水泥厂自动化控制

【摘 要】水泥工业现代化进程对各项技术经济指标的要求日益提高,传统的人工分析检测方法已不能满足,用自动分析检测仪器取代人工是必然的发展趋势,将使生产工艺过程更加稳定合理,进而取得更好的经济效益.本文对水泥生产常用的自动检测仪器进行综述.

【中图分类号】TU354【文献标识码】【文章编号】1674-3954（2011）03-0313-02

水泥生产自动化已经成为国内大型水泥厂新型干法生产工艺线不可缺少的配置,自动化技术和产品的需求将日益迫切,这必将推动水泥厂整体工艺技术水平的大幅提高,自动化是水泥工业的现代化必经之路.

一、水泥厂自动控制对象及特点

1.水泥厂自动控制参数类型

（1）开关量：电动机开停、联锁、故障报警信号阀门开启信号；料位报警信号等.

（2）模拟量：料位（料库料位、中间仓料位等）；流量（人窑生料流量等）；转速（风机转速、回转窑转速等）；电流（高温风机电流、窑主传动电流、提升机、电流等）；温度（各级旋风筒出口温度、大型设备轴瓦温度等）；压力（各级旋风筒出口压力、窑头罩压力等）；阀位（各风阀的开度等）；成份（电收尘含量等）.

这些参数可分为“生产性参数”和“安全性参数”.“生产性参数”是指对生产有直接或间接帮助,对操作有指导意义的,如各级旋风筒出口温度、压力等；“安全性参数”是指对设备的安全运行有直接关系,可以减少非计划性停产,如设备轴瓦温度、窑困体温度等；而有些参数既是“生产性参数”又是“安全性参数”,如窑尾电收尘CO含量等.区分这些参数,有利于确定合理的报警点和报警范围.

2.水泥厂自动控制系统划分

根据水泥厂工艺流程特点,一般将主要生产线划分成4一5个集中控制系统：

（1）原料制备系统：包括石灰石破碎及原料入库；

（2）生料制备系统：由原料配料库经原料粉磨至生料库顶止；

（3）烧成系统：由生料均化库库底出料,经窑尾及废气处理,喂料系统、回转窑、熟料破碎至熟料库顶止,还包括煤粉制备系统；

（4）水泥粉磨系统：由熟料库底出料,经水泥磨、水泥输送至水泥顶止水泥包装系统水泥库底至水泥包装,包括散装库.

二、中小水泥厂自动控制系统发展历史及模式

1、分散一仪表控制：它由常规的一次仪表,二次仪表以及各种继电器、保护装置组成,各车间设置车间控制室及配电室,对本车间的生产设备进行操作控制并实施各种联锁保护；各车间控制通常设有仪表盘、模拟盘及操作台,对本车间生产参数进行显示、报警、控制.它是水泥生产线上的各个生产车间内部相对独立并且较为简单的生产过程控制,车间与车间之间的联系相对较少,但操作简单,投资相小.这种控制模式盛行于70年代,目前,一些中小型水泥厂还有不少采用这种控制方式.

2、集中一仪表控制：设立控制室,把分散的车间控制集中到控制室进行集中控制与操作.电机开停逻辑控制采用PLC,过程变量则在中控室采用大型仪表控制盘,实现集中监控,集中管理.这种控制模式,80年代曾流行一时,但它需耗费大量的控制电缆,随着集散控制系统的出现,目前已很少采用.

3、DCS译为“分布式控制系统”或“分散式控制系统”,根据其主要功能特点,通常称为“集散控制系统”.从80年代初期问世以来,经过不断的发展与完善,目前已成为冶金、石化、电力、建材等工业部门普遍选用的过程自动化计算机控制系统DCS是基于分散控制,集中操作管理的控制思想,以分散控制设备来适应分散的过程对象,并将它们通过数据高速公路与基于CRT的操作站相连接.一个完整DCS系统,由三个基本部分组成

操作站：亦称上位机,一般设置在中控室内.

现场控制站：亦称下位机,包含回路控制和顺序控制,一般设置在生产车间检测控制对象近旁的电机控制中心.

数据高速公路；亦称数据总线,沟通上下位机间通讯.

DCS系统取代了传统的二次模拟仪表,大型仪表控制室及设备间联锁用的大量的各种各样的继电器和电缆；改革了传统的生产组织管理方式,使水泥工业自动化向前迈进了一大步.

（1）传统的DCS系统：早先的DCS系统一般由仪表厂家生产,我们习惯上称为传统的系统.起先它们大都是自我封闭的,没有按照一种工业标准来生产制造,后来开始提出了开放系DCS结构.而各制造商虽言称自己的产品朝开放系统发展,但是,他们为了自身的利益,对开放系统的定义各不相同,因而不同厂商的产品在硬件上的兼容性、软件的可转移性、应用的可操作性上很难达到统一,所以,早期的DCS系统,都很昂贵.

（2）PLC型DCS系统：为了降低中小水泥厂自动化的投资,一些设计院尝试着将PLC和个人计机用网络联接起来,组成一个分散控制、集中操作管理的控制系统,它在结构型式和功能上同系统基本相似,俗称PLC型DCS系统.

PLC早先用于电动机的顺序控制,当应用了微处理器后,PLC也具有PID调节及处理过程变量的功能,由于其便宜、可靠性高、扫描周期短,因此应用越来越广；同时,由于微机在市场上到处可以写到,万一发生故障,造成的问题也比较容易解决；更为重要的是,越来越多的软件公司为微机开发了许多实时多任务的工业控制软件,并能与各生产厂家的PLC进行联网通讯,一起组成一个分散控制、集中操作管理的控制系统,在上比传统的DCS要低很多.90代初期以来,PLC型DCS在中小水泥厂的应用越来越广.

我们在中小水泥厂工程设计中,采用了PLC型DCS系统,如丹徒水泥厂日产500T熟料带余热发电窑生产线,马钢桃冲水泥厂日产600T水泥生产线.（见图1）.

整个自动控制系统分布实施,本期采用PLC型DCS系统先行建成窑头现场站,窑尾现场站和窑系统中控室,其它车间只采用继电器控制加常规仪表的形式,二次仪表均采用型仪表,控制室预留位置待条件成熟时很方便的建成生料磨现场控制站、水泥磨现场控制站.窑系统中控室可扩展成全厂控制室,最终形成覆盖全部生产线的集散型控制系统,而原有仪表系统可作为备用系统,提高系统可靠性.

窑系统DCS配置

硬件构成：a)窑头控制室设两台操作员站,选用COROSDS一B45,PG760,21#彩显,双机热备份.

b)窑头现场站,窑尾现场站由S5一155U系列各功能模块组成

c)上、下位采用SINECL2数据通讯.

软件构成：系统组态软件采用WINCC,PLC编程采用STEP5.

图马钢桃冲水泥厂集散型控制系统框图程采用团阻.

实践证明,这样的实施步骤与实施方案,比较符合中小型水泥厂的实际情况,是一种简单易行、生产可靠、适中、技术先进的自动化系统.

三、水泥厂自动控制展望

1、随着计算机产业的迅速发展和国民经济的不断增长,以仪表型DCS系统或PLC型DCS系统为代表的集散型控制系统将在中小水泥厂过程控制中获得越来越多的应用,不仅仅是水泥生产线的主工艺生产线,而且会覆盖整个水泥生产线.

2、当前自动化的热点是现场总线,有专家认为现场总线将逐步取代传统的DCS系统,给工业自动化的过程控制领域带来又一场革命.现场总线是一个计算机网络,是由现场仪表和控制室系统之间的一种全数字化、双向、多站的通信系统.现场总线将改变传统的DCS的输人输出模式.各种智能化仪表及全数字化的现场控制装置的使用,可以将原采用传统DCS完成PID的控制功能及其它的一些控制功能下放到现场的智能仪表及全数字化的控制装置中,这样,传统的DCS的功能及优势将丧失,取而代之的将是基于现场总线及智能化仪表的现场总线控制系统.

3、DCS系统或未来的现场总线控制系统,都只是解决水泥生产的过程控制问题,而诸如生产分析、统计、预测、类比、存档等功能几乎没有.随着科学技术的发展和竞争的日益加剧,生产管理信息系统（包括实时工艺流程图、实时历史趋势曲线、实时生产工艺参数查询、质量管理、生产分析、生产报表、材料管理、设备管理、销售管理等)将通过网络覆盖生产部门、技术部门、销售部门、质量控制部门、厂长办公室、生产调度办公室.现代化水泥工厂自动化将是由或现场总线控制系统实现的水泥生产线过程,自动化和由生产管理信息系统实现的水泥厂管理自动化两部分组成,二者通过网络连成一个整体.