我國建材工業(yè)自動化現(xiàn)狀與發(fā)展

我國建材工業(yè)自動化的現(xiàn)狀

　　目前，我國建材工業(yè)主要生產(chǎn)領域中，自動化系統(tǒng)或裝備的配備及應用已較為普遍，但裝備水平和應用效果參差不齊。

　　1自動控制系統(tǒng)硬件裝備水平

　　各種類型的計算機控制系統(tǒng)應用較為普遍。大、中型水泥廠和大多數(shù)機立窯水泥廠都裝備了生產(chǎn)過程自動控制系統(tǒng)，至少是生料配料自動控制系統(tǒng)。其中，日產(chǎn)1000噸以上(包括部分日產(chǎn)700噸)新型干法生產(chǎn)線大多采用計算機集散控制系統(tǒng)(DCS)；約70％的浮法玻璃生產(chǎn)線采用DCS；建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)除引進的生產(chǎn)線外，自動化水平較為落后，對于引進的生產(chǎn)線或近幾年新建的生產(chǎn)線，一般在制坯過程采用可編程控制器(PLC)，窯爐采用小型DCS；新型建材中的石膏板生產(chǎn)線也采用DCS；玻璃纖維生產(chǎn)中，除新近引進的池窯拉絲生產(chǎn)線采用小型DCS、IPC、PLC外，大部分還處于單片機、甚至單板機的水平。從整個建材行業(yè)來看，盡管硬件配備水平的高低差別較大，但就好的而言，與國際上的差距并不太大。國際上一些主流系統(tǒng)或設備在我國建材工業(yè)中都有應用，如：BAILEY公司的N—90系統(tǒng)和ABB公司的MASTER系統(tǒng)、HONEYWELL公司的MICRO TDC—3000系統(tǒng)、FOXBORO公司的I／A系統(tǒng)等。

　　2分析檢測儀器裝備

　　計量和檢測是實現(xiàn)有效的自動控制的基礎，我國建材行業(yè)引進或自行開發(fā)了一系列分析檢測儀器和計量裝置，并在建材工業(yè)自動化中發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)在應用比較普遍的分析儀器主要有：多元素物料成分分析儀、在線／離線鈣鐵分析儀、煙氣成分分析儀、中子測水儀、發(fā)熱量分析儀等。檢測儀器主要有：全自動壓力試驗機、精密測長儀、比表面積分析儀、回轉窯酮體測溫儀、比色高溫計、磨機負荷電耳、在線玻璃缺陷檢測儀等。計量裝置主要包括：各種料位計、大口徑氣體流量計、皮帶秤、失重秤、圓盤秤、絞刀秤、核子秤等。

　　3控制方法、軟件及應用

　　控制方法和軟件是自動化的靈魂。目前，在水泥回轉窯、機立窯上開始采用模糊邏輯控制，專家控制系統(tǒng)和自適應預測控制也開始進行試驗，在個別玻璃廠和水泥廠已開始探索和試用計算機集成制造系統(tǒng)(CIMS)。但總體來講，我國在這方面與國際先進水平差距還比較大。自動控制系統(tǒng)的應用大多數(shù)還停留在設備啟停的順序控制、工藝參數(shù)的自動檢測、CRT畫面顯示、報警、記錄、報表打印及信息儲存上，許多重要工藝環(huán)節(jié)的自動調(diào)節(jié)并未真正投入運行，尚未充分發(fā)揮自動化的綜合控制作用。

存在的主要問題

　　經(jīng)過近20年的努力，我國建材工業(yè)自動化有了重大進步，但從現(xiàn)狀看，仍存在許多不可忽視的問題。主要表現(xiàn)在：

　　1重裝備、輕應用，總體投運率不高　隨著微電子和計算機技術的迅速發(fā)展以及建材工業(yè)自身技術水平的提高和新技術、新工藝的不斷出現(xiàn)和推廣應用，對自動化的需求越來越強烈、要求也越來越高，自動化已經(jīng)受到普遍重視，并被擺在重要地位，對自動化的投資也逐漸加大，以日產(chǎn)1000噸水泥生產(chǎn)線為例，用于自動化的投資(不包括強電部分)大約占到總投資的5％，可達1200萬元左右。但是，對于自動控制系統(tǒng)的應用，特別是與生產(chǎn)工藝密切結合的應用，以及在應用中不斷開發(fā)和提高卻重視不足，甚至是根本不重視。造成大部分自動化系統(tǒng)沒有全面投入運行，作用不能充分發(fā)揮，有些甚至成為擺設或“展品”。自動化在穩(wěn)定、優(yōu)化生產(chǎn)過程、提高產(chǎn)品產(chǎn)量質量方面的重要性并未充分體現(xiàn)出來。

　　2重啟停、順控，輕穩(wěn)定調(diào)節(jié)　設備的啟停和運行過程的順序控制只是自動控制系統(tǒng)強大功能的一部分，它在20年前的建材工業(yè)中是自動化的重要甚至是主要內(nèi)容。在目前建材生產(chǎn)企業(yè)的自動控制系統(tǒng)中，這部分功能一般都發(fā)揮和應用得比較好，也普遍受到重視，以至于往往使人誤認為這就是自動化，而忽視了自動化更為重要的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)作用，使得自動控制系統(tǒng)中許多重要的自動調(diào)節(jié)功能形同虛設。

　　3重計算機，輕檢測裝備　我國建材工業(yè)的有關研究開發(fā)單位，對工業(yè)分析檢測儀器和計量裝置的研制開發(fā)是比較重視的，在這方面推出許多適應建材工業(yè)需求的好產(chǎn)品，有些在國際上也屬于先進水平，比如采用放射性同位素源的多元素分析儀等，有些產(chǎn)品特色鮮明，對提高自動控制效果有顯著作用且相對價格低廉，如在線鈣鐵分析儀等。但是建材工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)作為用戶，往往只看重計算機系統(tǒng)的配備，寧愿多花一些錢配備復雜、高檔的計算機系統(tǒng)，許多自動控制系統(tǒng)的計算機配備上存在“大馬拉小車”現(xiàn)象，造成資源浪費；而不肯在分析檢測和計量裝置上給以必要的投入，以至于自動控制系統(tǒng)由于得不到被控參數(shù)和相關參數(shù)及時準確的信息而不能充分發(fā)揮作用。

　　4重硬件、輕軟件　只注重硬件系統(tǒng)的先進性而忽視軟件重要性的現(xiàn)象，不僅在建材工業(yè)企業(yè)而且在研究開發(fā)單位都普遍存在。沒有好的軟件配套，再好的硬件系統(tǒng)也發(fā)揮不了應有的作用。其結果，一是導致用自動控制系統(tǒng)簡單取代原有的儀表繼電器系統(tǒng)，計算機強大的信息處理和分析能力并沒有得到利用；二是優(yōu)化控制技術沒有得到充分的應用，大多數(shù)建材生產(chǎn)企業(yè)只配置單獨的局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)控制軟件，較好的情況也只是與生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)建立點對點的通訊，傳遞少量的控制信號，并沒有真正融為一體，實現(xiàn)信息共享和綜合優(yōu)化控制。

　　提高我國建材工業(yè)自動化技術水平的途徑與措施

　　計算機技術的飛速發(fā)展，使得計算機具有了強大的處理能力和廣泛的適應性，已不再是制約建材工業(yè)自動化水平的決定性因素。而建材工業(yè)本身的專用檢測計量儀器、控制裝置、執(zhí)行機構、控制方法和應用能力則決定著建材工業(yè)自動化技術總體水平。因此，必須從以下幾個方面著手開展21世紀的建材工業(yè)自動化工作：

　　1重視控制理論的研究及其在自動控制系統(tǒng)中的應用

　　建材工業(yè)普遍存在多參數(shù)、長滯后、大容量的控制特性；高溫、高濕、高粉塵的惡劣環(huán)境；建設投資大、利潤率低的經(jīng)濟條件。這些無不大大增加了自動控制的難度，相應地，對控制理論和方法的要求也就越高越迫切。

　　控制理論和方法是充分利用參數(shù)檢測、執(zhí)行機構和計算機系統(tǒng)綜合能力并發(fā)揮自動化效果的關鍵。而在這方面，無論是縱向與國際先進水平比，還是橫向與其他行業(yè)比，差距都是比較大的。

　　國際上，80年代丹麥的史密斯公司推出模糊邏輯控制水泥窯并商品化；英國LINK MAN公司推出專家控制系統(tǒng)；最近，西班牙馬丁博士研制出自適應預測控制方法及軟件，在歐洲一些國家的水泥窯和磨機優(yōu)化控制中獲得應用。這些我國都曾引進試驗過，也曾經(jīng)或正在開發(fā)類似的控制軟件，但基本上都未取得成功。近年來，神經(jīng)元網(wǎng)絡控制理論的研究和應用在國際國內(nèi)頗為活躍，而我國建材工業(yè)自動化領域對此尚無太大反映。

　　2加強建材工業(yè)用分析檢測儀器及裝備的研究開發(fā)

　　自動化的基礎之一是分析檢測和計量技術，建材工業(yè)主要是粉狀物料在高溫條件、燒結或熔融狀態(tài)下連續(xù)生產(chǎn)，給工藝參數(shù)的檢測、計量造成巨大困難。研究開發(fā)適合建材工業(yè)自動化需求的分析檢測和計量儀器及裝備顯得尤為重要。我國建材工業(yè)自動化領域在這方面的工作是卓有成效的，研制開發(fā)的眾多專用儀器設備基本上能夠滿足建材工業(yè)自動化的要求，在物料成分的工業(yè)分析方面，與國外先進水平差距不大，而且一些成果很有自己的特色，同位素X熒光分析我們有著一定的優(yōu)勢，近幾年來國際上大量推廣并激烈競爭的小型X熒光光譜儀也進入了我國市場，但我們已在進行同類儀器的研究開發(fā)，并拿出了初步樣機。國際上近幾年來出現(xiàn)了分析儀器一體化或功能集成化的趨勢，如美國ARL公司推出了集X熒光與X衍射于一身的水泥分析儀，不僅可以分析各種水泥物料的成分，而且可以進行游離氧化鈣含量的分析；英國牛津公司推出了能量色散和波長色散合二為一的MDX熒光分析儀。我國目前尚未開展此類工作。特別需要強調(diào)的是：在線檢測技術應引起我們的高度重視，在線檢測技術的突破，有可能在很大程度上改變建材生產(chǎn)企業(yè)的面貌。

　　3通過自動化降低投資

　　隨著自動化技術的進步，特別是一些重要參數(shù)在線分析檢測的實現(xiàn)，自動化已不再僅僅是對生產(chǎn)過程的控制方法和手段，而是真正成為全部工藝裝備中不可分割的組成部分，可以通過自動控制的有效作用，簡化或替代某些工藝裝備，從而大大降低生產(chǎn)成本和建設投資。如中國建筑材料科學研究院研制生產(chǎn)的在線鈣鐵分析儀雖然只能連續(xù)在線分析水泥生料中氧化鈣和三氧化二鐵的含量，但與多元素分析儀或小型多道X熒光光譜儀聯(lián)合使用，卻能顯著提高均化系數(shù)，使得生料均化庫的簡化成為可能。再如，美國MATRAX公司推出的中子活化在線物料成分分析儀，雖然售價高達數(shù)十萬美元，卻可以替代預均化堆場并降低對均化設備的要求，從根本上解決生料的配料和均化問題，從而大大降低生產(chǎn)線建設的總投資。