DCS集散控制系統在水泥生產中的應用

張婉君 楊勇偉

1中材建設有限公司（100176） 2河南建筑材料研究設計院有限責任公司（450002）

0 前言

DCS集散控制系統是采用標準化、規?；拖盗谢脑O計，實現集中監視、操作、管理和分散控制。其體系結構從垂直方向可分為三級:第一級為分散過程控制級；第二級為集中控制管理級；第三級為綜合信息管理級，各級相互獨立又相互聯系。各級之間有通信網絡連接，將集散控制系統的各部分連接在一起，完成各種數據、指令及其他信息的傳遞。

1 分散過程控制級

分散過程控制級直接面向生產過程，是集散控制系統的基礎。它具有數據采集、數據處理、回路調節控制和順序控制等功能，能獨立完成對生產過程的直接數字控制。其過程輸入信息是面向傳感器的信號，如熱電偶、熱電阻、變送器（溫度、壓力、液位、電壓、電流、功率等）及開關量的信號，其輸出是作用于驅動執行機構。下面分別介紹各典型控制項目:

1）轉速控制

在水泥的生產過程中，轉速的控制是非常重要的，以板喂機的轉速控制為例，在水泥廠的原料配料系統中,粘土的物料水分一般情況下均在12%以上，特殊情況達到17%以上。而配料的精確對生料質量和熟料質量影響很大，一般系統流程主要是在粘土倉下布置板喂機，然后接皮帶秤，通過皮帶秤的計量來實現準確配料。當通過皮帶上的物料的重量大于給定值時，則通過調節器降低轉速，以達到適當的運料量；反之，則增加轉速。

2）溫度控制

燒成帶的溫度控制，實際上是一個溫度場的問題，包括物料溫度、氣流溫度、火焰溫度等等。采用比色高溫計，可以直接測出火焰溫度。此外，一級筒出口溫度太高，說明喂料量與燃料量或用風量不匹配，會造成其它旋風預熱器發生粘結和堵塞，或是已造成某一旋風筒發生堵塞。同樣，溫度過低，也說明喂料量與燃料不匹配,且使分解爐分解率偏低。因此，通?？刂圃?20～350℃范圍。

在自動控制系統中，溫度設定值可根據現場的特殊情況自行修改，如控制線路故障，會致使循環式冷卻系統不能正常開啟，這時需手動開啟。

3）壓力控制

在窯系統與生料磨系統同時運行時，窯尾排出的廢氣用于生料磨系統烘干等等，該點的測量是非常必要的。因為該點的負壓值直接影響以上兩個系統的操作平衡。當該點的負壓值大于設定值或正壓值較設定值小時，應將大布袋收塵后的排風機閥門關?。环粗?，則開大閥門，以保證風量平衡。

此外，窯頭負壓穩定表征窯內通風及冷卻機入窯二次風之間的平衡。在正常生產情況下，窯尾風機風量盡量保持不變，否則將影響整個窯系統的熱工平衡。因此，均采用調節窯頭排風機入口閥門的開度來保持窯頭罩為微負壓。如產生正壓，導致噴火，將危及窯頭比色高溫計及工業電視等儀器。

4）冷卻機冷風風量自動調節

為了使冷卻機工作狀況少受外界的干擾，同時也為了使冷卻機篦下壓力能夠較真實地反映料層厚度，保持各室的風量穩定是非常必要的，故采用各室冷風風量自動調節各冷卻風機出口的閥門開度。

5）冷卻機蓖速自動調節

冷卻機篦速檢測的目的是為了保證篦床料層厚度，使熟料冷卻均勻，且保證冷卻機安全運行。根據流體力學理論，氣體通過料層的阻力，與料層厚度成正比關系，因此篦床速度的檢測主要根據篦下壓力變化調節，以實現穩定料層的要求。但是，當出現大塊料或掉窯皮時，料層厚度與篦下壓力不再成正比關系，這時篦下壓力非但沒有增加，反而下降。如根據上述方法調節，篦床速度也隨之變慢，致使篦床料層越積越厚，將會造成篦床燒壞，冷卻機電機被燒壞。為此，必須增設監控參數，即電機電流。當篦下壓力下降，而電機電流上升時，則此電機電流為主控參數，迫使篦床速度提高，不致造成以上事故。

2 集中控制管理級

這一級以操作監視為主要任務，兼有部分管理功能。它是面向操作員和系統工程師的，這一級配備有功能強大的計算機系統及各類外部裝置，包括液晶顯示器、鍵盤和鼠標等，還需要較大存儲容量的存儲設備及功能強大的軟件支持，確保工程師和操作員對系統進行組態、監測和操作，對生產過程實現高級控制策略、故障診斷、質量評估等。

這一級主要設備包括:

1）監控計算機（上位機），綜合監視全系統的各工作站，具有多輸入多輸出控制功能，用以實現系統的最優控制或最優管理。

2）工程師站:主要用于系統的組態、維護和操作。

3）操作員站:主要用于對生產過程進行監視和操作。

3 綜合信息管理級

這一級由管理計算機、辦公自動化軟件、工廠自動化服務系統構成，從而實現整個企業的綜合信息管理。綜合信息管理主要包括生產管理和經營管理。

4 結語

總而言之，隨著水泥行業不斷向大型化、智能化的發展，DCS系統在水泥行業中起著越來越重要的作用，必將成為水泥生產企業不可取代的主要生產控制方式。水泥生產線控制回路的優化代表了水泥生產自動化的發展方向，回路優化控制取代了原有的僅靠操作工人經驗來維持水泥生產的熱工穩定。國內外通過多年的研究和實踐，認為以多條單回路優化控制來實現水泥生產線的自動化生產是可行的、有效的、必要的，它將大大提高水泥企業的控制水平。近幾年來，回路優化控制已在水泥廠得到了大量的應用，取得了良好的效果，因此DCS在水泥行業中的前景將格外明朗。

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