合，將在線監(jiān)測(cè)技術(shù)跟仿真技術(shù)相結(jié)合，將是今后行業(yè)研究的重點(diǎn)。

　　水泥工業(yè)自動(dòng)化，是以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)，以節(jié)能降耗綜合發(fā)展為基礎(chǔ)的發(fā)展戰(zhàn)略。而隨著水泥工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)于自動(dòng)化的要求也在不斷提高，反過(guò)來(lái)，自動(dòng)化技術(shù)研發(fā)應(yīng)用的創(chuàng)新，也能促進(jìn)工藝的改進(jìn)和提高，這個(gè)就是所謂的兩化深入融合。總體而言水泥工業(yè)的信息化和自動(dòng)化關(guān)鍵要靠需求推動(dòng)和技術(shù)促進(jìn)，可以說(shuō)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)將無(wú)可限量，創(chuàng)造的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益以及給水泥帶來(lái)的影響也不容低估。