水泥行業(yè)自動控制整體解決方案

一、關(guān)于中控
 　　
 　　 中控科技集團(tuán)有限公司（浙大中控）是中國領(lǐng)先的自動化信息化技術(shù)、產(chǎn)品與解決方案供應(yīng)商，業(yè)務(wù)涉及工廠自動化、公用工程信息化、裝備自動化等領(lǐng)域。 
 　　 
 　　 浙江中控技術(shù)有限公司是中控科技集團(tuán)有限公司的核心成員企業(yè)，致力于工廠自動化業(yè)務(wù)領(lǐng)域控制系統(tǒng)的研究開發(fā)、生產(chǎn)制造、市場營銷及工程服務(wù)。浙大中控已經(jīng)服務(wù)于全球超過3000家用戶，有近4000套控制系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運行在各個工業(yè)行業(yè)，涉及化工、石化、冶金、電力、建材、食品、造紙等多個領(lǐng)域，用戶遍及國內(nèi)30個省市、自治區(qū)及東南亞、西亞、非洲等地。
 　　
 　　 在水泥行業(yè)，浙大中控有著完善的解決方案、豐富的工程實施經(jīng)驗和一支具有資深行業(yè)背景的專家隊伍?？蛻魪V泛分布于浙江、江西、安徽、湖南、河南、山西、四川等省份，包括安徽海螺集團(tuán)在內(nèi)的國內(nèi)數(shù)十家水泥企業(yè)均已采用浙大中控提供的控制系統(tǒng)和解決方案實現(xiàn)了對水泥生產(chǎn)過程的控制。
 　　
 　　 浙大中控期待著為更多的水泥生產(chǎn)企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、完善的服務(wù)，最終為更多的水泥生產(chǎn)企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益與社會效益。
 　　 
 　　二、水泥行業(yè)簡介
 　　
 　　 水泥企業(yè)作為大規(guī)模生產(chǎn)的制造企業(yè)，是建材行業(yè)的三大支柱之一。我國是水泥生產(chǎn)大國，最近幾年連續(xù)呈現(xiàn)出供需兩旺的高速增長勢頭，為國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
 　　
 　　 水泥產(chǎn)品按用途主要分為通用水泥、專用水泥、特性水泥，其中通用水泥主要包括以下六種：普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥 、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。
 　　 
 　　三、水泥生產(chǎn)工藝簡述
 　　
 　　 水泥生產(chǎn)工藝的主要過程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高溫窯爐中用燃料將其煅燒成熟料，最后將熟料與適量石膏混合磨細(xì)制成水泥，需要經(jīng)過礦山開采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨及成品包裝等多道工序。

　圖1 新型干法水泥生產(chǎn)流程示意

 　　 
 　　 其生產(chǎn)過程通?？筛爬椤叭ヒ桓G”，可分為四個步驟：
 　　 1、生料制備：即將石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后按一定比例配合、磨細(xì)并調(diào)配為成份合適、量質(zhì)均勻的生料。
 　　 2、煤粉制備：水泥生料煅燒所需的煤炭，必須制備成煤粉，提供煤粉燃燒所要求的粒度，以便于充分燃燒，得到足夠的燃燒反應(yīng)能力。
 　　 3、熟料煅燒：即將生料放在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融以得到以 為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。
 　　 4、水泥粉磨及出廠：即將熟料加入適量石膏、混合材或添加劑共同磨細(xì)為水泥，并包裝出廠。
 　　
 　　四、水泥生產(chǎn)的控制要點及策略
 　　 水泥生產(chǎn)工藝設(shè)備單機(jī)容量大、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)、對快速性和協(xié)調(diào)性要求高。為了提高企業(yè)的生產(chǎn)效率與競爭力，自動控制的實施至關(guān)重要。浙大中控作為國內(nèi)領(lǐng)先的自動化設(shè)備供應(yīng)商，能夠很好的滿足水泥行業(yè)以開關(guān)量為主、模擬量為輔且伴有少量調(diào)節(jié)回路的控制要求。
 　　 1、 石灰石破碎及輸送系統(tǒng)
 　　 石灰石破碎及輸送系統(tǒng)設(shè)備存在工藝聯(lián)鎖關(guān)系，采用“逆流程啟動,順流程停車”原則對設(shè)備進(jìn)行順序控制。
 　　 石灰石破碎及輸送系統(tǒng)的控制難點在于石灰石破碎機(jī)喂料量的自動控制，以破碎機(jī)功率的變化來自動調(diào)節(jié)板喂機(jī)的速度，使其速度保持在要求的范圍內(nèi)運行，不致于由于板喂機(jī)速度過高而使石灰石料倉的料卸空，來料直接落在板喂機(jī)上，對設(shè)備起到一定的保護(hù)作用。
 　　 2、 生料制備系統(tǒng)
 　
 　　 生料制備系統(tǒng)的工藝流程范圍：始自原料調(diào)配站的庫底，止于生料均化庫的庫頂，包括原料調(diào)配及輸送，包括原料粉磨、生料輸送入庫?？刂埔c與策略如下：
 　　  （1）生料質(zhì)量控制（QCS）系統(tǒng)
 　　 QCS系統(tǒng)（質(zhì)量控制系統(tǒng)）在水泥生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。生料質(zhì)量控制（QCS）系統(tǒng)由在線鈣鐵熒光分析儀、計算機(jī)、調(diào)速電子皮帶秤等組成。智能在線鈣鐵熒光分析儀可進(jìn)行自動取樣、制樣，并進(jìn)行連續(xù)測定，由QCS系統(tǒng)進(jìn)行配料計算，并通過DCS對電子調(diào)速皮帶秤下料量進(jìn)行比例調(diào)節(jié)和成分控制，使生料三率值保持在目標(biāo)值附近波動，從而大幅度提高生料成分合格率和質(zhì)量穩(wěn)定性。浙大中控的DCS系統(tǒng)可實現(xiàn)與QCS系統(tǒng)的互聯(lián)，對生料質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。
 　?。?）  生料粉磨負(fù)荷控制系統(tǒng)
 　　 生料粉磨控制系統(tǒng)的控制難點在于磨機(jī)的負(fù)荷控制。當(dāng)入料水分、硬度發(fā)生變化時，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)入磨物料量來保證磨機(jī)處于負(fù)荷穩(wěn)定的最佳粉磨狀態(tài)，避免堵磨或者空磨發(fā)生。浙大中控對負(fù)荷自控系統(tǒng)通常采用的調(diào)節(jié)方法有：一是設(shè)置一個入磨量常數(shù)，穩(wěn)態(tài)下的選粉機(jī)回粉入磨量加新喂料量與之相等；二是以提升機(jī)功率或者磨機(jī)電耳信號分別作為主控或監(jiān)控信號適時調(diào)節(jié)；三是以選粉機(jī)回粉、提升功能、電耳等信號進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析控制或極值控制。
 　　 立磨大多采用常數(shù)控制，球磨則多采用電耳或者提升機(jī)功率信號調(diào)節(jié)。
 　　 3、 生料均化庫控制 
 　　
 　?。?） 生料預(yù)均化系統(tǒng) 
 　　 生料預(yù)均化是通過控制均化庫底卸料電振機(jī)來實現(xiàn)的。生料預(yù)均化庫通常為長條形庫，庫底卸料電振機(jī)共26臺分為兩組，每組13臺，每臺均能單獨實現(xiàn)時間程序控制，兩組電振機(jī)由一臺可編程控制器（PLC）按一定時間程序進(jìn)行卸料控制，從而達(dá)到不同時間進(jìn)的料按一定比例預(yù)均化后進(jìn)磨。
 　　（2） 生料均化系統(tǒng) 
 　　 生料均化是靠具有一定壓力的空氣對生料進(jìn)行吹射均化。通常在庫底設(shè)置了充氣裝置，采用時間順序控制策略，依據(jù)時序開停庫底充氣電磁閥，使物料流態(tài)化并翻騰攪拌，生料混和達(dá)到均化目的。
 　　 （3）計量倉料量的自動控制系統(tǒng)
 　　 利用計量倉的倉重信號自動調(diào)節(jié)生料庫側(cè)電動流量閥的開度，使稱重倉的料量保持穩(wěn)定，從而保證計量倉下料量的穩(wěn)定。
 　?。?） 生料均化庫下料控制
 　　 在生產(chǎn)過程中，燒成帶溫度一般要求控制在一個合適的范圍，因為它對熟料的質(zhì)量至關(guān)重要。將生料量、風(fēng)機(jī)風(fēng)量與燒成帶溫度結(jié)合起來設(shè)定生料下料量的設(shè)定值，該系統(tǒng)通過自動調(diào)節(jié)，利用固體流量計的反饋值自動調(diào)節(jié)計量倉下電動流量閥的開度，使生料穩(wěn)定在設(shè)定值上，從而使得入窯的生料保持穩(wěn)定，最終保障窯系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
 　　 4、 煤粉制備系統(tǒng)
 　　
 　　 （1） 出磨氣體溫度的自動控制
 　　 出磨氣體溫度直接關(guān)系到出磨成品水分和系統(tǒng)安全運轉(zhuǎn)問題。為了確保生產(chǎn)出合格的煤粉，同時還要保證系統(tǒng)溫度不能過高，控制系統(tǒng)中設(shè)置了磨機(jī)出口氣體溫度自動控制回路，通過改變磨機(jī)進(jìn)口冷風(fēng)閥門開度控制磨機(jī)出口氣體溫度穩(wěn)定。
 　　 （2） 磨機(jī)負(fù)荷自動控制
 　　 煤粉倉內(nèi)煤粉量變化過大會影響煤粉喂料部分計量精度，在正常生產(chǎn)中煤粉倉中煤粉量應(yīng)盡量恒定；同時也要保證磨機(jī)的正常安全運轉(zhuǎn)，防止“滿磨”。浙大中控采用了由磨機(jī)電耳信號自動調(diào)節(jié)磨頭定量給料機(jī)喂料量的自動控制回路。
 　　 5、 燒成系統(tǒng)
 　　
 　　  （1）分解爐喂煤量的計量與自動調(diào)節(jié)
 　　 分解爐的溫度是保證回轉(zhuǎn)窯正常運行的一個重要控制參數(shù)。在生料量不變時，燃料和空氣的混和比例必須要正確地控制。故對分解爐的溫度進(jìn)行計量，以便實現(xiàn)優(yōu)化控制，通過自動增減煤量對分解爐的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其控制在所需要的設(shè)定值上。既能使分解爐保持最高的分解率，又不使其因溫度過高而導(dǎo)致生料粘結(jié)，影響窯系統(tǒng)的正常運行。
 　　  （2）預(yù)熱器出口壓力調(diào)節(jié)
 　　 預(yù)熱器出口壓力是反應(yīng)系統(tǒng)風(fēng)量平衡的一個主要指標(biāo)，主要通過調(diào)節(jié)高溫風(fēng)機(jī)閥門開度來實現(xiàn)預(yù)熱器出口壓力的控制。
 　　  （3）預(yù)熱器自動吹掃裝置
 　　 由計算機(jī)按一定的時間順序規(guī)律定時接通相應(yīng)的各級預(yù)熱器上的電磁閥，輪流打開壓縮空氣管路，對預(yù)熱器進(jìn)行逐級吹掃，以防結(jié)皮堵塞影響預(yù)熱器系統(tǒng)的正常運行，吹掃時間人工設(shè)定，一般為5s～20s。
 　　
 　　 （4） 窯頭負(fù)壓自動控制
 　　 窯頭負(fù)壓表征窯內(nèi)通風(fēng)及冷卻機(jī)入窯二次風(fēng)之間的平衡。根據(jù)窯頭負(fù)壓自動調(diào)節(jié)電收塵器排風(fēng)機(jī)進(jìn)口閥門開度，以控制窯頭二次風(fēng)量、窯尾三次風(fēng)量、窯頭廢氣量三者的平衡，從而取得穩(wěn)定煅燒和冷卻熟料之間的平衡。
 　　 （5） 回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速控制
 　　 采用的策略是在穩(wěn)定生料量、燃料量的前提下，通過對回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以維持整個窯系統(tǒng)的均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。 
 　　  篦冷機(jī)一、二室風(fēng)量自動調(diào)節(jié)
 　　 二次空氣對于窯內(nèi)燃燒的好壞、工作的穩(wěn)定性和煅燒過程中的燃料消耗都有很大的影響。該系統(tǒng)控制目的就是通過穩(wěn)定一、二室風(fēng)量，從而穩(wěn)定入窯新鮮空氣量，為窯的穩(wěn)定運行提供條件，采取一室風(fēng)量調(diào)一室風(fēng)機(jī)閥門開度，二室風(fēng)量調(diào)二室風(fēng)機(jī)閥門開度的控制策略。
 　　 （6）篦冷機(jī)料層厚度自動調(diào)節(jié)
 　　 控制篦冷機(jī)料層厚度，一則穩(wěn)定二次風(fēng)溫，以穩(wěn)定窯的正常運行，二則可使熟料達(dá)到最佳冷卻。因篦冷機(jī)料層厚度難以檢測，故在控制策略中采用篦下壓力調(diào)篦速，以穩(wěn)定篦冷機(jī)料層厚度。對于二段式篦冷機(jī)而言，還涉及到一、二段篦速比例調(diào)節(jié)。
 　　 6、 廢氣處理系統(tǒng)
 　　 廢氣處理系統(tǒng)的關(guān)鍵在于對增濕塔的噴水量的控制，控制策略根據(jù)增濕塔出口溫度控制噴嘴個數(shù)，以增濕降溫提高電收塵器的收塵效率，增濕塔出口溫度一般控制在130 左右。 
 　　
 　 7、 水泥粉磨與輸送系統(tǒng)
 　　 （1）喂料量控制
 　　 喂料量要求均勻、穩(wěn)定，以磨音信號和出磨提升機(jī)的功率來調(diào)節(jié)入磨喂料量
 　　 （2） 出磨氣體溫度的自動控制
 　　 通過對磨機(jī)通風(fēng)量的調(diào)節(jié)來控制出磨氣體溫度
 　　 （3）選粉機(jī)的調(diào)節(jié)與控制
 　　 （4） 熟料的存儲與輸送
 　　 輸送與存儲設(shè)備之間存在工藝聯(lián)鎖關(guān)系，采用“逆流程啟動,順流程停車”原則對設(shè)備進(jìn)行順序控制。 
 　　 
 　　五、浙大中控DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢
 　　 浙大中控應(yīng)用于水泥行業(yè)的控制系統(tǒng)是基于Web 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)－WebField ECS－100。它的主要特點是突破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的層次模型，實現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成，十分適合于自控設(shè)備多、大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)場合－水泥廠的控制。
 　　 浙大中控的ECS－100系統(tǒng)能夠得到包含國內(nèi)一些大型水泥企業(yè)在內(nèi)的眾多用戶的青睞，是由以下行業(yè)優(yōu)勢所決定的：
 　　 1、系統(tǒng)的高度穩(wěn)定性
 　　 1）浙大中控的WebField 系列DCS產(chǎn)品系統(tǒng)已經(jīng)累計取得了近4000套應(yīng)用業(yè)績，廣泛應(yīng)用于核電站、熱電廠、石油化工、高分子和精細(xì)化工、水泥和建材、造紙在內(nèi)的幾乎所有流程工業(yè)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性已經(jīng)經(jīng)受了各種工況與工藝條件的嚴(yán)酷考驗。 
 　　 2）WebField ECS－100是WebField 家族的主流產(chǎn)品，是一套面向大中型過程控制的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、控制網(wǎng)絡(luò)采用冗余設(shè)計，在技術(shù)上充分保證了系統(tǒng)的高度可靠性與穩(wěn)定性，可以有效地保障水泥生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。
 　　 2、系統(tǒng)的高度的安全性
 　　 1) WebField ECS－100系統(tǒng)實現(xiàn)了I/O通道級別的冗余，并能根據(jù)設(shè)備重要程度靈活選擇冗余與否，使得系統(tǒng)獲得了保障生產(chǎn)安全與節(jié)省用戶投資的和諧統(tǒng)一。
 　　 2) ECS－100系統(tǒng)安全的在線下載功能，既有效降低了投運期間的工作量，又保障了投運期間的安全。
 　　 3) ECS－100系統(tǒng)的端子板和卡件分離技術(shù)，使系統(tǒng)與現(xiàn)場實現(xiàn)了真正意義上的隔離；同時系統(tǒng)I/O通道采用點點隔離設(shè)計，使得故障面不易擴(kuò)大，可以克服因串?dāng)_產(chǎn)生的大面積故障，避免造成停機(jī)停產(chǎn)。
 　　 4)水泥生產(chǎn)的各個控制站極為分散，此時系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。冗余光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計與采用使得浙大中控的過程控制網(wǎng)絡(luò)極為可靠，大大提高了整個系統(tǒng)的安全系數(shù)。 
 　　
 　　 3、系統(tǒng)良好的開放性
 　　 水泥生產(chǎn)現(xiàn)場設(shè)備種類繁多，各設(shè)備供應(yīng)商所提供的通信協(xié)議也千差萬別，這對控制系統(tǒng)的開放性提出了很高的要求。浙大中控能提供諸如Profibus-DP、Profibus-PA、OPC、MODBUS、HOSTLINK、DDE、CDT、自定義協(xié)議等多種通訊解決方案，能夠很好的滿足水泥行業(yè)項目工程應(yīng)用的需要。
 　　 4、具有強(qiáng)抗干擾性的DI輸入卡件的開發(fā)設(shè)計
 　　 水泥廠的220VAC DI信號在長線輸送時，線路的感應(yīng)干擾極大；并且水泥廠大量應(yīng)用變頻器等強(qiáng)干擾源。浙大中控WebField ECS－100系統(tǒng)針對水泥行業(yè)特色對DI卡件進(jìn)行了特殊加工與設(shè)計，可萬無一失的克服現(xiàn)場的強(qiáng)烈干擾。
 　　 5、IO通道級的故障自診斷功能 
 　　 在水泥廠，DCS系統(tǒng)控制I/O點數(shù)、設(shè)備一般都在幾千點以上。一旦現(xiàn)場設(shè)備出現(xiàn)意外故障，故障分析、查找極其困難。為更好的提高行業(yè)適應(yīng)性，浙大中控WebField ECS－100系統(tǒng)有針對性的開發(fā)了I/O通道級的故障診斷功能，使得故障分析、查找十分方便，大大減輕了維護(hù)人員勞動強(qiáng)度。
 　　 6、強(qiáng)大的軟件功能
 　　 系統(tǒng)提供全中文集成化圖形界面組態(tài)工具，實現(xiàn)了水泥生產(chǎn)過程的優(yōu)化控制和安全操作。人機(jī)界面友好、軟件設(shè)計規(guī)范化、接口靈活、升級方便、水泥生產(chǎn)過程專用控制模塊可以很好滿足水泥生產(chǎn)過程中的各種特殊要求。
 　　 7、優(yōu)質(zhì)、周到的工程服務(wù)
 　　 浙大中控與用戶充分融為一體，想用戶之所想、急用戶之所急，熱情周到的跟蹤服務(wù)，取得了廣大用戶的信賴。
 　　 浙大中控深知，工程交付使用僅是服務(wù)的開始，定期的技術(shù)回訪和解決生產(chǎn)過程中遇到的技術(shù)問題才是浙大中控服務(wù)的核心。
 　　
 　　六、典型應(yīng)用
 　　 截至目前，浙大中控在水泥行業(yè)已經(jīng)取得了大量應(yīng)用業(yè)績，用戶涵蓋了國內(nèi)多家大型水泥生產(chǎn)企業(yè)（如安徽海螺集團(tuán)），以下是我們在不同規(guī)模水泥生產(chǎn)領(lǐng)域的部分典型項目：
 　　安徽寧國水泥廠（5000t/d) 江西虎山巖鷹水泥(2500t/d)
 　　湖南印山臺水泥(2500t/d) 江西虎山雞山水泥(2500t/d) 
 　　山西洪洞水泥(1000t/d) 蕭山長河水泥(2500t/d)
 　　江川翠峰水泥(1200t/d) 老河口寶石水泥廠（2500t/d）
 　　重慶金江水泥(2500t/d) 天瑞集團(tuán)周口水泥(200萬噸/年水泥粉磨)
 　　安徽巢東水泥(30萬噸/年水泥) 河南永煤水泥磨系統(tǒng)(50萬噸/年水泥粉磨)
 　　長興小浦眾盛水泥有限公司（3MW純低溫余熱電站） 
 　　
 　　七、典型行業(yè)案例介紹
 　　 湖南印山臺水泥廠2500 t/d水泥生產(chǎn)線項目中，浙大中控的ECS－100系統(tǒng)承擔(dān)了從生料制備、熟料煅燒、熟料入庫到成品粉磨、包裝的整條生產(chǎn)線的過程控制任務(wù)。系統(tǒng)性能穩(wěn)定，生產(chǎn)線一次點火成功，并在較短時間內(nèi)達(dá)標(biāo)超產(chǎn)（點火二十天后生產(chǎn)能力即達(dá)到2800t/d）。
 　　
 　　八、結(jié)束語
 　　 浙大中控作為一家集工業(yè)自動化產(chǎn)品的科研開發(fā)、生產(chǎn)制造、市場營銷和工程服務(wù)于一體的高科技企業(yè)，已成為中國最知名的自動化公司之一，期待著與更多的水泥客戶共同進(jìn)步，以全面提升整個水泥行業(yè)用戶的自動化水平與經(jīng)濟(jì)效益。