浅析水泥厂的生产过程自动控制设计

浅析水泥厂的生产过程自动控制设计

摘要阐述了应用网络信息自动化技术推动水泥工业技术进步和产业技术升级改造的重要性，探讨了水泥生产线自动化控制系统的总体设计方案、硬件结构和软件方案，分析了系统应用后的社会经济效益。

关键词水泥生产；自动控制；应用

1 自动控制系统总体方案

水泥生产线中主流控制系统依然以PLC+DCS控制系统为主，且PLC+DCS 控制系统将会在很长一段时间内在水泥生产线中发挥非常良好的应用效果。尤其在网络集成集约化功能需求的当今，具有联网数据信息通信共享的PLC控制器已成为控制系统的核心，能够有效支持现场总线协议，实现水泥生产线中DCS 与PLC在全过程在线监视控制系统中的有效集成。根据现代化水泥集成自动化生产线实际功能需求，笔者提出一套水泥生产线全过程各环节计算机在线监控与管理方案，全线采用具有联网通信功能的PLC控制器+DCS构筑完善的水泥生产线在线监控系统。方案以PLC为核心的现场站完成控制系统各环节中的模拟量/数字量数据采集和集中控制功能。工程师站和操作员工作站主要实现在中控室对现地所有监控设备远程操控、故障报警、运行状态实时显示、运算数据分析存储、统计分析报表、趋势显示，可以根据系统运行需求和调控要求定时或随时打印出监控人员所需的各种运行工况状态数据信息。可设总工程师和厂长指挥信息管理系统、生产调度系统等，使总工程师和厂长能够实时掌握和了解现场水泥生产线的运行工况状态，便于其制定科学合理的调控决策，提高全厂科学合理、高效经济的管理水平[1]。

2 自动控制系统硬件设计

根据水泥生产线操作、监视、控制等实际功能需求，在自动化控制系统设计过程中力求功能结构的简明清晰、投资性价比较高、运行安全可靠性较高、功能集成完善的特性，按照分层分布式结构构筑控制系统结构。控制系统按照功能结构要求，分为现场设备层、过程控制层以及主站监控层三层。现场设备层通过过程控制层通信网络与主站监控层进行数据信息的实时共享。采用光纤以太网技术，通信速率可以达到100Mbps，同时具有非常良好的抗干扰能力。数据采集系统采用成熟的SuperInfo2.0数据采集智能模块，其可以满足水泥生产线自动控制系统数据信息接口、实验室调速数据接口、人工输入数据接口等相关工作单元共同构成，其中自动控制系统数据接口主要采集水泥生产线中已运行和正在实施的DCS分散集控系统、PLC现地控制单元等控制系统中的实时运行数据信息，同时按照扩容扩展功能需求预留控制系统与其他系统间交互通信的接口，接口均按照网络通信协议要求配置独立网关模式，通过TCP/IP网络通信协议就可以完成不同控制系统间的网络连接[2]。

2.1 现场设备层

该方案水泥生产线中的现场监控设备较多，需要采集的数据信号量种类较繁杂、数量较多，主要包含压力、流量、电流、转速等信号。数据采集智能模块先通过内部A/D模数转换单元，将压力、流量等模拟量信号转换成计算机能够识别的标准点信号后，通过通信通道远程传送到水泥生产线集控中心，同时主站监控系统通过网络通信信号可直接接收现地PLC控制单元发出的对应控制信号，实现对现地设备系统的远程监视调控。由于水泥生产现场用地较大，导致有些信号传输距离较远，且现场电磁干扰较为严重，所以在控制系统设计时其现场检测信号宜采用4～20mA标准直流信号表；而温度测量点是水泥生产线控制的核心，其温度传感器集中布设在烧成部分，且温度范围在100～1200℃大范围内波动，因此选用K和E分度的热电偶和高精度的温度控制器。

2.2 过程控制层

控制系统在设计时选用三菱A系列PLC作为整个水泥生产线过程控制层的控制站，以完成对现地设备数据信息的集成整理和主站控制层控制命令的远程传达。其中三菱PLC的特点如下：①结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络；②传输质量高、速度快、带宽稳定；③范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势；④低成本，充分利用现有的低压配电网络基础设施，无须任何布线，节约了资源。⑤适用面广，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的“四网合一”。

2.3 主站监控层

主站监控层主要完成整个水泥生产线的实时数据的显示、过程状态监视、运行数据记录分析处理、运行趋势分析、远程操控等功能。主站监控层除了上述多种的可视化服务功能外，还可以通过计算机自动分析形成对应的操控决策，通过通信网络将相应远程操控命令传输到现代操控地电机和各种电器设备，远程操控完成电机的顺序启动、顺序停车以及事故紧急停车等远程操作。

主站实时监控系统采用B/S模式，即Browser/Server（浏览器/服务器）结构，来实现一系列的功能。该系统的研究成果以独立模块形式提供给监控人员使用，主要通过对三遥信息、告警信息的统计分析，将监控人员所需要的信息展现出来。其中，服务器是整个系统的核心环节。首先，是信息傳输的载体。该系统从能量管理系统的三区数据库中提取所需的原始信息，再将处理过的信息传输给监控人员。其次，具有统计与分析功能，是整个系统的“大脑”。对原始数据进行一系列的统计和分析，通过各种算法得出所要求的结果[3]。

3 系统应用效果分析

水泥生产线全集成自动化控制系统，是结合水泥企业实际生产功能进行开发设计，能在水泥企业实际生产线中成功应用实施，能够满足现代化集成大规模水泥生产要求，有助于节省原料和能源量消耗，提高控制系统数据信息综合利用效率，确保控制系统高效稳定地运行，降低单位产品的综合生产成本，显著提高了

水泥生产企业的经济效益，具有非常好的应用前景[4]。

4 结束语

水泥生产现代化、集成化、集约化功能需求，发展基于PLC+DCS总线的全集成自动化控制系统以及生产流程的智能自动化控制算法，将成为水泥行业自动化研究发展的重点。在控制系统设计过程中，只有真正了解水泥生产工艺流程和物料特性，并优选先进而成熟的监控设备和软硬件系统，才能确保水泥生产系统达到全集成高自动化程度，推动水泥企业安全可靠、节能经济的进行水泥产品生产。

参考文献

[1] 张春龙，李军.PLC自动控制系统调试研究[J].中国新技术新产品，2017，（01）：159.

[2] PLC、触摸屏和变频器在循环双流化床锅炉自动控制系统的应用[J].自动化技术与应用，2015，（02）：58-61.

[3] 张建哲，李志刚.利用PLC软件实现对风机电动挡板的自动控制[J].中国水泥，2015，（03）：83-84.

[4] 车慧子，袁昌明.水泥厂窑尾除尘设计[J].中国计量学院学报，2015，（01）：71-74.