隨著中國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對水泥的需求日益增加。目前國內(nèi)外各大水泥企業(yè)紛紛在華興建大型干法旋窯水泥生產(chǎn)線，這為水泥行業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。ABB公司已經(jīng)為水泥生產(chǎn)線準(zhǔn)備了最佳的工業(yè)自動化解決方案，幫助建設(shè)具有國際先進(jìn)水平、高產(chǎn)出、低消耗、環(huán)保高效的生產(chǎn)線。

水泥生產(chǎn)工藝簡述

一般來講，水泥行業(yè)生產(chǎn)的是硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是一種通常為灰色的細(xì)致粉末，它由鈣( 來自石灰石)、硅酸鹽、鋁酸鹽( 黏土) 以及鐵酸鹽組成。在一個硅酸鹽水泥工廠中，水泥生產(chǎn)工藝的主要過程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高溫窯爐中用燃料將其煅燒成熟料，最后將熟料與適量石膏混合磨細(xì)制成水泥，需要經(jīng)過礦山開采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨及成品包裝等多道工序，見圖1所示。

圖 1 水泥工廠的典型生產(chǎn)流程

總之，其生產(chǎn)過程通常可概括為“三磨一窯”，可分為生產(chǎn)制備、煤粉制備、熟料煅燒和水泥粉磨及出廠四個步驟。

1.生料制備

將石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后按一定比例配合、磨細(xì)并調(diào)配為成份合適、量質(zhì)均勻的生料。

2.煤粉制備

水泥生料煅燒所需的煤炭，必須制備成煤粉，提供煤粉燃燒所要求的粒度，以便于充分燃燒，得到足夠的燃燒反應(yīng)能力。

3.熟料煅燒

熟料球形結(jié)塊的直徑必須在3.2~50mm 范圍之內(nèi)，它們是在原料之間的化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的。將生料放在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融以得到硅酸鹽水泥熟料，并儲存至熟料料倉。

4.水泥粉磨及出廠

將熟料加入適量石膏、混合材或添加劑共同磨細(xì)為水泥，并包裝出廠。粉磨過程在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)配備了一個空氣分離機(jī)，用來按大小將水泥顆粒分開，沒有完全磨細(xì)的材料被重新送入該系統(tǒng)。

設(shè)計(jì)分析

通過對工藝過程的介紹，不難看出這是一個典型的順序控制工程（原材料入庫、輸送—水泥粉磨—水泥出庫及包裝系統(tǒng)）。我們完全可以通過對控制對象——各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備電動機(jī)的依次起動、停止和正反轉(zhuǎn)控制，以及各種報(bào)警指示、開關(guān)信號和模擬量信號的采集和編程處理來實(shí)現(xiàn)對工藝過程的自動化控制。

生產(chǎn)線上主要的設(shè)備控制、監(jiān)視、報(bào)警及打印報(bào)表等管理功能都由中控室執(zhí)行，控制硬件分布在原料粉磨、窯尾和窯頭3個過程現(xiàn)場站內(nèi)，過程站與中控室之間由數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)提供雙向信息處理和信息傳送。

按控制要求劃分，主要功能包括：數(shù)據(jù)采集功能、開關(guān)量控制功能和順序控制功能。

系統(tǒng)配置

系統(tǒng)的構(gòu)成包括過程控制站、操作員站、工程師站以及通信系統(tǒng)（Modbus，ProfiBus DP/PA）。

AC500系列PLC的功能靈活、可拓展性強(qiáng)。傳統(tǒng)PLC產(chǎn)品的小型、中型和大型的軟硬件差別非常大，系統(tǒng)的拓展性很有局限。而AC500僅通過3、4種不同內(nèi)存和速度的CPU中央處理單元就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面升級，這樣可以保護(hù)客戶的現(xiàn)有投資。控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)原理如圖2所示。

圖 2 水泥廠控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)原理圖

水泥生產(chǎn)的各個控制站極為分散，此時系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。冗余光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)與采用使得過程控制網(wǎng)絡(luò)極為可靠，大大提高了整個系統(tǒng)的安全系數(shù)。

1.第一級——監(jiān)控管理

由中央控制室的操作站與工程師站實(shí)現(xiàn)。選用工控計(jì)算機(jī)，以TCP/IP工業(yè)以太網(wǎng)與PLC系統(tǒng)通信，實(shí)行集中控制。通過工控組態(tài)軟件實(shí)時監(jiān)視整個生產(chǎn)線工藝參數(shù)變化、設(shè)備運(yùn)行和故障發(fā)生等情況，同時負(fù)責(zé)日常報(bào)表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。

2.第二級——過程控制

由現(xiàn)場的各分系統(tǒng)或成套設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。以AC500 PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制核心，按場區(qū)配置分站。通過FBP分布式擴(kuò)展I/O通信對流量、壓力、溫度、電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行采集和控制。

3.第三級——單機(jī)就地控制

由現(xiàn)場電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。采用ABB公司的S500系列產(chǎn)品組成分布I/O，采集現(xiàn)場參數(shù)，執(zhí)行上一級PLC主站的控制命令。

結(jié)束語

以本文的研究結(jié)果為基礎(chǔ)的技術(shù)方案，已在山西某水泥生產(chǎn)線具體實(shí)施。由于采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)相結(jié)合的方法，大大提高了水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的自動化管理水平，有效地防止了人身意外的發(fā)生，也為公司節(jié)約了大量的資金。