现代水泥工业电气自动化技术的探究

摘要：改革开放30年来，我国水泥工业是一直是污染严重，能源消耗大，劳动密集型工业，为使我国水泥工业更好地适应我国国民经济的发展和改革开放同时参与国际市场竞争的需要，实现水泥工业由“粗放型”向“集约型”转变，必须在水泥工业发展中加大采用新技术、新装备的力度，促进水泥装备大型化的进程。本文作者结合自身工作经验，阐述了自己的观念，供同行参考。

关键词：水泥电气自动化计算机控制系统

近几年，随着计算机技术、网络技术和先进的控制技术的飞速发展，大型PLC产品和集散系统的应用，使水泥的生产控制有了进一步的提高。工业电气自动化技术，是能够对工业生产过程实现检测、控制、优化。调度、管理和决策的综合性技术，在水泥工业中应用尤为显著。例如新型干法水泥生产工艺是连续性很强的工艺过程，并已实现了计算机系统的顺序和连锁控制，从过程控制的角度来看，水泥生产工艺是一个滞留时间长、时间常数大、外来干扰多、相互干扰关系复杂的过程。

1 水泥工业电气自动化新技术

信息的核心是信息网络，在当今自动化领域内，从现场层到管理层可经由以太网，实现信息的畅通无缝流通：把生产过程参数、质量、调度、备品备件、销售、财务、人事档案乃至管理决策纳入MIS网络.使工厂的生产控制和经营活动有机地结合在一起，实现现代化的科学管理;人机操作界面要便于故障的监测：对生产规模越大的生产线，要特别增强煤磨车间的防爆安全等级，对于设置低温余热发电的企业，整体安全等级SIL要高于一般企业：控制系统由集中向分散化发展;局部采用无线传输技术，既节约能源，又减少配线和维护费用;

在工艺要求调速的许多环节，如回转窑、单筒冷却机、输送设备、风机、水泵、空压机等，以交流变频调速取代调压调速、滑差调速以及直流调速;现场总线是用于现场仪表与控制系统之间的一种开放、全数字化、双向、多站的通讯系统，也必将成为水泥工业未来的发展趋势。

2 计算机控制系统

PLC集成控制系统处理开关量的能力、较快的速度、灵活的结构为系统的升级和扩展留有很大的余地，还有不可忽视的价格优势更使其得到迅速的发展。控制系统多采用对等式或客户机/服务器方式，在网络上由于以太网低廉的价格和通用的通讯设备使其占有绝对优势，选用的系统上一级通信网大多采用工业以太网，使系统更灵活，组态更易扩展，具有较高性能价格比的PLC集成控制系统推动了中小规模水泥厂计算机控制系统的应用。

DCS集散控制系统是一个由过程控制级和过程监控级组成的以通信网络为纽带的多级计算机系统。是计算机技术、系统控制技术、网络通讯技术和多媒体技术相结合的产物，可提供窗口友好的人机界面和强大的通讯功能，在控制思想、系统组态、软件编制、网络通讯等各个方面吸纳汇集了计算机应用技术开发的最新成果，使生产过程控制的系统性、可靠性、先进性、实用性与综合经济效益达到了较完美的统一，其基本思想是分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活、组态方便。DCS系统以其高可靠性、开放性、灵活性、易于维护、协调性、控制功能齐全等优点，广泛应用于我国大中型水泥生产线，效果良好。

2.1 系统特点 DCS系统由过程控制级、控制管理级和通讯网络等部分组成，具有通用性强，控制功能完善，数据处理方便，显示操作集中，安装简单规范，调试方便，运行可靠等特点。可由专用的管理计算机站、操作员站、工程师站、记录站、现场控制站和数据采集站等组成，也可由通用的服务器、工业控制计算机和可编程控制器构成。国内外大中型水泥厂多年运行情况表明，采用该系统可以提高自动化和管理水平，改进产品质量，降低能耗，提高劳动生产率，保证安全生产，从而创造良好的经济和社会效益。

2.2 系统配置

2.2.1 过程控制级

① 原料控制站：设在原料电力室内，完成石灰石储库及输送、原料调配、辅助原料输送等的生产过程控制;② 原料粉磨控制站：设在原料粉磨电力室内，完成原料粉磨及废气处理至生料均化库顶的生产过程控制：③ 烧成窑尾控制站：设在烧成窑尾电力室内，完成生料均化库底、生料入窑系统、窑尾、窑中的生产过程控制;④烧成窑头控制站：设在烧成窑头电力室内，完成烧成窑头及冷却机系统、熟料输送及熟料储存的生产过程控制，⑤煤粉制备控制站：设在煤磨电力室内，完成煤予均化及输送、煤粉制备及输送系统的生产过程控制。⑥水泥粉磨控制站：设在水泥粉磨电力室内，完成石膏破碎及输送、水泥调配站、水泥粉磨至水泥库顶的生产过程控制;⑦水泥包装控制站：设在水泥包装电力室内，完成水泥库底至水泥包装系统及水泥散装库顶的生产过程控制。

2.2.2 控制管理级控制管理级是由中央控制室的多台操作站、工程师站等组成。根据操作的需要在中央控制室设置了不同数量的操作站，以完成对其所控制范围生产流程的监控。

2.2.3计算机网络网络是将过程控制站、操作站以及工程师站等相连接，以达到集散控制系统的分散控制，集中监视和操作管理的目的。

2.3 系统功能 DCS系统控制算法丰富，集连续控制、顺序控制和批处理控制于一体，可实现串级、前馈、解耦、自适应和预测控制等先进控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。控制系统的功能由以下三部分组成：

2.3.1过程控制级一般由分散的现场控制站、数据采集站等就地实现数据采集和控制，并通过数据通信网络传送到生产监控级计算机。生产监控级对来自过程控制级的数据进行集中操作管理，如各种优化计算、统计报表、故障诊断、显示报警等。随着计算机技术的发展，DCS可以按照需要与更高性能的计算机设备通过网络连接来实现更高级的集中管理功能.如计划调度、仓储管理、能源管理等。

2.3.2控制管理级设于中控室内，完成对其所控制范围生产流程的监控。操作站之间可以相互备份，并可完成如下控制功能：

① 数据、图形和状态的显示;② 历史数据的存档;③故障声响报警、记录打印、状态显示：④ 定时报表打印;⑤ 实时动态调整回路参数 ⑥ 优化控制参数等。

2.3.3计算机网络中所有的控制站及设在控制室中的操作站，均作为计算机控制系统网络上的一个节点。

2.3.4在中控室的计算机DCS上位网络设置工厂信息管理系统(MIS或ERP)的接口，从而为加强本项目信息化的管理能力，进一步提高工厂管理水平奠定基础。

当前，大型水泥厂电气自动化的设计优化正在向控制智能化、系统网络化和管理信息化的方向发展。现场总线技术、网络技术和信息技术的发展，使得现场层更加深入到测控设备核心，管理层由生产管理向企业总体资源规划发展，从而形成控制、管理为一体的集成化网络环境。因此，需要提高水泥企业的自动化水平，走进市场，寻求管理模式的突破，使电气自动化技术发挥其应有的作用。