【水泥人網(wǎng)】摘要:
??? 1序言?
??? 近十多年來，水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)規(guī)模越來越大型化，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線的檢測(cè)與自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)也得到了迅速發(fā)展并趨于成熟，成功的例子很多。相比而言，由于水泥立窯受其生產(chǎn)工藝、投資規(guī)模、臺(tái)時(shí)產(chǎn)量的影響，立窯的計(jì)量與自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢，也走了很多彎路。在計(jì)量方面，物料計(jì)量從斗式秤、圓盤秤到失重秤，從恒速秤、間歇式皮帶秤到直流、變頻調(diào)速式皮帶秤，從螺旋秤、沖擊流量計(jì)到轉(zhuǎn)子秤；水流量計(jì)量從轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦街流量計(jì)到克里奧流量計(jì)。在自動(dòng)化方面，也經(jīng)歷了從無到有、從極個(gè)別的二型儀表到局部的三型儀表使用，從局部的單臺(tái)計(jì)算機(jī)控制到只有參數(shù)檢測(cè)、很少參與控制的局域網(wǎng)系統(tǒng)，且使用的成效與運(yùn)行的可靠性都很不理想，立窯自動(dòng)化實(shí)際上在較長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)處于一種困境。
??? 隨著DCS系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用與現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的要求也不斷提高。在系統(tǒng)的開放性方面，希望各個(gè)廠家的產(chǎn)品具有互操作性、互換性、可替代性、可擴(kuò)充性（可增值性）和多臺(tái)支持（可移植性）。在系統(tǒng)的功能方面，要求實(shí)現(xiàn)的算法更多，實(shí)現(xiàn)的控制目標(biāo)更高，系統(tǒng)功能更趨綜合化。在系統(tǒng)的自診斷功能方面，要求自診斷功能盡善盡美、準(zhǔn)確無誤。其他方面，如系統(tǒng)的易操作性、可靠性、低成本等要求更加苛刻。在
這種情況下，水泥生產(chǎn)過程與生產(chǎn)管理呈現(xiàn)了這樣的趨勢(shì):
??? （1）控制的自動(dòng)化水平越來越高，從經(jīng)典的PID調(diào)節(jié)、反饋、前饋回路控制逐步發(fā)展到批次控制、集散控制、面向?qū)ο蟮膬?yōu)化控制、人工智能的專家控制、模糊控制、自學(xué)習(xí)功能等，對(duì)單一參數(shù)、單一目標(biāo)的控制逐步發(fā)展到多參數(shù)多目標(biāo)控制，考慮到多種擾動(dòng)的影響對(duì)其進(jìn)行校正、補(bǔ)償，算法和知識(shí)庫的建立等越來越復(fù)雜，越來越要做大量細(xì)致地工作，并顯得尤為重要。
??? （2）生料配料、水泥配料和窯、磨、破碎等對(duì)象優(yōu)化控制、自適應(yīng)控制或人工智能專家系統(tǒng)，要求通過計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)自身實(shí)現(xiàn)，即不再附加其它計(jì)算機(jī)硬件。目前采用IPC與網(wǎng)絡(luò)通訊組成的控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)的支撐軟件的要求已不僅僅是其功能多么強(qiáng)大、內(nèi)容多么豐富，而是對(duì)其具有不同對(duì)象的用戶再開發(fā)能力的需求日漸重要。系統(tǒng)軟件如能支持多種流行的高級(jí)語言，用戶根據(jù)各個(gè)特殊控制對(duì)象的不同要求能實(shí)現(xiàn)自己的控制策略，那將對(duì)行業(yè)的針對(duì)性的軟件開發(fā)、對(duì)系統(tǒng)內(nèi)容豐富與軟件的完善都提供了重要的手段。
??? （3）現(xiàn)場(chǎng)智能化儀表普遍使用。
??? （4）數(shù)字化的直流調(diào)速、變頻控制器、軟啟動(dòng)裝置、開關(guān)元器件等將迅速得到廣泛應(yīng)用。
??? （5）人工的干預(yù)越來越少，操作的點(diǎn)越來越集中，操作方式越來越軟件化。
??? （6）控制系統(tǒng)的功能越來越向綜合性發(fā)展，CRT的作用越來越強(qiáng)。
??? （7）數(shù)字信號(hào)越來越深入現(xiàn)場(chǎng)，控制將進(jìn)一步分散，故障點(diǎn)的影響面將越來越小，控制系統(tǒng)的投資將大幅度下降。
??? （8）企業(yè)管理信息系統(tǒng)（MIS）、企業(yè)資源規(guī)劃（ERP）等信息化管理技術(shù)已在一些先進(jìn)的水泥企業(yè)成功應(yīng)用，企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理信息化與生產(chǎn)過程控制一體化也正在得到迅速發(fā)展，電子商務(wù)也正在為改變企業(yè)的經(jīng)營(yíng)、管理模式發(fā)揮其越來越大的作用。
??? 近幾年來，水泥立窯工藝也發(fā)生了較大的變化，比如大磨群窯工藝，大徑窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量也有了較大幅度的提高，輥壓磨、立磨、高產(chǎn)高細(xì)磨、高效選粉機(jī)和小型預(yù)均化堆場(chǎng)等性能優(yōu)良的設(shè)備及工藝技術(shù)，已在立窯水泥企業(yè)得到廣泛地應(yīng)用；收塵設(shè)備的高效與耐用都給立窯開辟了廣闊的前景，特別是生產(chǎn)的連續(xù)性將大大提高，這給自動(dòng)化的應(yīng)用奠定了新的基礎(chǔ)，同時(shí)也可以借鑒回轉(zhuǎn)窯廠的一些成功經(jīng)驗(yàn)。正是要與立窯技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)，立窯生產(chǎn)線不能沒有自動(dòng)化；不能沒有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；不能沒有高效的現(xiàn)代的數(shù)字信息管理系統(tǒng)；更不能沒有高可靠性的檢測(cè)與計(jì)量系統(tǒng)。但是我們必須強(qiáng)調(diào)：要想使得自動(dòng)化系統(tǒng)真正為立窯生產(chǎn)過程發(fā)揮應(yīng)有的效用，就一定要實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥生產(chǎn)線的全過程的控制。
2自動(dòng)化?
??? (1)DCS方案
??? 80年代中期以來，我國(guó)立窯水泥廠的自動(dòng)化水平有了較大提高,一些自動(dòng)化新技術(shù)、新產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用。S型數(shù)字儀表、智能儀表替代了故障率高、可靠性差的DDZ－Ⅱ型儀表，并采用了交流變頻器、軟起動(dòng)器等新型電氣傳動(dòng)裝置。機(jī)立窯生產(chǎn)線自控系統(tǒng)模式從儀表過程控制加常規(guī)繼電器起停控制過渡到局部的計(jì)算機(jī)加PLC控制，到今天的DCS控制。DCS即集散型控制系統(tǒng)，其特點(diǎn)為集中操作、分散控制。但經(jīng)過多年的研究試驗(yàn)，目前機(jī)立窯尚不能實(shí)現(xiàn)完全的閉門煅燒，窯面布料與卸料的平衡操作、呲火處理、異常窯況處理等，還必須由窯面看火工手工操作。針對(duì)立窯的這一特殊性，宜采用以下三種方案：一是分散控制、分散操作的方案，即在立窯生產(chǎn)線各主要工段分別設(shè)置DCS控制站和操作站，各控制站和操作站只對(duì)本工段的設(shè)備起停和工藝參數(shù)進(jìn)行顯示、控制和操作。二是設(shè)置中央控制室，操作站集中置于中控室，另在窯面控制室設(shè)一小型操作站（如OP操作屏）,中控室內(nèi)的燒成操作站與現(xiàn)場(chǎng)操作站作協(xié)調(diào)控制與監(jiān)測(cè)。三是不設(shè)窯面現(xiàn)場(chǎng)操作站，全線在中央控制室操作控制，研究開發(fā)窯面智能操作機(jī)械手、智能布料機(jī)，并配套安裝新型的針孔看火裝置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)窯面的遠(yuǎn)程操作處理與控制。對(duì)DCS中的電源模塊、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用冗余配置，變送儀表采用精度高、調(diào)整方便通訊能力強(qiáng)、高可靠性的智能型儀表，全面提高檢測(cè)控制系統(tǒng)的可靠性。
??? 立窯水泥廠規(guī)模較小，投資少，因此,我們?cè)贒CS的選型上，面向價(jià)格較低的國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)和利用PLC集成的PCS系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)經(jīng)過多年的努力,技術(shù)上已十分成熟，且擁有完全的中文界面，便于技術(shù)人員和操作人員的掌握。而PCS系統(tǒng)則具有價(jià)格低廉、可靠性高的優(yōu)勢(shì)，如西門子公司S7系列產(chǎn)品。
??? DCS是生產(chǎn)與管理自動(dòng)化綜合系統(tǒng)，它包括了調(diào)度管理、配料控制、生產(chǎn)線熱工參數(shù)檢測(cè)控制、喂料喂煤的計(jì)量控制和設(shè)備起停聯(lián)鎖控制等功能。有條件的企業(yè)，可以預(yù)留通訊接口以便掛接企業(yè)管理網(wǎng)。對(duì)于異地建廠的集團(tuán)企業(yè)或有技術(shù)單位支持的企業(yè)，可通過電話線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程管理。
(2)原燃料質(zhì)量控制
???? 對(duì)于大磨群窯工藝或生產(chǎn)規(guī)模較大的企業(yè)可以建立長(zhǎng)條形小型石灰石預(yù)均化庫或圓形石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)，設(shè)立一個(gè)DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站或PC站。對(duì)于長(zhǎng)條形小型石灰石預(yù)均化庫，自動(dòng)控制進(jìn)料皮帶小車，實(shí)現(xiàn)往復(fù)均勻布料或定點(diǎn)下料，控制預(yù)均化庫底卸料電振機(jī)的開停，實(shí)現(xiàn)搭配出料。對(duì)于圓形石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)，自動(dòng)控制皮帶布料機(jī)和取料機(jī)以及出料拉鏈機(jī)的運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)石灰石原料的均勻布料和均勻出料，提高系統(tǒng)的可靠性與預(yù)均化效果。
采用全自動(dòng)煤質(zhì)分析儀或氧彈式發(fā)熱量快速測(cè)定儀，自動(dòng)分析進(jìn)廠原煤的質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確配煤與合理搭配使用。
(3)生料配料及粉磨工段
??? 采用DCS的生料控制站，配備QCS控制軟件，加上取樣器、分析儀、調(diào)速皮帶秤、數(shù)字磨音測(cè)量?jī)x和少量熱工儀表構(gòu)成生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有生料配方優(yōu)化計(jì)算、配料的實(shí)時(shí)控制、磨機(jī)負(fù)荷控制、參數(shù)顯示和報(bào)表打印等功能。
??? 過去立窯水泥廠多使用鈣鐵分析儀，這種分析儀雖然價(jià)格便宜，但它只能分析CaO、Fe2O3,不能滿足快速分析出水泥廠其它常用化學(xué)成分的需要，也不利于充分發(fā)揮QCS的控制優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)率值的控制。因此，建議采用小型多元素分析儀，如牛津的Lab－X3000和飛利浦的Minimate，其中飛利浦的小型分析儀價(jià)格較牛津的低些，更為適合立窯水泥廠。采用QCS配料控制系統(tǒng),在原燃材料化學(xué)成分與水分滿足一定條件下,入窯生料三個(gè)率值在原有基礎(chǔ)上可提高15％～20％。
??? 對(duì)球磨機(jī)采用電耳檢測(cè)磨音輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制入磨物料的總量，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷控制，保證球磨機(jī)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。對(duì)立磨系統(tǒng)檢測(cè)磨機(jī)進(jìn)出口壓差信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制入磨物料的總量，控制立磨負(fù)荷；立磨系統(tǒng)出磨風(fēng)溫穩(wěn)定控制，立磨系統(tǒng)振動(dòng)檢測(cè)及控制。對(duì)輥壓磨系統(tǒng)檢測(cè)溫度、壓力和輥縫等信號(hào)，由PLC自動(dòng)控制輥壓磨運(yùn)行；檢測(cè)入料倉的料重，穩(wěn)定磨機(jī)循環(huán)量，自動(dòng)控制輥壓磨系統(tǒng)負(fù)荷。采用小型PLC控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制生料均化庫的分區(qū)循環(huán)吹風(fēng)，實(shí)現(xiàn)生料的攪拌均化，提高入磨生料的合格率。
(4)燒成工段
??? 設(shè)置DCS燒成站。自動(dòng)檢測(cè)機(jī)立窯熱工參數(shù)，自動(dòng)控制預(yù)加水成球，自動(dòng)檢測(cè)和糾正立窯偏火。動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖、趨勢(shì)圖、棒圖、偏火畫面和報(bào)警圖。
??? 主要檢測(cè)參數(shù)：燒成帶溫度、廢氣溫度、入窯風(fēng)壓、入窯風(fēng)量、入窯生料量、成球加水量、轉(zhuǎn)速、位置、煙氣中CO含量等。
主要控制參數(shù)：機(jī)立窯卸料電機(jī)轉(zhuǎn)速、腰風(fēng)閥門開度、生料喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速、加水調(diào)節(jié)閥門開度、羅茨風(fēng)機(jī)放風(fēng)閥門開度或轉(zhuǎn)速（采用變頻調(diào)速）。
??? DCS自動(dòng)調(diào)節(jié)入窯喂料量，自動(dòng)調(diào)節(jié)水流量，從而實(shí)現(xiàn)料水跟蹤控制。
??? 值得注意的是：立窯燒成系統(tǒng)的控制要想取得突破性進(jìn)展，必須做好三件事：一是選擇好入窯生料和水的計(jì)量檢測(cè)裝置；二是選擇優(yōu)質(zhì)的新型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；三是盡快開發(fā)出窯面智能操作機(jī)械手、智能布料機(jī)，并配套安裝新型的針孔看火裝置。
(5)水泥磨工段
??? 設(shè)立DCS控制站，自動(dòng)檢測(cè)磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)控制入磨物料配比，自動(dòng)控制磨機(jī)負(fù)荷。動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖、趨勢(shì)圖、配料控制畫面和報(bào)警圖。
主要檢測(cè)參數(shù)：磨音、各調(diào)速皮帶秤轉(zhuǎn)速、瞬時(shí)流量、磨機(jī)系統(tǒng)工藝參數(shù)、入磨物料化學(xué)成分。
??? 主要控制參數(shù)：入磨的喂料量、各物料成分的配比、工藝管道閥門開度、轉(zhuǎn)速等。
(6)變電所監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)
??? 自動(dòng)檢測(cè)變電所高低壓系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，對(duì)總降或現(xiàn)場(chǎng)的高壓柜采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，取代傳統(tǒng)的繼電器保護(hù)方式，提供完善的保護(hù)性能，保證參數(shù)設(shè)定方便，動(dòng)作靈敏準(zhǔn)確，并可與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)控制高低壓供電系統(tǒng)分合閘，具有報(bào)警及故障判斷功能。
主要監(jiān)測(cè)參數(shù)：各供電回路的電流、電壓、分合閘狀態(tài)和報(bào)警信息。
??? 主要顯示控制功能：顯示電流、電壓、有功無功功率、有功無功電度、功率因數(shù)等，實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、自動(dòng)選線控制和分合閘操作等。
(7)其他檢測(cè)與控制新技術(shù)
??? 采用超聲波式或雷達(dá)式料位計(jì)連續(xù)檢測(cè)原料庫、生料庫、熟料庫和水泥庫等大型圓庫的料位，將料位信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為生產(chǎn)控制及生產(chǎn)管理提供準(zhǔn)確的庫存數(shù)據(jù)。
采用工業(yè)電視系統(tǒng)在中控室遠(yuǎn)距離監(jiān)視生產(chǎn)線上設(shè)備的運(yùn)行狀況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。
對(duì)單管、雙管螺運(yùn)機(jī)和立窯塔篦子等喂料卸料設(shè)備，采用變頻調(diào)速技術(shù)，提高設(shè)備調(diào)速精度，穩(wěn)定下料量。立窯羅茨風(fēng)機(jī)等大型風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以顯著降低設(shè)備運(yùn)行電耗。
??? 對(duì)低壓電機(jī)采用電子式軟起動(dòng)器，可以根據(jù)設(shè)備的起動(dòng)特性設(shè)定起動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)電流倍數(shù)，改善電機(jī)起動(dòng)性能，降低沖擊電流，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。低壓電機(jī)采用電子式電機(jī)保護(hù)器取代熱繼電器，電子式電機(jī)保護(hù)器可提供速斷、過流和缺相等多種保護(hù)功能，保護(hù)動(dòng)作靈敏準(zhǔn)確，并具有較強(qiáng)的通訊功能。
??? 對(duì)大型繞線電機(jī)采用液體變阻器起動(dòng)和靜止式進(jìn)相器就地補(bǔ)償，對(duì)大型鼠籠電機(jī)采用熱變電阻起動(dòng)和高壓電容器就地補(bǔ)償，可降低電機(jī)的起動(dòng)電流，提高功率因數(shù)，降低運(yùn)行電耗。
3計(jì)量?
??? (1)生料配料各組分的計(jì)量
??? 水泥生產(chǎn)過程中，生料質(zhì)量對(duì)熟料及水泥質(zhì)量起著極其重要的作用，對(duì)于機(jī)立窯煅燒熱工制度的穩(wěn)定以及降低熱耗也有很大影響，而配料計(jì)量設(shè)備的性能對(duì)生料質(zhì)量的好壞至為關(guān)鍵。采用計(jì)量精度高、工作穩(wěn)定的TDG－Ⅴ型調(diào)速皮帶秤作為生料配料秤是實(shí)現(xiàn)生料質(zhì)量控制的基本保證。該秤集計(jì)量與喂料為一體，秤體框架采用折變成型的箱形結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)合理，鋼度大，穩(wěn)定性好；稱重傳感器采用雙連孔型高精度金屬波紋管密封傳感器，具有抗側(cè)向力、抗沖擊、抗振、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；采取了多種防揚(yáng)塵和穩(wěn)定精度的技術(shù)措施。電控方面采用變頻調(diào)速，速度調(diào)節(jié)精度高，工作可靠。微機(jī)控制器采用高可靠性的工業(yè)級(jí)芯片，按工業(yè)控制機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，具有完善的通訊功能與故障自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警功能。調(diào)速皮帶秤是通過稱量機(jī)構(gòu)將皮帶上的載荷傳遞給稱重傳感器，稱重傳感器輸出荷重信號(hào)，皮帶的速度是由測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)后輸出速度信號(hào)，兩種信號(hào)送至控制器中，經(jīng)計(jì)算后得到實(shí)際給料流量。因此，該秤具有標(biāo)定容易、可控性好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)。其動(dòng)態(tài)計(jì)量誤差小于1％。
(2)入窯生料量的計(jì)量
??? 建議采用新型變頻轉(zhuǎn)子秤作為立窯入窯生料的計(jì)量與控制。該秤由給料機(jī)與轉(zhuǎn)子秤體兩部分組成，給料機(jī)采用回轉(zhuǎn)型、多分格、帶攪拌、多層式結(jié)構(gòu)，可有效地消除倉壓的影響，防止沖料；多分格結(jié)構(gòu)保證喂料均勻、受控性好；攪拌裝置可防止物料架橋、堵塞，使物料處于松散狀態(tài)，保持一定的密度。轉(zhuǎn)子秤體的支撐與進(jìn)出料口在同一軸線上，并與外界柔性連結(jié)。轉(zhuǎn)子將物料由進(jìn)料口旋轉(zhuǎn)帶至出料口，由于物料從進(jìn)料口到出料口的輸送過程中偏離支撐軸線，即對(duì)軸線產(chǎn)生一力矩，其力矩被稱重傳感器作為支反力測(cè)得，其信號(hào)與轉(zhuǎn)子中物料的重量成正比。因此，轉(zhuǎn)子秤喂料穩(wěn)定、均勻、密封性好，計(jì)量裝置靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，計(jì)量控制范圍大，小流量時(shí)仍能達(dá)到較高的計(jì)量精度，系統(tǒng)誤差小于1％。
(3)預(yù)加水水量的計(jì)量
??? 預(yù)加水水量的計(jì)量建議采用電容式渦街流量計(jì)或克里奧流量計(jì)。渦街流量計(jì)是通過發(fā)生體產(chǎn)生的旋渦，使檢測(cè)元件產(chǎn)生微小的偏移，從而在檢測(cè)元件上產(chǎn)生相應(yīng)的電容變化，即轉(zhuǎn)變成電信號(hào)。因此，它不受水質(zhì)的影響，抗干擾能力強(qiáng)，計(jì)量液體時(shí)精度可達(dá)0.5％，無易損件，能在惡劣工況下運(yùn)行?？死飱W流量計(jì)是根據(jù)克里奧利力原理制成的質(zhì)量流量計(jì)，它的計(jì)量精度高，抗干擾能力強(qiáng)，對(duì)介質(zhì)工況變化的適應(yīng)能力更強(qiáng)。
(4)熟料的計(jì)量
??? 由于熟料溫度較高，宜采用核子秤計(jì)量。
(5)水泥配料組分的計(jì)量
??? 水泥配料組分的計(jì)量同生料的計(jì)量，采用TDG－V系列變頻調(diào)速皮帶秤。
(6)其他
??? 除上述物料流量的計(jì)量外，對(duì)變電所主要配電回路和大型用電設(shè)備供電線路，采用有功與無功數(shù)字電度表計(jì)量其用電量。
?
?
【作者:邱文斗、蔡贛嬰】
