关于提高加气混凝土制品生产行业自动控制水平的探索

江明锦

（广州发展环保建材有限公司）

1 引言

我国火电行业装机容量大，燃煤产生大量的工业固废——粉煤灰，粉煤灰的资源综合利用是各地均面临的突出问题，加气混凝土行业是对火电固废粉煤灰能很好地进行综合利用的领域。中国加气混凝土行业近十年发展迅速，但生产企业普遍存在装备水平落后、自动化控制水平不高等问题，工人劳动强度大，容易造成操作失误，且管理手段落后，“脏、乱、差”现象随处可见，操作人员经常置身于噪音、灰尘、异味环境当中。随着国家节能减排、产业升级的需要，劳动人口红利的下降及生产工人工资的不断上升，如何解放工人，减少现场操作人员的使用，降低生产成本，成为我们必须考虑的发展问题。因此，如何提高加气混凝土制品生产行业的自动化控制水平和生产管理水平，已成为行业健康发展的必然选择。为此，我们对如何提高生产线自动控制管理水平进行了系统的分析、研究和探索，并在工程建设中进行实践。以下就提高生产线自动控制水平的探索情况进行简单介绍。

2 加气行业的装备水平及与之相关问题

⑴近几年，国内加气混凝土生产设备制造水平较之过去有了较大的提高，新建的企业都纷纷提高了生产线的装备水平，但总体而言，生产线自动控制水平仍处于初级阶段，基本都是各工艺设备独自实现PLC 控制，没有整条生产线统一考虑，不能实行整条生产线的安全联锁及自动控制。

⑵由于加气混凝土行业装备水平差，必然要投入较多的人力资源才能维持生产线的正常运转。随着国内工人工资水平的不断提高，不断增加的人工成本已成为企业可否持续发展的问题。

⑶在管理手段上，现在加气行业内大部分的企业仍是停留在主要岗位（如配料浇注）作手工记录的管理阶段，对生产线上众多设备、众多工艺控制点均没有系统地进行记录、统计、整理，因此，没法进行及时、有效的管理，有异常情况不能及时反映，存在问题也不能得到有效解决。

3 如何解决加气混凝土行业的上述问题

人口红利已然不断地减少，靠人力大量投入已不可持续了。只有走“精兵简政”、系统管理之路。提高生产线的自动控制水平，减少人工干预，是总体解决上述所列问题的研究方向。

下面重点探讨如何提高生产线自动控制水平的问题。

关键是提高专用设备的制造质量和装备水平，合理配置工艺设备、设施以及工艺流程，提供更加充裕的工艺调整空间，从而提高加气混凝土产品的制造质量。在此基础上，从项目建设规划、组织实施时，就要从生产线各个环节入手，想方设法地提高其自动控制水平。

3.1 控制系统的选择

针对第2 点所列的主要问题，根据我们在珠江电厂和以前加气混凝土生产应用的经验，我们对如何提高新生产线的自动化水平进行了认真的研究、分析。实现自动控制必然首先涉及到选择哪种控制系统的问题。

我们对PLC、DCS 两种型式的控制系统、设备情况进行了认真的调研。综合比较而言，PLC 系统对相对简单的设备、生产线有较好的应用效果，但存在自动控制程度不一且较低的问题，一般只是个别设备自身的自动/半自动，能实现两三台设备联动的已是属于其中的先进水平，管理功能难以拓展或拓展成本高昂。

DCS 分散控制系统除可实现一般控制系统的自动控制、联锁保护外，由于它有强大的管理功能和开放性扩展接口，开发、拓展都很便利，因此在工业控制系统中具有很好的适应性，让管理者能实时监控、掌握企业生产情况，有效地提高管理效率。这也是DCS 系统能在发电行业、石化生产企业等高安全要求、大容量要求的控制环境中得到广泛应用的因素。但我认为不能直接将电力行业的DCS 系统直接套用到蒸压加气混凝土行业，因为加气行业设备、系统与火电行业还是有很多区别，比如移动设备众多，系统介质对系统磨损、腐蚀严重，容易产生板结、堵塞等问题。国内至今还没有一家企业在蒸压加气混凝土行业实现DCS 系统全线自动控制。

经过反复研究论证后，我们决定在新生产线采用DCS 分散控制系统进行全线控制，从原材料入口开始到成品出口，从蒸汽、供水入口到排汽、排水，以及排放治理等均实现全自动控制。这在同行业并没有先例，也没有可借鉴的经验，这里有一定的风险，但我们为了提高新生产线自动控制水平，进行先行先试。

我们选择DCS 分散控制系统结构图如图1 所示。

为实现对新建30 万m3/年加气混凝土砌块生产线各个工段的设备进行自动监测、控制，我们在加气混凝土生产过程自动控制管理系统方案制定过程中，就对DCS 系统和外围配套设备、设施及工艺流程进行反复研究，选择性能优异、稳定可靠的系统和设备来组建自动控制管理系统。其中，对DCS 系统的自动化功能、可靠性方面提出了很高的要求，也提出可行的保障措施，比如移动设备的三套通讯保障手段、移动设备冗余控制器的配备、冗余I/O 模块的配置、卡件类型的选择等，还有变频器、智能仪表、外挂控制器等的通讯保障手段，以及网络、室外控制柜的选择等等，都以高标准来要求，使整条生产线能实现自动监测、控制、保护、报警等功能。同时，利用DCS 系统强大的管理功能，实现数据记录和统计、班/日/月报表打印、报警记录等管理功能。

3.2 控制系统配套的外围设备的选择

我认为控制系统的性能好坏，除了DCS 本身的性能之外，与很多外围设备的性能及其安装调试有很大的关系。

3.2.1 检测设备

生产线控制中的检测设备种类很多，加气生产行业根据检测对象的不同可分为压力检测、差压检测、温度检测、料位检测、重量检测、流量检测、转速检测、位置检测、电流检测、电压检测、频率检测、功率检测等等；原理及反应方式，可分为模拟式、数字式。生产厂家生产的各种设备性能也有参差，导致检测效果不同。同时，检测设备的安装质量的好坏，也对检测设备的应用效果产生很大影响，比如在生产线上检测设备位置的位置检测开关，开关与主设备安装得过近，容易被设备撞坏，安装得过远，又检测不了，同时主设备制造、安装质量不一，开关按一台设备安装好，又与其他设备不匹配。

图1

为了应对此类问题，我们在专用主设备订货时，就根据工艺要求、控制要求及介质对象的特点对设备的制造质量提出很高的要求，包括外观尺寸、变形量、耐久性等，在国标要求的基础上提出更严格的指标；对由主设备厂家配套供应的检测设备也根据我们的调研、考察和分析情况制订了具体的要求，严格品牌、质量、检测性能等要求，务求使其供货设备能准确反映设备运行状态。我们对非工艺主设备配套的检测设备，也反复比较，选择品牌过硬、质量可靠、信誉良好、服务保证的产品进行购买。

为了实现检测设备的检测信号可靠地传输给DCS系统，我们对信号传输方式也费尽思量，反复研究比较，针对不同设备的特点和控制重要性的不同，再考虑经济性与可行性，选择不同的信号传输方式。比如，对一般电机我们以电机保护器进行智能化的保护，通过DCS 系统监测、收集、记录其电流、电压、报警等数据、信号，类似设备众多，以上参数通讯均通过一条专用通信电缆将其送入DCS 系统，减少大量的电缆购置及工程费用。

3.2.2 执行机构

我们深知，有一套好的控制系统，如没有质量可靠的执行机构配合，那就像一个人空有一个爱因斯坦的脑袋，而手、脚、喉等方面却有问题，就不能很好地发挥其应用的功能。因此，手脚问题一定要解决好，才能动作麻利，反应迅速，操作准确、可靠。

加气混凝土生产行业有流通介质为强腐蚀、强磨损的料浆，具有易沉积、高结垢的特点，对设备、设施产生严重磨损和腐蚀，也容易造成设备卡滞、损坏；还有移动设备、设施众多，移动设备及物料搬运设施制造尺寸存在精度控制不良的问题普遍存在，设备出现控制失效的情况时有发生。

生产企业用到的自动执行机构一般有气动门、电动门、电磁阀、变频器、电-液调节阀、电动调节阀、小型电机等等。我们在执行机构的选择上吸取原生产线、脱硫制浆系统的经验教训，坚持从实际使用环境出发，坚持选择经过实践证明质量可靠、保护完善的智能化执行机构，对控制元件的选择也是反复研究、比较，选择可靠、成熟、制造质量好的厂家产品。同时，密切跟踪控制领域的新技术，从控制质量、可靠性、便利性、经济性等方面进行比较，选择不同的控制设备及其控制方案。

比如，我们对电机变频器，除使用变频器进行电机变频拖动外，我们使用Profibus-DP 总线将30 多台的变频器进行联接，在很少的安装成本基础上实现大容量数据的实时传输，从而最大限度发挥变频器的控制、报警、保护、监测等功能，通过DCS 系统实现智能化控制。

3.2.3 通讯网络的考虑

通讯系统的选择非常重要，它是控制体系上传下达、正常运行的必要途径。我们根据生产系统的特点、设备的重要程度不同，兼顾安全性、技术难易程度、经济性等因素，在不同的系统、设备之间使用不同的网络。比如，对移动设备，为了保证安全可靠，我们采用了三套通讯系统，每个系统均实现无扰切换，保证设备之间联锁保护信号的可靠和控制指令的可靠下达、设备运行状态信息的有效传输收集。

3.3 实践效果

经过我们的努力，广州发展新生产线已基本达到原预计的自动控制功能；按上述系统结构图所示，除向Internet 网络发布信息的功能组件除因考虑工业控制系统的安全管理没实施外，其它功能及分系统均已实现，外挂、扩展功能实现良好；生产线的操作人员从原来约20 人/班减少到现在的7 人/班，操作人员的劳动强度降低，工作环境得到改善；实现集中进行生产系统和工艺设备的状态监控、人工干预，同时可在线修改程序、调整参数、事件报警及自动收集、统计数据实现报表打印等强大的管理功能。产品质量也较原生产线大幅提高。

4 不足及建议

在广州发展新生产线建设、试生产过程中，我们也遇到很多新问题，经过大家努力，很多也已经成功解决，基本实现了预期目标，但也有部分加气混凝土行业的顽疾仍然影响着控制体系的安全可靠性运行，比如蒸养小车和底板，由于数量众多，制造精度把握不好，尺寸参差不齐，移动、搬运路径长，使用环境变化又大，运动过程中容易对检测开关造成损坏，产生自动控制失灵、保护失效的情况。

建议专用设备生产厂家加强设备制造质量的控制，设计、制造均需适应新时期的要求，保证产品质量，为整体提高加气混凝土生产行业自动控制水平提供一个好的平台。安装、调试单位也要提高工程建设质量，共同提高加气行业的整体建设质量。

5 结论

经过我们的实践，可以看到加气混凝土生产行业自动化水平落后的现象是可以改变的；为此增加的投入可带来人工成本的降低和安全生产、产品质量提高、提升工人满意度，同时可大幅提高企业的形象，实现高效、现代化的管理。因此，可在全国范围内推广，提升加气生产企业自动化控制水平。