中控水泥行業(yè)自動(dòng)控制整體項(xiàng)目解決方案

1、. . . . 中控 水泥行業(yè)自動(dòng)控制整體解決方案一、關(guān)于中控 中控科技集團(tuán)（浙大中控）是中國(guó)領(lǐng)先的自動(dòng)化信息化技術(shù)、產(chǎn)品與解決方案供應(yīng)商，業(yè)務(wù)涉與工廠自動(dòng)化、公用工程信息化、裝備自動(dòng)化等領(lǐng)域。 中控技術(shù)是中控科技集團(tuán)的核心成員企業(yè)，致力于工廠自動(dòng)化業(yè)務(wù)領(lǐng)域控制系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)制造、市場(chǎng)營(yíng)銷與工程服務(wù)。浙大中控已經(jīng)服務(wù)于全球超過(guò)3000家用戶，有近4000套控制系統(tǒng)穩(wěn)定高效的運(yùn)行在各個(gè)工業(yè)行業(yè)，涉與化工、石化、冶金、電力、建材、食品、造紙等多個(gè)領(lǐng)域，用戶遍與國(guó)30個(gè)省市、自治區(qū)與東南亞、西亞、非洲等地。 在水泥行業(yè)，浙大中控有著完善的解決方案、豐富的工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)和一支具有資深行業(yè)背景的專家

2、隊(duì)伍。客戶廣泛分布于、等省份，包括海螺集團(tuán)在的國(guó)數(shù)十家水泥企業(yè)均已采用浙大中控提供的控制系統(tǒng)和解決方案實(shí)現(xiàn)了對(duì)水泥生產(chǎn)過(guò)程的控制。 浙大中控期待著為更多的水泥生產(chǎn)企業(yè)提供優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、完善的服務(wù)，最終為更多的水泥生產(chǎn)企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。 二、水泥行業(yè)簡(jiǎn)介 水泥企業(yè)作為大規(guī)模生產(chǎn)的制造企業(yè)，是建材行業(yè)的三大支柱之一。我國(guó)是水泥生產(chǎn)大國(guó)，最近幾年連續(xù)呈現(xiàn)出供需兩旺的高速增長(zhǎng)勢(shì)頭，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)、快速發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。 水泥產(chǎn)品按用途主要分為通用水泥、專用水泥、特性水泥，其用水泥主要包括以下六種：普通硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥 、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、 粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽

3、水泥。 三、水泥生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述 水泥生產(chǎn)工藝的主要過(guò)程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高溫窯爐中用燃料將其煅燒成熟料，最后將熟料與適量石膏混合磨細(xì)制成水泥，需要經(jīng)過(guò)礦山開(kāi)采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨與成品包裝等多道工序。 圖1 新型干法水泥生產(chǎn)流程示意 其生產(chǎn)過(guò)程通?？筛爬椤叭ヒ桓G”，可分為四個(gè)步驟： 1、生料制備：即將石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后按一定比例配合、磨細(xì)并調(diào)配為成份合適、量質(zhì)均勻的生料。 2、煤粉制備：水泥生料煅燒所需的煤炭，必須制備成煤粉，提供煤粉燃燒所要求的粒度，以便于充分燃燒，得到足夠的燃燒反應(yīng)能力。 3、熟料

4、煅燒：即將生料放在水泥窯煅燒至部分熔融以得到以 為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。 4、水泥粉磨與出廠：即將熟料加入適量石膏、混合材或添加劑共同磨細(xì)為水泥，并包裝出廠。四、水泥生產(chǎn)的控制要點(diǎn)與策略 水泥生產(chǎn)工藝設(shè)備單機(jī)容量大、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)、對(duì)快速性和協(xié)調(diào)性要求高。為了提高企業(yè)的生產(chǎn)效率與競(jìng)爭(zhēng)力，自動(dòng)控制的實(shí)施至關(guān)重要。浙大中控作為國(guó)領(lǐng)先的自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商，能夠很好的滿足水泥行業(yè)以開(kāi)關(guān)量為主、模擬量為輔且伴有少量調(diào)節(jié)回路的控制要求。 1、 石灰石破碎與輸送系統(tǒng) 石灰石破碎與輸送系統(tǒng)設(shè)備存在工藝聯(lián)鎖關(guān)系，采用“逆流程啟動(dòng),順流程停車”原則對(duì)設(shè)備進(jìn)行順序控制。 石灰石破碎與輸送系統(tǒng)的控制難點(diǎn)在于石灰石破碎

5、機(jī)喂料量的自動(dòng)控制，以破碎機(jī)功率的變化來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)板喂機(jī)的速度，使其速度保持在要求的圍運(yùn)行，不致于由于板喂機(jī)速度過(guò)高而使石灰石料倉(cāng)的料卸空，來(lái)料直接落在板喂機(jī)上，對(duì)設(shè)備起到一定的保護(hù)作用。 2、 生料制備系統(tǒng)圖2 生料粉磨流程圖 生料制備系統(tǒng)的工藝流程圍：始自原料調(diào)配站的庫(kù)底，止于生料均化庫(kù)的庫(kù)頂，包括原料調(diào)配與輸送，包括原料粉磨、生料輸送入庫(kù)?？刂埔c(diǎn)與策略如下： 生料質(zhì)量控制（QCS）系統(tǒng) QCS系統(tǒng)（質(zhì)量控制系統(tǒng)）在水泥生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。生料質(zhì)量控制（QCS）系統(tǒng)由在線鈣鐵熒光分析儀、計(jì)算機(jī)、調(diào)速電子皮帶秤等組成。智能在線鈣鐵熒光分析儀可進(jìn)行自動(dòng)取樣、制樣，并進(jìn)行連續(xù)測(cè)定，由QCS系統(tǒng)進(jìn)行

6、配料計(jì)算，并通過(guò)DCS對(duì)電子調(diào)速皮帶秤下料量進(jìn)行比例調(diào)節(jié)和成分控制，使生料三率值保持在目標(biāo)值附近波動(dòng)，從而大幅度提高生料成分合格率和質(zhì)量穩(wěn)定性。浙大中控的DCS系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)與QCS系統(tǒng)的互聯(lián)，對(duì)生料質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。 生料粉磨負(fù)荷控制系統(tǒng) 生料粉磨控制系統(tǒng)的控制難點(diǎn)在于磨機(jī)的負(fù)荷控制。當(dāng)入料水分、硬度發(fā)生變化時(shí)，系統(tǒng)通過(guò)調(diào)節(jié)入磨物料量來(lái)保證磨機(jī)處于負(fù)荷穩(wěn)定的最佳粉磨狀態(tài)，避免堵磨或者空磨發(fā)生。浙大中控對(duì)負(fù)荷自控系統(tǒng)通常采用的調(diào)節(jié)方法有：一是設(shè)置一個(gè)入磨量常數(shù)，穩(wěn)態(tài)下的選粉機(jī)回粉入磨量加新喂料量與之相等；二是以提升機(jī)功率或者磨機(jī)電耳信號(hào)分別作為主控或監(jiān)控信號(hào)適時(shí)調(diào)節(jié)；三是以選粉機(jī)回粉、提升功能、

7、電耳等信號(hào)進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析控制或極值控制。 立磨大多采用常數(shù)控制，球磨則多采用電耳或者提升機(jī)功率信號(hào)調(diào)節(jié)。 3、 生料均化庫(kù)控制 圖3 生料均化庫(kù)流程圖 生料預(yù)均化系統(tǒng) 生料預(yù)均化是通過(guò)控制均化庫(kù)底卸料電振機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。生料預(yù)均化庫(kù)通常為長(zhǎng)條形庫(kù)，庫(kù)底卸料電振機(jī)共26臺(tái)分為兩組，每組13臺(tái)，每臺(tái)均能單獨(dú)實(shí)現(xiàn)時(shí)間程序控制，兩組電振機(jī)由一臺(tái)可編程控制器（PLC）按一定時(shí)間程序進(jìn)行卸料控制，從而達(dá)到不同時(shí)間進(jìn)的料按一定比例預(yù)均化后進(jìn)磨。 生料均化系統(tǒng) 生料均化是靠具有一定壓力的空氣對(duì)生料進(jìn)行吹射均化。通常在庫(kù)底設(shè)置了充氣裝置，采用時(shí)間順序控制策略，依據(jù)時(shí)序開(kāi)停庫(kù)底充氣電磁閥，使物料流態(tài)化并翻騰攪拌，生

8、料混和達(dá)到均化目的。 計(jì)量倉(cāng)料量的自動(dòng)控制系統(tǒng) 利用計(jì)量倉(cāng)的倉(cāng)重信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)生料庫(kù)側(cè)電動(dòng)流量閥的開(kāi)度，使稱重倉(cāng)的料量保持穩(wěn)定，從而保證計(jì)量倉(cāng)下料量的穩(wěn)定。 生料均化庫(kù)下料控制 在生產(chǎn)過(guò)程中，燒成帶溫度一般要求控制在一個(gè)合適的圍，因?yàn)樗鼘?duì)熟料的質(zhì)量至關(guān)重要。將生料量、風(fēng)機(jī)風(fēng)量與燒成帶溫度結(jié)合起來(lái)設(shè)定生料下料量的設(shè)定值，該系統(tǒng)通過(guò)自動(dòng)調(diào)節(jié)，利用固體流量計(jì)的反饋值自動(dòng)調(diào)節(jié)計(jì)量倉(cāng)下電動(dòng)流量閥的開(kāi)度，使生料穩(wěn)定在設(shè)定值上，從而使得入窯的生料保持穩(wěn)定，最終保障窯系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。 4、 煤粉制備系統(tǒng) 圖4 煤粉制備流程圖 出磨氣體溫度的自動(dòng)控制 出磨氣體溫度直接關(guān)系到出磨成品水分和系統(tǒng)安全運(yùn)轉(zhuǎn)問(wèn)題。為了確保

9、生產(chǎn)出合格的煤粉，同時(shí)還要保證系統(tǒng)溫度不能過(guò)高，控制系統(tǒng)中設(shè)置了磨機(jī)出口氣體溫度自動(dòng)控制回路，通過(guò)改變磨機(jī)進(jìn)口冷風(fēng)閥門開(kāi)度控制磨機(jī)出口氣體溫度穩(wěn)定。 磨機(jī)負(fù)荷自動(dòng)控制 煤粉倉(cāng)煤粉量變化過(guò)大會(huì)影響煤粉喂料部分計(jì)量精度，在正常生產(chǎn)中煤粉倉(cāng)中煤粉量應(yīng)盡量恒定；同時(shí)也要保證磨機(jī)的正常安全運(yùn)轉(zhuǎn)，防止“滿磨”。浙大中控采用了由磨機(jī)電耳信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)磨頭定量給料機(jī)喂料量的自動(dòng)控制回路。 5、 燒成系統(tǒng) 圖5 燒成窯尾流程圖 分解爐喂煤量的計(jì)量與自動(dòng)調(diào)節(jié) 分解爐的溫度是保證回轉(zhuǎn)窯正常運(yùn)行的一個(gè)重要控制參數(shù)。在生料量不變時(shí)，燃料和空氣的混和比例必須要正確地控制。故對(duì)分解爐的溫度進(jìn)行計(jì)量，以便實(shí)現(xiàn)優(yōu)化控制，通過(guò)自動(dòng)

10、增減煤量對(duì)分解爐的溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其控制在所需要的設(shè)定值上。既能使分解爐保持最高的分解率，又不使其因溫度過(guò)高而導(dǎo)致生料粘結(jié)，影響窯系統(tǒng)的正常運(yùn)行。 預(yù)熱器出口壓力調(diào)節(jié) 預(yù)熱器出口壓力是反應(yīng)系統(tǒng)風(fēng)量平衡的一個(gè)主要指標(biāo)，主要通過(guò)調(diào)節(jié)高溫風(fēng)機(jī)閥門開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)熱器出口壓力的控制。 預(yù)熱器自動(dòng)吹掃裝置 由計(jì)算機(jī)按一定的時(shí)間順序規(guī)律定時(shí)接通相應(yīng)的各級(jí)預(yù)熱器上的電磁閥，輪流打開(kāi)壓縮空氣管路，對(duì)預(yù)熱器進(jìn)行逐級(jí)吹掃，以防結(jié)皮堵塞影響預(yù)熱器系統(tǒng)的正常運(yùn)行，吹掃時(shí)間人工設(shè)定，一般為5s20s。 圖6 燒成窯頭流程圖 窯頭負(fù)壓自動(dòng)控制窯頭負(fù)壓表征窯通風(fēng)與冷卻機(jī)入窯二次風(fēng)之間的平衡。根據(jù)窯頭負(fù)壓自動(dòng)調(diào)節(jié)電收塵器排風(fēng)機(jī)進(jìn)

11、口閥門開(kāi)度，以控制窯頭二次風(fēng)量、窯尾三次風(fēng)量、窯頭廢氣量三者的平衡，從而取得穩(wěn)定煅燒和冷卻熟料之間的平衡。 回轉(zhuǎn)窯的轉(zhuǎn)速控制 采用的策略是在穩(wěn)定生料量、燃料量的前提下，通過(guò)對(duì)回轉(zhuǎn)窯轉(zhuǎn)速進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以維持整個(gè)窯系統(tǒng)的均衡穩(wěn)定生產(chǎn)。 篦冷機(jī)一、二室風(fēng)量自動(dòng)調(diào)節(jié) 二次空氣對(duì)于窯燃燒的好壞、工作的穩(wěn)定性和煅燒過(guò)程中的燃料消耗都有很大的影響。該系統(tǒng)控制目的就是通過(guò)穩(wěn)定一、二室風(fēng)量，從而穩(wěn)定入窯新鮮空氣量，為窯的穩(wěn)定運(yùn)行提供條件，采取一室風(fēng)量調(diào)一室風(fēng)機(jī)閥門開(kāi)度，二室風(fēng)量調(diào)二室風(fēng)機(jī)閥門開(kāi)度的控制策略。 篦冷機(jī)料層厚度自動(dòng)調(diào)節(jié) 控制篦冷機(jī)料層厚度，一則穩(wěn)定二次風(fēng)溫，以穩(wěn)定窯的正常運(yùn)行，二則可使熟料達(dá)到最佳冷卻

12、。因篦冷機(jī)料層厚度難以檢測(cè)，故在控制策略中采用篦下壓力調(diào)篦速，以穩(wěn)定篦冷機(jī)料層厚度。對(duì)于二段式篦冷機(jī)而言，還涉與到一、二段篦速比例調(diào)節(jié)。 6、 廢氣處理系統(tǒng) 廢氣處理系統(tǒng)的關(guān)鍵在于對(duì)增濕塔的噴水量的控制，控制策略根據(jù)增濕塔出口溫度控制噴嘴個(gè)數(shù)，以增濕降溫提高電收塵器的收塵效率，增濕塔出口溫度一般控制在130 左右。 圖7 廢氣處理流程圖 7、 水泥粉磨與輸送系統(tǒng) 喂料量控制 喂料量要求均勻、穩(wěn)定，以磨音信號(hào)和出磨提升機(jī)的功率來(lái)調(diào)節(jié)入磨喂料量 出磨氣體溫度的自動(dòng)控制 通過(guò)對(duì)磨機(jī)通風(fēng)量的調(diào)節(jié)來(lái)控制出磨氣體溫度 選粉機(jī)的調(diào)節(jié)與控制 熟料的存儲(chǔ)與輸送 輸送與存儲(chǔ)設(shè)備之間存在工藝聯(lián)鎖關(guān)系，采用“逆流程啟

13、動(dòng),順流程停車”原則對(duì)設(shè)備進(jìn)行順序控制。 五、浙大中控DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)的技術(shù)優(yōu)勢(shì) 浙大中控應(yīng)用于水泥行業(yè)的控制系統(tǒng)是基于Web 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)化控制系統(tǒng)WebField ECS100。它的主要特點(diǎn)是突破了傳統(tǒng)控制系統(tǒng)的層次模型，實(shí)現(xiàn)了多種總線兼容和異構(gòu)系統(tǒng)綜合集成，十分適合于自控設(shè)備多、大規(guī)模連續(xù)生產(chǎn)場(chǎng)合水泥廠的控制。 浙大中控的ECS100系統(tǒng)能夠得到包含國(guó)一些大型水泥企業(yè)在的眾多用戶的青睞，是由以下行業(yè)優(yōu)勢(shì)所決定的： 1、系統(tǒng)的高度穩(wěn)定性 1）浙大中控的WebField 系列DCS產(chǎn)品系統(tǒng)已經(jīng)累計(jì)取得了近4000套應(yīng)用業(yè)績(jī)，廣泛應(yīng)用于核電站、熱電廠、石油化工、高分子和精細(xì)化工、水泥和建材、

14、造紙?jiān)诘膸缀跛辛鞒坦I(yè)，系統(tǒng)的穩(wěn)定性已經(jīng)經(jīng)受了各種工況與工藝條件的嚴(yán)酷考驗(yàn)。 2）WebField ECS100是WebField 家族的主流產(chǎn)品，是一套面向大中型過(guò)程控制的控制系統(tǒng)。系統(tǒng)對(duì)主控卡、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)卡、控制網(wǎng)絡(luò)采用冗余設(shè)計(jì)，在技術(shù)上充分保證了系統(tǒng)的高度可靠性與穩(wěn)定性，可以有效地保障水泥生產(chǎn)的連續(xù)進(jìn)行。 2、系統(tǒng)的高度的安全性 1) WebField ECS100系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了I/O通道級(jí)別的冗余，并能根據(jù)設(shè)備重要程度靈活選擇冗余與否，使得系統(tǒng)獲得了保障生產(chǎn)安全與節(jié)省用戶投資的和諧統(tǒng)一。 2) ECS100系統(tǒng)安全的在線下載功能，既有效降低了投運(yùn)期間的工作量，又保障了投運(yùn)期間的安全。 3)

15、 ECS100系統(tǒng)的端子板和卡件分離技術(shù)，使系統(tǒng)與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了真正意義上的隔離；同時(shí)系統(tǒng)I/O通道采用點(diǎn)點(diǎn)隔離設(shè)計(jì)，使得故障面不易擴(kuò)大，可以克服因串?dāng)_產(chǎn)生的大面積故障，避免造成停機(jī)停產(chǎn)。 4)水泥生產(chǎn)的各個(gè)控制站極為分散，此時(shí)系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。冗余光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)與采用使得浙大中控的過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)極為可靠，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全系數(shù)。 圖8 冗余光纖環(huán)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖 3、系統(tǒng)良好的開(kāi)放性 水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備種類繁多，各設(shè)備供應(yīng)商所提供的通信協(xié)議也千差萬(wàn)別，這對(duì)控制系統(tǒng)的開(kāi)放性提出了很高的要求。浙大中控能提供諸如Profibus-DP、Profibus-PA、OPC、M

16、ODBUS、HOSTLINK、DDE、CDT、自定義協(xié)議等多種通訊解決方案，能夠很好的滿足水泥行業(yè)項(xiàng)目工程應(yīng)用的需要。4、具有強(qiáng)抗干擾性的DI輸入卡件的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì) 水泥廠的220VAC DI信號(hào)在長(zhǎng)線輸送時(shí)，線路的感應(yīng)干擾極大；并且水泥廠大量應(yīng)用變頻器等強(qiáng)干擾源。浙大中控WebField ECS100系統(tǒng)針對(duì)水泥行業(yè)特色對(duì)DI卡件進(jìn)行了特殊加工與設(shè)計(jì)，可萬(wàn)無(wú)一失的克服現(xiàn)場(chǎng)的強(qiáng)烈干擾。 5、IO通道級(jí)的故障自診斷功能 在水泥廠，DCS系統(tǒng)控制I/O點(diǎn)數(shù)、設(shè)備一般都在幾千點(diǎn)以上。一旦現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備出現(xiàn)意外故障，故障分析、查找極其困難。為更好的提高行業(yè)適應(yīng)性，浙大中控WebField ECS100系統(tǒng)有針對(duì)

17、性的開(kāi)發(fā)了I/O通道級(jí)的故障診斷功能，使得故障分析、查找十分方便，大大減輕了維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。 6、強(qiáng)大的軟件功能 系統(tǒng)提供全中文集成化圖形界面組態(tài)工具，實(shí)現(xiàn)了水泥生產(chǎn)過(guò)程的優(yōu)化控制和安全操作。人機(jī)界面友好、軟件設(shè)計(jì)規(guī)化、接口靈活、升級(jí)方便、水泥生產(chǎn)過(guò)程專用控制模塊可以很好滿足水泥生產(chǎn)過(guò)程中的各種特殊要求。 7、優(yōu)質(zhì)、周到的工程服務(wù) 浙大中控與用戶充分融為一體，想用戶之所想、急用戶之所急，熱情周到的跟蹤服務(wù)，取得了廣大用戶的信賴。 浙大中控深知，工程交付使用僅是服務(wù)的開(kāi)始，定期的技術(shù)回訪和解決生產(chǎn)過(guò)程中遇到的技術(shù)問(wèn)題才是浙大中控服務(wù)的核心。六、典型應(yīng)用 截至目前，浙大中控在水泥行業(yè)已經(jīng)取得了大

18、量應(yīng)用業(yè)績(jī)，用戶涵蓋了國(guó)多家大型水泥生產(chǎn)企業(yè)（如海螺集團(tuán)），以下是我們?cè)诓煌?guī)模水泥生產(chǎn)領(lǐng)域的部分典型項(xiàng)目：寧國(guó)水泥廠（5000t/d) 虎山巖鷹水泥(2500t/d)印山臺(tái)水泥(2500t/d) 虎山雞山水泥(2500t/d) 洪洞水泥(1000t/d) 蕭山長(zhǎng)河水泥(2500t/d)江川翠峰水泥(1200t/d) 老河口寶石水泥廠（2500t/d）金江水泥(2500t/d) 天瑞集團(tuán)水泥(200萬(wàn)噸/年水泥粉磨)巢東水泥(30萬(wàn)噸/年水泥) 永煤水泥磨系統(tǒng)(50萬(wàn)噸/年水泥粉磨)長(zhǎng)興小浦眾盛水泥（3MW純低溫余熱電站） 七、典型行業(yè)案例介紹 印山臺(tái)水泥廠2500 t/d水泥生產(chǎn)線項(xiàng)目中，浙大中控的ECS100系統(tǒng)承擔(dān)了從生料制備、