自动化控制在水泥工业中的应用分析

张志东

摘 要 自动化控制在从最初的单板机发展到单片机再到微型计算机和工业控制机，控制水平有了长足的发展，在水泥工业的应用中，国内的自动化控制有一定程度的滞后。水泥生产中逐步实现了生产全过程的自动化，对生产过程中各项指标进行检测监控，包括生料质量、游离氧化钙、水泥细度以及水泥回转窑筒体温度，促进水泥质量提升。

关键词 自动化；水泥；温度

中图分类号：TQ172 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0121-02

1 自动化技术的应用状况分析

从20世纪80年代开始，立窑水泥生产中开始运用计算机技术，伴随着该技术的不断发展，其在水泥行业的应用也有了提升。从最开始垄断性质的8位微处理器单板机到单片机为核心进行配料和成球控制，再到微型计算机以及工业控制机的应用，档次都在不断的提升，自动控制也取得了更佳的效果。相对于国外水泥行业的计算机控制应用情况，国内发展相对较慢，在技术方面相对于产品开发也存在滞后，计算机在水泥行业的推广会加速技术发展以适应需求。

水泥行业的自动化技术应用初期，主要是体现在自动化仪表，重点环节是生产配料，通过检测计量与仪表控制相配合来实现。随着配合预加水成球技术的发展，通过微机来实现对立窑煅烧过程进行自动控制，相对之前的自动控制达到了一个新的高度，但真正实现立窑水泥生产的权限自动控制还是在计算机新技术的应用后，通过集散式控制方式来对生产过程进行控制和监督管理。

对自动控制的发展过程分析可发现，随着技术的发展，控制环节增多、控制算法更高级、技术功能更充实和更全面的应用。早期的自动控制仅仅是实现了对生料和配料过程的控制，后期逐步实现对预加水成球及立窑等工序的控制，再到全程监控。控制的算法则是从单参数的PID控制逐步演变为如模糊逻辑控制等智能、综合控制。技术功能从单纯的显示和监控演变为对生产过程的全面自动控制。而自动控制的范围也发展到分析化验、生产调度和数据管理多个方面的控制网络。

2 生产过程的自动化控制

相对于单片机控制，20世纪90年代后期的可靠性更高的集散控制系统DCS可实现操作人员在总控室对全系统进行控制。工控机上的画面显示包括流程图、分组控制、分组启停、分组趋势记录以及报警等，通过这些画面能了解到全厂的生产情况，对于需要了解的详细内容页可以通过点击获取，鼠标点击就能对整个系统进行操作。水泥企业在产业结构调整中，DCS系统的应用能有效降低人工使用费用，提升设备效率而减少了成本。

集散型控制系统一般由管理命令系统MCS、过程控制单元PCU以及工程师工作站EWS三部分组成，通过厂还环路来实现连接。MCS是操作人员调整参数、开停现场设备以及监控工况的系统，其实现主要是通过对PCU的操作来实现。PCU的部件有I/O供电电源、模件供电电源、I/O从端子模件、I/O从模件以及冗余多功能处理器模件MFC等。MFC为一种增强型控制处理器，具有多环路的批处理、模拟和顺序，在系统中，MFC都使用了冗余配置。I/O端子模件和从模件来间接MFC和现场设备之间的通信。模件总线负责PCU内模件之间的通信，总线接口模件和厂环接口模件负责PCU机柜之间的通信。EWS主要是实现制作画面图像、设计组态程序以及对PCU主模件进行管理功能和检测系统参数，其组成为计算机接口单元和PC机组成。厂环通讯系统为双环冗余的可靠环路通讯，是无主次封闭系统。厂环实现了MCS、EWS和PCU之间的连接以及各点的通讯。

3 检测技术探讨

水泥生产过程中的检测随着精密仪器、光学、粉体技术以及微电子学的发展而逐步提升，加强了再现性和可靠性，这里主要介绍下面5类。

3.1 计量装置与机电一体化

该技术主要是为了实现整体最佳化，初级系统为集成电路来提升机械设备的效率，高级系统则是通过计算机的应用来实现智能化生产，在现今水泥生产中，两类运用都较多。机电一体化系统通常包括五部分：机械装置、变送器和传感器、检测装置、驱动器和执行器、信息处理部分以及接口。常见的计量装置有冲击式流量计、电子皮带秤、天平式定量给料器和转子秤以及空气输送在线流量计等。这类装置都是具有较高的可靠性，能对信息进行检测和反馈到上级控制系统来完成生产过程的自动化。

3.2 生料质量控制系统

对于生料化学成分稳定性的检查收到的影响因素较多，包括人磨原料成分出现的波动、生料粉磨系统的滞后以及原料成分分析的不及时。而该控制系统的应用就能控制实时参数、虚拟校正以及固定批量校正，以此达到对原料配比的实时调控。该系统的组成包括X射线荧光粉成分分析仪、γ射线分析仪以及通讯接口装置，其中，γ射线分析仪主要是对原料成分进行检测，实现超前控制。

3.3 游离氧化钙的在线检测

水泥生产中一个非常重要的环节就是煅烧，以实现从生料到熟料的转变，对熟料的检测监控主要包括单位体积密度和fcao含量。国内的检测为离线检测，其测定是进行取样、粉磨和制样后采取化学分析法或X荧光分析仪来实现。为保证熟料质量，更好的方法是在线检测技术，在线检测仪的应用就是对信号进行测定，通过配套软件来对回转窑的煅烧进行优化控制。

3.4 水泥细度的在线检测

水泥颗粒在0.1 μm到100 μm，但决定其强度的颗粒主要集中在3 μm到30 μm，因此水泥的性能和其颗粒的粒度分布有很大关系。对于水泥细度的在线检测主要是以下几个方面：对水泥细度的测定为实时监控，对相关参数能随时打印，包括平均粒径和水泥比表面积；该技术能在监控水泥细度的基础上诊断粉磨系统的操作状态；在监控反馈信息的基础上，对选粉机操作参数进行调整来提升水泥品质。国内水泥行业在使用该技术上采用激光粒度仪来进行补充分析以保证更好的监控磨机状态。

3.5 水泥回转窑筒体温度检测和保护

窑筒体温度扫描检测系统可对生产情况进行监控，保证回转窑筒体不出现耐火砖烧坏脱落。该系统可对窑筒体温度进行不间断、长时间的监控，操作人员通过观察其反应的窑内状况来进行操作以提高运转率，系统的显示包括窑径向和轴向的温度曲线、温度的最大值和最小值以及温度分布的二、三维色相图。工业电视与比色高温计系统能实现和生产过程控制的系统联网，对窑内的煅烧情况进行电视监控。国内水泥行业在引进该技术后进行二次开发而更好的使用。

4 水泥行业中Ethernet网络的应用

Ethernet技术的应用更好的实现了现场设备的通讯。Ethernet技术有着极高的通信速率，对于同等数据吞吐量，更高的速率则有着更低的网络负荷、更小的延时以及更低几率的网络碰撞。其次，采用星型网络拓扑结构，通过交换机划分网络。Ethernet交换机有着存储和转发数据的功能，能实现输入、输出数据帧的缓冲而不出现碰撞，也可对数据传输过程进行过滤，保证在本地网段下进行各网段节点间的传输，这样不会经过主干网而降低网络负荷。而全双工通信保证了端口间双绞线在进行接收和发送时不出现冲突，与交换式集线器的使用减低碰撞几率的同时又不存在冲突域，使得Ethernet通信具有更好的实时性和确定性。

参考文献

[1]姜中毅.水泥熟料槽式输送机料槽生产线的自动化改造[J].中国机械，2013（9）.

[2]包皓.电气火灾监控系统在水泥工业的应用前景[J].环球市场信息导报（理论），2013（5）.

[3]赵哲，刘艾明，蒋忠民，高文富.基于模糊算法自动控制生料磨喂料量[J].河南建材，2013（3）.endprint