刍议水泥工业电气自动化前景

关海明

摘要：随着我国建筑的发展，我国的水泥工业也得以推动。水泥行业的特点决定了其开关量逻辑控制的主导地位，同时模拟量的处理多为简单的显示和给定，控制回路基本上也多为并不复杂的单回路调节，这些特点决定了传统意义上DCS系统的逐渐淡出。文章对水泥工业电气自动化设计创新以及水泥工业电气自动化的发展趋势进行了简要论述。

关键词：电气自动化；设计创新；水泥工业；PC控制；全集成自动化

中图分类号：F426

文献标识码：A

文章编号：1009-2374(2009)14-0086-02

一、电气自动化设计

(一)计算机控制系统的升级换代

水泥行业的特点决定了其开关量逻辑控制的主导地位，同时模拟量的处理多为简单的显示和给定，控制回路基本上也多为并不复杂的单回路调节，这些特点决定了传统意义上DCS系统的逐渐淡出。如ABB的MASTER系统，Bailey的290系统，横河(Yokogawa)的CENTUM-CS，霍尼维尔(Honeywell)的TDC-3000等，这些系统同相对简单的PLC加上位控制软件所组成的系统相比较而言并无明显的优势，甚至某些方面还处下风，而其高昂的价格更是成为其在水泥行业推广的巨大障碍。而如Modi-con，Allen-Bradley，Siemens等公司因其一开始就是以PLC产品为主导，因此在某些领域得到充分的展示，而其处理开关量的能力和较快的速度在水泥行业表现得淋漓尽致，同时其灵活的结构为系统的升级和扩展留有很大的余地，还有不可忽视的价格优势更使其得到迅速的发展。作为回应传统DCS厂商纷纷推出其相应的PLC产品，如ABB的Freelance2000，Honeywel的Plantscape，Siemens的PCS7等等，并作为主导产品在水泥行业推广，已取得不俗的业绩。目前新设计的大中型水泥厂相当一部分采用了这些系统。控制系统的结构发展至今已相当成熟，其控制多采用对等式或客户机服务器方式，在网络上由于以太网低廉的价格和通用的通讯设备使其具有其他网络无法比拟的优势，选用的系统上一级通信网大多采用工业以太网，使系统更灵活，组态更易扩展，如图1所示：

(二)总降压变电站采用综合自动化系统

在大中型干法水泥生产线的总降压变电站设计中，已普遍采用了电站综合自动化系统，所有高压系统的操作和计量均由计算机完成，使计算机控制系统扩展至高压领域。变电站综合自动化系统不仅可以满足与电力部门通讯的要求，而且可以将整个企业的高中压电力设备的保护、控制和监测集为一体，完成实时显示电站各回路电量(相电流、有功无功功率、电度、相电压、线电压、零序电流和电动机不平衡电流等)、开关状态、信号状态及动作等以及数据累计；完成主接线图、潮流图等工况的显示；完成各主变压器温度、设备电压、设备电流及负荷棒图；可动态显示和修改各保护装置的保护定值，可在线投、退保护装置的各种保护功能。变电站综合自动化系统与生产过程集散控制系统相连，可在集中方式时，在中央控制室利用集散控制系统计算机对电动机回路进行分、合闸操作。运行状态除在开关柜上指示外，还将电气测量及各种状态信号、故障信号等送入集散计算机控制系统，由中控室监控，提高了生产线高压系统的保护控制水平。

(三)现场总线控制和现场总线型传感器

现场总线是用于现场设备与控制系统之间的一种双向多节点数字通信的开放型测控网络技术，是当前国际上自动化控制系统的热点和发展趋势。根据水泥生产线的特点和现场总线技术的优势，在窑尾预热器、窑头篦冷机等热工测控点集中的区域，原料立磨、原料调配秤等数据量较大的配套设备中局部采用现场总线方案，而在测控点较为分散的其它车间仍采用传统的DCS分布式I/O系统。这样充分发挥现场总线技术的优势和特点，减少了大量隔离器、端子柜、I/O模块及大量电缆和电缆桥架，同时由于采用现场总线提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的性能。形成真正分散在现场的完整的控制系统，提高了控制系统运行的可靠性。还提供了现场设备控制状态、故障诊断等信息，使设备维护针对性强，工人的工作量减少、劳动生产率大大提高。

二、电气自动化发展

(一)PC控制的应用

开放的PC总线导致了丰富多彩、种类繁多的硬件模件的产生，用于数据采集与控制的板级产品已几乎可以覆盖所有用户的需求。开放的PC总线的产品是以通用商品OEM的方式向市场供货，因而它比专用性的PLC或DCS产品性能价格比更高。PC开放的软件结构和日趋标准化的软件生产方式，使得高性能多用户的软件产品层出不穷，如动态数据交换DDE，对象的链接和嵌入OLE。开放的数据库结构ODBC、远程过程调用PRC、32位机的多用户、多任务操作系统等已为系统集成提供了可供充分选择的基础软件；在软件市场，一些基于PC控制的软件也不断完善。PC机大受欢迎的另一重要原因是开放的连接进入90年代后期，联网已成为PC的最基本能力之一，基于PC的网络产品得到极大的丰富，为用户使用多家的产品集成自己的系统提供了可靠的保证。相信以PC为基础的分布式控制系统将成功用于以顺控为主的水泥厂各级控制中。

(二)全集成自动化

当前水泥企业向大型化、集团化方向发展，为使管控一体化，控制系统也应大大简化结构，减少大量接口部件，同时为自动化应用提供统一的技术环境，实现统一的数据管理、统一的通信、统一的组态；在系统网络级则以工业以太网作为连接各站、节点的系统总线，通信速率可大大提高。大型水泥厂电气自动化的设计优化正在向控制智能化、系统网络化和管理信息化的方向发展。现场总线技术、网络技术和信息技术的发展，使当前水泥厂控制系统由现场控制层、过程控制层、生产管理层的三层系统结构进一步向两端延伸。现场层更加深入到测控设备核心，管理层由生产管理向企业总体资源规划发展，从而形成控制、管理为一体的集成化网络环境。

三、结语

密切关注国内外电气自动化先进技术的发展趋势，结合国内实际情况继续创新和发展，在技术先进、经济合理的前提下为水泥工业的结构调整，为我国水泥工业新的跨越式发展做出贡献。