關(guān)于新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制的應(yīng)用淺談

李杰 崔伯河

摘要：新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)，相對(duì)于以往的回轉(zhuǎn)窯工藝，有著高質(zhì)量、高產(chǎn)量、高環(huán)保、低能耗等眾多優(yōu)點(diǎn)，并且隨著我國(guó)生產(chǎn)企業(yè)“節(jié)能降耗”標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，智能高效的自動(dòng)控制系統(tǒng)更是在新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)承擔(dān)著越來(lái)越中的角色?；诖?，本文以金昌水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠為例，以TIA的選擇需求為論述起點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際，從“現(xiàn)場(chǎng)控制”與“車(chē)間控制”兩方面進(jìn)行分析，以期通過(guò)自動(dòng)控制的簡(jiǎn)單操作，有效管控新型干法水泥生產(chǎn)全線(xiàn)，不僅實(shí)現(xiàn)降低能耗的生產(chǎn)要求，更能夠?qū)崿F(xiàn)水泥生產(chǎn)線(xiàn)穩(wěn)定與高產(chǎn)的愿景。

關(guān)鍵詞：新型干法;自動(dòng)控制;實(shí)踐應(yīng)用;水泥生產(chǎn)

水泥是建筑行業(yè)基礎(chǔ)的建材，更是社會(huì)發(fā)展的剛需。隨著城市化發(fā)展步伐不斷加快，我國(guó)水泥行業(yè)以迅猛之姿蓬勃發(fā)展，歷經(jīng)幾十年，當(dāng)前我國(guó)水泥產(chǎn)量多年位居世界第一。但我國(guó)的水泥產(chǎn)業(yè)在整體上仍有著高能耗、低產(chǎn)量的不足問(wèn)題，并且生產(chǎn)工藝相對(duì)落后，水泥的品質(zhì)也存在一些問(wèn)題。因此，我國(guó)水泥行業(yè)正在積極探索用“新型干法”代替落后的“回轉(zhuǎn)立窯”工藝。縱然新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)有著單機(jī)容量大，生產(chǎn)線(xiàn)持續(xù)性、穩(wěn)定性強(qiáng)的諸多優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)于生產(chǎn)各單位的協(xié)調(diào)控制要求相對(duì)較高，因而更需要穩(wěn)定、高效、可靠、簡(jiǎn)便的自動(dòng)操作系統(tǒng)，才能夠保證水泥生產(chǎn)線(xiàn)穩(wěn)定高效、降耗增產(chǎn)、高質(zhì)少污地運(yùn)行，促進(jìn)水泥產(chǎn)業(yè)健康、持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展。

一、新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制對(duì)TIA的需求

TIA是西門(mén)子工業(yè)自動(dòng)化集團(tuán)發(fā)布的一款全新的全集成自動(dòng)化軟件，它能夠整合可利用的所有資源，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集中，讓企業(yè)內(nèi)的控制、管理更為優(yōu)化、便捷。它可以說(shuō)是一種自動(dòng)化控制理念，貫穿水泥企業(yè)整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、實(shí)施與運(yùn)行，為系統(tǒng)的集成方案提供思路。當(dāng)然，TIA集成理念所表達(dá)的“集成”內(nèi)涵具有全范圍屬性，既有“橫向”廣度上的集成，又有“縱向”深度上的集成。如，“橫向”集成性而言，要實(shí)現(xiàn)“易擴(kuò)散、高集成”的系統(tǒng)，就需要集成的廣度，在系統(tǒng)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)同層所有設(shè)備與信息的集成，從系統(tǒng)外部要實(shí)現(xiàn)硬件、軟件及信息之間的橫向集成。又如“縱向”集成性而言，要實(shí)現(xiàn)“高精準(zhǔn)、快決策”的系統(tǒng)，就需要集成的深度，在硬件、軟件及信息之間不同層次的集成，增加信息的數(shù)量，縮短決策的時(shí)間，加快系統(tǒng)的反應(yīng)（如圖1所示）。

二、新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制的應(yīng)用

1現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備自動(dòng)控制

1.1恒速電機(jī)設(shè)備自動(dòng)控制

在水泥企業(yè)中，恒速設(shè)備多為中低壓電機(jī)，廣泛應(yīng)用在自動(dòng)生產(chǎn)線(xiàn)的低壓系統(tǒng)配電、電氣傳動(dòng)及電動(dòng)控制設(shè)備等。如金昌水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠，這類(lèi)電機(jī)附帶著較多的信號(hào)，需要相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，因此，使用的西門(mén)子電機(jī)控制保護(hù)單元Simocode Pro。以水泥生產(chǎn)線(xiàn)最為常見(jiàn)的皮帶傳送電機(jī)為例，它需要Simocode Pro處理一些信號(hào)，不僅有控制信號(hào)，還有保護(hù)信號(hào)，因此，必須添加相應(yīng)的擴(kuò)展模塊，皮帶傳動(dòng)電機(jī)“啟、?！钡目刂菩盘?hào)連接至Simocode Pro的DI輸入點(diǎn)端子，而保護(hù)、監(jiān)控信號(hào)則連接至擴(kuò)展模塊，這樣就實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泥生產(chǎn)自動(dòng)化的控制。

1.2變速電機(jī)設(shè)備自動(dòng)控制

在水泥生產(chǎn)線(xiàn)中，諸如高壓風(fēng)機(jī)、窯磨傳動(dòng)裝置等需要較高的電壓維持運(yùn)行，點(diǎn)電機(jī)多為變速。針對(duì)于這類(lèi)變速高壓電機(jī)的控制，其控制的本質(zhì)就是對(duì)其中的高壓變頻器。而金昌水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠所使用的SIMOVERT MasterDrives，其控制方式主要包括端子與版面控制，將“高壓變頻器”看成縣長(zhǎng)總線(xiàn)的分站，其一切參數(shù)均由現(xiàn)場(chǎng)總站獲取，然后將這些獲取的信號(hào)傳輸?shù)椒终綪LC控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓變頻的自動(dòng)控制。

1.3特殊設(shè)備控制設(shè)計(jì)

除了恒速、變速的低、中、高電機(jī)設(shè)備外，新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)還擁有一些特殊設(shè)備，如，包裝機(jī)、篦冷機(jī)等，這類(lèi)特殊設(shè)備的自控控制系統(tǒng)通常由制造商提供，且有著自己的特殊性，但會(huì)預(yù)留兩種通信接口，PROFIBUS、硬件I/O，讓其能夠與其他控制系統(tǒng)相接，形成一個(gè)完整的水泥生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制系統(tǒng)。它只需要系統(tǒng)變成人員根據(jù)水泥常的工藝特點(diǎn)來(lái)使用這些特殊設(shè)備的控制系統(tǒng)信號(hào)，并不參與主站的控制。

2現(xiàn)場(chǎng)車(chē)間自動(dòng)控制

2.1現(xiàn)場(chǎng)控制站設(shè)計(jì)

如果把水泥生產(chǎn)線(xiàn)比作人體各項(xiàng)機(jī)能的運(yùn)作，那么現(xiàn)場(chǎng)控制站就承擔(dān)著“大腦”的角色，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)的關(guān)鍵，所有的控制能夠都能夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)控制站來(lái)實(shí)現(xiàn)。由此可見(jiàn)，水泥生產(chǎn)線(xiàn)制動(dòng)控制系統(tǒng)的安全性、可靠性、便捷性與現(xiàn)場(chǎng)控制站的設(shè)計(jì)有著很大的關(guān)系。所以，必須要重視車(chē)間控制站的設(shè)計(jì)、制作與安裝。

自動(dòng)控制系統(tǒng)需要非常好的實(shí)時(shí)性，這樣才能對(duì)水泥生產(chǎn)線(xiàn)有最精準(zhǔn)的控制，因此，在設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)控制站時(shí)，一般需要確保其具備足夠的算力與I/O速度。如金昌水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠的自動(dòng)控制系統(tǒng)，就包括14個(gè)車(chē)間控制戰(zhàn)，其中10個(gè)都帶有CPU，分管著不同的控制對(duì)象，在配置上也存在一定的差異。與此同時(shí)，其控制系統(tǒng)采用的雙環(huán)型工業(yè)以太網(wǎng)，擁有兩個(gè)以太網(wǎng)控制器，這樣就能夠保證其中一個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題后，另一個(gè)仍能夠正常維持水泥生產(chǎn)線(xiàn)的運(yùn)行。

2.2電氣控制柜設(shè)計(jì)

如果說(shuō)現(xiàn)場(chǎng)控制站扮演者水泥生產(chǎn)線(xiàn)的“大腦”，那么電氣控制柜則充當(dāng)著“手腳”，它是實(shí)現(xiàn)新型干法水泥生產(chǎn)工藝各個(gè)環(huán)節(jié)的供電與控制。

以石灰石破碎站為例，它作為系統(tǒng)的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)控制站，主要負(fù)責(zé)石灰石的破碎、篩選、傳送等，而石灰石電氣控制柜則負(fù)責(zé)工作各個(gè)環(huán)節(jié)的供電、工作及控制。如，高壓電氣控制柜，控制著破碎機(jī)將石灰石粉碎;低壓電氣柜則控制多個(gè)設(shè)備的供電、控制，并且還會(huì)設(shè)計(jì)備用回路，且標(biāo)注相應(yīng)的電流、電壓、電機(jī)功率電纜型號(hào)等參數(shù)。

總而言之，本位以金昌水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠為例，討論了新型干法水泥生產(chǎn)線(xiàn)自動(dòng)控制的主要對(duì)象及控制要求，并介紹了TIA控制理念模型及控制要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)線(xiàn)的集中控制。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張朝兵. 新型干法水泥生產(chǎn)技術(shù)優(yōu)化與節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用[J]. 建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)， 2018， 000（034）：3824.

[2] 李華橋， 高一明. 全集成自動(dòng)化控制系統(tǒng)——TIA在1200t液壓成形機(jī)中的應(yīng)用[C]// 西門(mén)子自動(dòng)化專(zhuān)家會(huì)議. 西門(mén)子（中國(guó)）有限公司， 2010.

[3] 陳作炳， 李立峰. 西門(mén)子SIMOCODE在水泥廠電機(jī)保護(hù)和控制中的應(yīng)用[J]. 電機(jī)與控制應(yīng)用， 2008.

金昌水泥集團(tuán)有限責(zé)任公司新型干法水泥二廠 737100