關于新型干法水泥生產線自動控制的應用淺談

李杰 崔伯河

摘要：新型干法水泥生產技術，相對于以往的回轉窯工藝，有著高質量、高產量、高環保、低能耗等眾多優點，并且隨著我國生產企業“節能降耗”標準的不斷提高，智能高效的自動控制系統更是在新型干法水泥生產線承擔著越來越中的角色。基于此，本文以金昌水泥集團有限責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，并結合實際，從“現場控制”與“車間控制”兩方面進行分析，以期通過自動控制的簡單操作，有效管控新型干法水泥生產全線，不僅實現降低能耗的生產要求，更能夠實現水泥生產線穩定與高產的愿景。

關鍵詞：新型干法;自動控制;實踐應用;水泥生產

水泥是建筑行業基礎的建材，更是社會發展的剛需。隨著城市化發展步伐不斷加快，我國水泥行業以迅猛之姿蓬勃發展，歷經幾十年，當前我國水泥產量多年位居世界第一。但我國的水泥產業在整體上仍有著高能耗、低產量的不足問題，并且生產工藝相對落后，水泥的品質也存在一些問題。因此，我國水泥行業正在積極探索用“新型干法”代替落后的“回轉立窯”工藝。縱然新型干法水泥生產線有著單機容量大，生產線持續性、穩定性強的諸多優點，但對于生產各單位的協調控制要求相對較高，因而更需要穩定、高效、可靠、簡便的自動操作系統，才能夠保證水泥生產線穩定高效、降耗增產、高質少污地運行，促進水泥產業健康、持續、穩定發展。

一、新型干法水泥生產線自動控制對TIA的需求

TIA是西門子工業自動化集團發布的一款全新的全集成自動化軟件，它能夠整合可利用的所有資源，實現數據的集中，讓企業內的控制、管理更為優化、便捷。它可以說是一種自動化控制理念，貫穿水泥企業整個自動化系統的設計、實施與運行，為系統的集成方案提供思路。當然，TIA集成理念所表達的“集成”內涵具有全范圍屬性，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，要實現“易擴散、高集成”的系統，就需要集成的廣度，在系統內部實現同層所有設備與信息的集成，從系統外部要實現硬件、軟件及信息之間的橫向集成。又如“縱向”集成性而言，要實現“高精準、快決策”的系統，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，增加信息的數量，縮短決策的時間，加快系統的反應（如圖1所示）。

二、新型干法水泥生產線自動控制的應用

1現場設備自動控制

1.1恒速電機設備自動控制

在水泥企業中，恒速設備多為中低壓電機，廣泛應用在自動生產線的低壓系統配電、電氣傳動及電動控制設備等。如金昌水泥集團有限責任公司新型干法水泥二廠，這類電機附帶著較多的信號，需要相應的擴展模塊，因此，使用的西門子電機控制保護單元Simocode Pro。以水泥生產線最為常見的皮帶傳送電機為例，它需要Simocode Pro處理一些信號，不僅有控制信號，還有保護信號，因此，必須添加相應的擴展模塊，皮帶傳動電機“啟、停”的控制信號連接至Simocode Pro的DI輸入點端子，而保護、監控信號則連接至擴展模塊，這樣就實現了對水泥生產自動化的控制。

1.2變速電機設備自動控制

在水泥生產線中，諸如高壓風機、窯磨傳動裝置等需要較高的電壓維持運行，點電機多為變速。針對于這類變速高壓電機的控制，其控制的本質就是對其中的高壓變頻器。而金昌水泥集團有限責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”看成縣長總線的分站，其一切參數均由現場總站獲取，然后將這些獲取的信號傳輸到分站PLC控制系統，實現對高壓變頻的自動控制。

1.3特殊設備控制設計

除了恒速、變速的低、中、高電機設備外，新型干法水泥生產線還擁有一些特殊設備，如，包裝機、篦冷機等，這類特殊設備的自控控制系統通常由制造商提供，且有著自己的特殊性，但會預留兩種通信接口，PROFIBUS、硬件I/O，讓其能夠與其他控制系統相接，形成一個完整的水泥生產線自動控制系統。它只需要系統變成人員根據水泥常的工藝特點來使用這些特殊設備的控制系統信號，并不參與主站的控制。

2現場車間自動控制

2.1現場控制站設計

如果把水泥生產線比作人體各項機能的運作，那么現場控制站就承擔著“大腦”的角色，它是自動控制系統的關鍵，所有的控制能夠都能夠通過現場控制站來實現。由此可見，水泥生產線制動控制系統的安全性、可靠性、便捷性與現場控制站的設計有著很大的關系。所以，必須要重視車間控制站的設計、制作與安裝。

自動控制系統需要非常好的實時性，這樣才能對水泥生產線有最精準的控制，因此，在設計現場控制站時，一般需要確保其具備足夠的算力與I/O速度。如金昌水泥集團有限責任公司新型干法水泥二廠的自動控制系統，就包括14個車間控制戰，其中10個都帶有CPU，分管著不同的控制對象，在配置上也存在一定的差異。與此同時，其控制系統采用的雙環型工業以太網，擁有兩個以太網控制器，這樣就能夠保證其中一個出現問題后，另一個仍能夠正常維持水泥生產線的運行。

2.2電氣控制柜設計

如果說現場控制站扮演者水泥生產線的“大腦”，那么電氣控制柜則充當著“手腳”，它是實現新型干法水泥生產工藝各個環節的供電與控制。

以石灰石破碎站為例，它作為系統的一個現場控制站，主要負責石灰石的破碎、篩選、傳送等，而石灰石電氣控制柜則負責工作各個環節的供電、工作及控制。如，高壓電氣控制柜，控制著破碎機將石灰石粉碎;低壓電氣柜則控制多個設備的供電、控制，并且還會設計備用回路，且標注相應的電流、電壓、電機功率電纜型號等參數。

總而言之，本位以金昌水泥集團有限責任公司新型干法水泥二廠為例，討論了新型干法水泥生產線自動控制的主要對象及控制要求，并介紹了TIA控制理念模型及控制要求，實現了對生產線的集中控制。

參考文獻：

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金昌水泥集團有限責任公司新型干法水泥二廠 737100