立窑生产线工艺自动化与计量

立窑生产线工艺自动化与计量

2008-06-24来源：中国自动化

近十多年来，水泥回转窑生产规模越来越大型化，回转窑生产线检测与自动控制技术、计量技术也到了迅速发展并趋于成熟，成功例子很多。相比而言，水泥立窑受其生产工艺、投资规模、台时产量影响，立窑计量与自动控制技术发展相对缓慢，也走了很多弯路。计量方面，物料计量从斗式秤、圆盘秤到失重秤，从恒速秤、间歇式皮带秤到直流、变频调速式皮带秤，从螺旋秤、冲击流量计到转子秤；水流量计量从转子流量计、涡街流量计到克里奥流量计。自动化方面，也经历了从无到有、从极个别二型仪表到局部三型仪表使用，从局部单台计算机控制到参数检测、很少参与控制局域网系统，且使用成效与运行可靠性都很不理想，立窑自动化实际上较长时间内处于一种困境。

DCS系统广泛应用与现场总线技术飞速发展，用户对计算机控制技术要求断提高。系统开放性方面，希望各个厂家产品具有互操作性、互换性、可替代性、可扩充性（可增值性）和多台支持（可移植性）。系统功能方面，要求实现算法更多，实现控制目标更高，系统功能更趋综合化。系统自诊断功能方面，要求自诊断功能尽善尽美、准确无误。其他方面，如系统易操作性、可靠性、低成本等要求更加苛刻。这种情况下，水泥生产过程与生产管理呈现了这样趋势:

（1）控制自动化水平越来越高，从经典PID调节、反馈、

前馈回路控制逐步发展到批次控制、集散控制、面向对象优化控制、人工智能专家控制、模糊控制、自学习功能等，对单一参数、单一目标控制逐步发展到多参数多目标控制，考虑到多种扰动影响对其进行校正、补偿，算法和知识库建立等越来越复杂，越来越要做大量细致工作，并显尤为重要。

（2）生料配料、水泥配料和窑、磨、破碎等对象优化控制、自适应控制或人工智能专家系统，要求计算机集散控制系统自身实现，即不再附加其它计算机硬件。目前采用IPC与网络通讯组成控制系统，对系统支撑软件要求已仅是其功能多么强大、内容多么丰富，对其具有不同对象用户再开发能力需求日渐重要。系统软件如能支持多种流行高级语言，用户各个特殊控制对象不同要求能实现自己控制策略，那将对行业针对性软件开发、对系统内容丰富与软件完善都提供了重要手段。

（3）现场智能化仪表普遍使用。

（4）数字化直流调速、变频控制器、软启动装置、开关元器件等将迅速到广泛应用。

（5）人工干预越来越少，操作点越来越集中，操作方式越来越软件化。

（6）控制系统功能越来越向综合性发展，CRT作用越来越强。

（7）数字信号越来越深入现场，控制将进一步分散，故障点影响面将越来越小，控制系统投资将大幅度下降。

（8）企业管理信息系统（MIS）、企业资源规划（ERP）等信息化管理技术已一些先进水泥企业成功应用，企业经营管理信息化与生产过程控制一体化也正到迅速发展，电子商务也正为改变企业经营、管理模式发挥其越来越大作用。

近几年来，水泥立窑工艺也发生了较大变化，比如大磨群窑工艺，大径窑台时产量也有了较大幅度提高，辊压磨、立磨、高产高细磨、高效选粉机和小型预均化堆场等性能优良设备及工艺技术，已立窑水泥企业到广泛应用；收尘设备高效与耐用都给立窑开辟了广阔前景，特别是生产连续性将大大提高，这给自动化应用奠定了新基础，同时也可以借鉴回转窑厂一些成功经验。正是要与立窑技术发展相适应，立窑生产线不能没有自动化；不能没有计算机控制系统；不能没有高效现代数字信息管理系统；更不能没有高可靠性检测与计量系统。我们必须强调：要想使自动化系统真正为立窑生产过程发挥应有效用，就一定要实现对水泥生产线全过程控制。

2 自动化

(1)DCS方案

80年代中期以来，我国立窑水泥厂自动化水平有了较大提高,一些自动化新技术、新产品到广泛应用。S型数字仪表、智能仪表替代了故障率高、可靠性差DDZ－Ⅱ型仪表，并采用了交流变频器、软起动器等新型电气传动装置。机立窑生产线自控系统模式从仪表过程控制加常规继电器起停控制过渡到局部计算

机加PLC控制，到今天DCS控制。DCS即集散型控制系统，其特点为集中操作、分散控制。但多年研究试验，目前机立窑尚不能实现完全闭门煅烧，窑面布料与卸料平衡操作、呲火处理、异常窑况处理等，还必须由窑面看火工手工操作。针对立窑这一特殊性，宜采下三种方案：一是分散控制、分散操作方案，即立窑生产线各主要工段分别设置DCS控制站和操作站，各控制站和操作站只对本工段设备起停和工艺参数进行显示、控制和操作。二是设置中央控制室，操作站集中置于中控室，另窑面控制室设一小型操作站（如OP操作屏）,中控室内烧成操作站与现场操作站作协调控制与监测。三是不设窑面现场操作站，全线中央控制室操作控制，研究开发窑面智能操作机械手、智能布料机，并配套安装新型针孔看火装置，实现对窑面远程操作处理与控制。对DCS中电源模块、系统网络采用冗余配置，变送仪表采用精度高、调整方便、通讯能力强、高可靠性智能型仪表，全面提高检测控制系统可靠性。

立窑水泥厂规模较小，投资少，,我们DCS选型上，面向价格较低国产DCS系统和利用PLC集成PCS系统。国产DCS系统多年努力,技术上已十分成熟，且拥有完全中文界面，便于技术人员和操作人员掌握。而PCS系统则具有价格低廉、可靠性高优势，如西门子公司S7系列产品。

DCS是生产与管理自动化综合系统，它包括了调度管理、配料控制、生产线热工参数检测控制、喂料喂煤计量控制和设备

起停联锁控制等功能。有条件企业，可以预留通讯接口挂接企业管理网。异建厂集团企业或有技术单位支持企业，可电话线实现远程诊断、远程管理。

(2)原燃料质量控制

大磨群窑工艺或生产规模较大企业可以建立长条形小型石灰石预均化库或圆形石灰石预均化堆场，设立一个DCS现场控制站或PC站。长条形小型石灰石预均化库，自动控制进料皮带小车，实现往复均匀布料或定点下料，控制预均化库底卸料电振机开停，实现搭配出料。圆形石灰石预均化堆场，自动控制皮带布料机和取料机以及出料拉链机运行，实现石灰石原料均匀布料和均匀出料，提高系统可靠性与预均化效果。

采用全自动煤质分析仪或氧弹式发热量快速测定仪，自动分析进厂原煤质量，实现准确配煤与合理搭配使用。

(3)生料配料及粉磨工段

采用DCS生料控制站，配备QCS控制软件，加上取样器、分析仪、调速皮带秤、数字磨音测量仪和少量热工仪表构成生料质量控制系统。系统具有生料配方优化计算、配料实时控制、磨机负荷控制、参数显示和报表打印等功能。

过去立窑水泥厂多使用钙铁分析仪，这种分析仪价格便宜，