張志東

摘 要 自動(dòng)化控制在從最初的單板機(jī)發(fā)展到單片機(jī)再到微型計(jì)算機(jī)和工業(yè)控制機(jī)，控制水平有了長(zhǎng)足的發(fā)展，在水泥工業(yè)的應(yīng)用中，國(guó)內(nèi)的自動(dòng)化控制有一定程度的滯后。水泥生產(chǎn)中逐步實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)全過程的自動(dòng)化，對(duì)生產(chǎn)過程中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)監(jiān)控，包括生料質(zhì)量、游離氧化鈣、水泥細(xì)度以及水泥回轉(zhuǎn)窯筒體溫度，促進(jìn)水泥質(zhì)量提升。

關(guān)鍵詞 自動(dòng)化；水泥；溫度

中圖分類號(hào)：TQ172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）04-0121-02

1 自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用狀況分析

從20世紀(jì)80年代開始，立窯水泥生產(chǎn)中開始運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，伴隨著該技術(shù)的不斷發(fā)展，其在水泥行業(yè)的應(yīng)用也有了提升。從最開始?jí)艛嘈再|(zhì)的8位微處理器單板機(jī)到單片機(jī)為核心進(jìn)行配料和成球控制，再到微型計(jì)算機(jī)以及工業(yè)控制機(jī)的應(yīng)用，檔次都在不斷的提升，自動(dòng)控制也取得了更佳的效果。相對(duì)于國(guó)外水泥行業(yè)的計(jì)算機(jī)控制應(yīng)用情況，國(guó)內(nèi)發(fā)展相對(duì)較慢，在技術(shù)方面相對(duì)于產(chǎn)品開發(fā)也存在滯后，計(jì)算機(jī)在水泥行業(yè)的推廣會(huì)加速技術(shù)發(fā)展以適應(yīng)需求。

水泥行業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用初期，主要是體現(xiàn)在自動(dòng)化儀表，重點(diǎn)環(huán)節(jié)是生產(chǎn)配料，通過檢測(cè)計(jì)量與儀表控制相配合來實(shí)現(xiàn)。隨著配合預(yù)加水成球技術(shù)的發(fā)展，通過微機(jī)來實(shí)現(xiàn)對(duì)立窯煅燒過程進(jìn)行自動(dòng)控制，相對(duì)之前的自動(dòng)控制達(dá)到了一個(gè)新的高度，但真正實(shí)現(xiàn)立窯水泥生產(chǎn)的權(quán)限自動(dòng)控制還是在計(jì)算機(jī)新技術(shù)的應(yīng)用后，通過集散式控制方式來對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制和監(jiān)督管理。

對(duì)自動(dòng)控制的發(fā)展過程分析可發(fā)現(xiàn)，隨著技術(shù)的發(fā)展，控制環(huán)節(jié)增多、控制算法更高級(jí)、技術(shù)功能更充實(shí)和更全面的應(yīng)用。早期的自動(dòng)控制僅僅是實(shí)現(xiàn)了對(duì)生料和配料過程的控制，后期逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)預(yù)加水成球及立窯等工序的控制，再到全程監(jiān)控?？刂频乃惴▌t是從單參數(shù)的PID控制逐步演變?yōu)槿缒：壿嬁刂频戎悄?、綜合控制。技術(shù)功能從單純的顯示和監(jiān)控演變?yōu)閷?duì)生產(chǎn)過程的全面自動(dòng)控制。而自動(dòng)控制的范圍也發(fā)展到分析化驗(yàn)、生產(chǎn)調(diào)度和數(shù)據(jù)管理多個(gè)方面的控制網(wǎng)絡(luò)。

2 生產(chǎn)過程的自動(dòng)化控制

相對(duì)于單片機(jī)控制，20世紀(jì)90年代后期的可靠性更高的集散控制系統(tǒng)DCS可實(shí)現(xiàn)操作人員在總控室對(duì)全系統(tǒng)進(jìn)行控制。工控機(jī)上的畫面顯示包括流程圖、分組控制、分組啟停、分組趨勢(shì)記錄以及報(bào)警等，通過這些畫面能了解到全廠的生產(chǎn)情況，對(duì)于需要了解的詳細(xì)內(nèi)容頁(yè)可以通過點(diǎn)擊獲取，鼠標(biāo)點(diǎn)擊就能對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行操作。水泥企業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中，DCS系統(tǒng)的應(yīng)用能有效降低人工使用費(fèi)用，提升設(shè)備效率而減少了成本。

集散型控制系統(tǒng)一般由管理命令系統(tǒng)MCS、過程控制單元PCU以及工程師工作站EWS三部分組成，通過廠還環(huán)路來實(shí)現(xiàn)連接。MCS是操作人員調(diào)整參數(shù)、開?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以及監(jiān)控工況的系統(tǒng)，其實(shí)現(xiàn)主要是通過對(duì)PCU的操作來實(shí)現(xiàn)。PCU的部件有I/O供電電源、模件供電電源、I/O從端子模件、I/O從模件以及冗余多功能處理器模件MFC等。MFC為一種增強(qiáng)型控制處理器，具有多環(huán)路的批處理、模擬和順序，在系統(tǒng)中，MFC都使用了冗余配置。I/O端子模件和從模件來間接MFC和現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備之間的通信。模件總線負(fù)責(zé)PCU內(nèi)模件之間的通信，總線接口模件和廠環(huán)接口模件負(fù)責(zé)PCU機(jī)柜之間的通信。EWS主要是實(shí)現(xiàn)制作畫面圖像、設(shè)計(jì)組態(tài)程序以及對(duì)PCU主模件進(jìn)行管理功能和檢測(cè)系統(tǒng)參數(shù)，其組成為計(jì)算機(jī)接口單元和PC機(jī)組成。廠環(huán)通訊系統(tǒng)為雙環(huán)冗余的可靠環(huán)路通訊，是無主次封閉系統(tǒng)。廠環(huán)實(shí)現(xiàn)了MCS、EWS和PCU之間的連接以及各點(diǎn)的通訊。

3 檢測(cè)技術(shù)探討

水泥生產(chǎn)過程中的檢測(cè)隨著精密儀器、光學(xué)、粉體技術(shù)以及微電子學(xué)的發(fā)展而逐步提升，加強(qiáng)了再現(xiàn)性和可靠性，這里主要介紹下面5類。

3.1 計(jì)量裝置與機(jī)電一體化

該技術(shù)主要是為了實(shí)現(xiàn)整體最佳化，初級(jí)系統(tǒng)為集成電路來提升機(jī)械設(shè)備的效率，高級(jí)系統(tǒng)則是通過計(jì)算機(jī)的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)，在現(xiàn)今水泥生產(chǎn)中，兩類運(yùn)用都較多。機(jī)電一體化系統(tǒng)通常包括五部分：機(jī)械裝置、變送器和傳感器、檢測(cè)裝置、驅(qū)動(dòng)器和執(zhí)行器、信息處理部分以及接口。常見的計(jì)量裝置有沖擊式流量計(jì)、電子皮帶秤、天平式定量給料器和轉(zhuǎn)子秤以及空氣輸送在線流量計(jì)等。這類裝置都是具有較高的可靠性，能對(duì)信息進(jìn)行檢測(cè)和反饋到上級(jí)控制系統(tǒng)來完成生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。

3.2 生料質(zhì)量控制系統(tǒng)

對(duì)于生料化學(xué)成分穩(wěn)定性的檢查收到的影響因素較多，包括人磨原料成分出現(xiàn)的波動(dòng)、生料粉磨系統(tǒng)的滯后以及原料成分分析的不及時(shí)。而該控制系統(tǒng)的應(yīng)用就能控制實(shí)時(shí)參數(shù)、虛擬校正以及固定批量校正，以此達(dá)到對(duì)原料配比的實(shí)時(shí)調(diào)控。該系統(tǒng)的組成包括X射線熒光粉成分分析儀、γ射線分析儀以及通訊接口裝置，其中，γ射線分析儀主要是對(duì)原料成分進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)超前控制。

3.3 游離氧化鈣的在線檢測(cè)

水泥生產(chǎn)中一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)就是煅燒，以實(shí)現(xiàn)從生料到熟料的轉(zhuǎn)變，對(duì)熟料的檢測(cè)監(jiān)控主要包括單位體積密度和fcao含量。國(guó)內(nèi)的檢測(cè)為離線檢測(cè)，其測(cè)定是進(jìn)行取樣、粉磨和制樣后采取化學(xué)分析法或X熒光分析儀來實(shí)現(xiàn)。為保證熟料質(zhì)量，更好的方法是在線檢測(cè)技術(shù)，在線檢測(cè)儀的應(yīng)用就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行測(cè)定，通過配套軟件來對(duì)回轉(zhuǎn)窯的煅燒進(jìn)行優(yōu)化控制。

3.4 水泥細(xì)度的在線檢測(cè)

水泥顆粒在0.1 μm到100 μm，但決定其強(qiáng)度的顆粒主要集中在3 μm到30 μm，因此水泥的性能和其顆粒的粒度分布有很大關(guān)系。對(duì)于水泥細(xì)度的在線檢測(cè)主要是以下幾個(gè)方面：對(duì)水泥細(xì)度的測(cè)定為實(shí)時(shí)監(jiān)控，對(duì)相關(guān)參數(shù)能隨時(shí)打印，包括平均粒徑和水泥比表面積；該技術(shù)能在監(jiān)控水泥細(xì)度的基礎(chǔ)上診斷粉磨系統(tǒng)的操作狀態(tài)；在監(jiān)控反饋信息的基礎(chǔ)上，對(duì)選粉機(jī)操作參數(shù)進(jìn)行調(diào)整來提升水泥品質(zhì)。國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)在使用該技術(shù)上采用激光粒度儀來進(jìn)行補(bǔ)充分析以保證更好的監(jiān)控磨機(jī)狀態(tài)。

3.5 水泥回轉(zhuǎn)窯筒體溫度檢測(cè)和保護(hù)

窯筒體溫度掃描檢測(cè)系統(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行監(jiān)控，保證回轉(zhuǎn)窯筒體不出現(xiàn)耐火磚燒壞脫落。該系統(tǒng)可對(duì)窯筒體溫度進(jìn)行不間斷、長(zhǎng)時(shí)間的監(jiān)控，操作人員通過觀察其反應(yīng)的窯內(nèi)狀況來進(jìn)行操作以提高運(yùn)轉(zhuǎn)率，系統(tǒng)的顯示包括窯徑向和軸向的溫度曲線、溫度的最大值和最小值以及溫度分布的二、三維色相圖。工業(yè)電視與比色高溫計(jì)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)和生產(chǎn)過程控制的系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)，對(duì)窯內(nèi)的煅燒情況進(jìn)行電視監(jiān)控。國(guó)內(nèi)水泥行業(yè)在引進(jìn)該技術(shù)后進(jìn)行二次開發(fā)而更好的使用。

4 水泥行業(yè)中Ethernet網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

Ethernet技術(shù)的應(yīng)用更好的實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的通訊。Ethernet技術(shù)有著極高的通信速率，對(duì)于同等數(shù)據(jù)吞吐量，更高的速率則有著更低的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷、更小的延時(shí)以及更低幾率的網(wǎng)絡(luò)碰撞。其次，采用星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過交換機(jī)劃分網(wǎng)絡(luò)。Ethernet交換機(jī)有著存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的功能，能實(shí)現(xiàn)輸入、輸出數(shù)據(jù)幀的緩沖而不出現(xiàn)碰撞，也可對(duì)數(shù)據(jù)傳輸過程進(jìn)行過濾，保證在本地網(wǎng)段下進(jìn)行各網(wǎng)段節(jié)點(diǎn)間的傳輸，這樣不會(huì)經(jīng)過主干網(wǎng)而降低網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。而全雙工通信保證了端口間雙絞線在進(jìn)行接收和發(fā)送時(shí)不出現(xiàn)沖突，與交換式集線器的使用減低碰撞幾率的同時(shí)又不存在沖突域，使得Ethernet通信具有更好的實(shí)時(shí)性和確定性。

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