自動化領域最新發展趨勢及在水泥行業的應用
作者：張衛民 來源：中國建材報
核心提示：隨著國家宏觀經濟方針的戰略性改革調整，水泥產(chan) 能過剩，水泥工業(ye) 發展將不如過去，但IT、通訊、傳(chuan) 感器技術將會(hui) 以更快速度發展，也一定會(hui) 推動我國水泥工業(ye) 自動化水平更進一步發展和提高，以盡快實現節能、環保、安全、高效這四大目標。同時由於(yu) EPC項目將在未來幾年中占據主導地位，我國水泥工業(ye) 將推動世界水泥工業(ye) 自動化的發展和提高。
我國水泥工業(ye) 和其他流程工業(ye) 一樣，麵臨(lin) 市場和能源、清潔生產(chan) 和環境保護、高效和規範、負責和協調的挑戰。節能、環保、安全、高效是每一個(ge) 水泥集團必須要麵對的課題，而自動化技術和這四大目標又緊密相連，本文將就當今自動化領域內(nei) 和水泥行業(ye) 有關(guan) 的最新發展趨勢作一簡述，以便為(wei) 我國水泥工業(ye) 發展搭建更為(wei) 廣闊的溝通和交流平台。
以信息技術改造水泥行業(ye) ，以信息化推進自動化，自動化再促使水泥行業(ye) 節能、環保、安全、高效四大目標的實現，已成為(wei) 業(ye) 界的共識。
信息技術推動自動化
國內(nei) 一些大水泥集團諸如中國建材、中國中材、海螺水泥、山水、冀東(dong) 、華新、華潤、金隅、亞(ya) 泰、台泥等，在當前競爭(zheng) 不斷加劇的壓力下，也緊跟這股信息化的潮流，推進自動化的發展，這些集團在現有水泥生產(chan) 線已經應用數字化控製係統（DCS/PLC)配置的同時，在過程控製級（PCS）的上端，還增加了製造執行係統（MES）層，並正在策劃和運作企業(ye) 管理級（ERP），即企業(ye) 資源規劃和管理層。MES是企業(ye) 管控銜接的核心環節，是管理信息係統和生產(chan) 過程控製係統的紐帶，製造執行係統包括生產(chan) 管理係統、質量控製係統、采購管理係統、倉(cang) 庫管理係統、銷售子係統、設備管理係統、財務管理係統、能源管理係統、環保檢測係統、安全管理係統、辦公自動化管理係統和綜合管理子係統等，通過這些子係統逐步實現“管控一體(ti) 化”。
當今在水泥市場供大於(yu) 求、產(chan) 能過剩、競爭(zheng) 激烈的形勢下，某些大水泥集團由於(yu) 初步實現了MES的運營，其集團化管理的控製力和執行力明顯提高，精細化運行方式使得物流和原材料成本得到控製，實現了綜合效益的大幅增長。筆者認為(wei) 水泥生產(chan) 是連續性很強的流程工業(ye) ，其生產(chan) 實時性、季節性強，品種又較單一，生產(chan) 中幹擾因素多，它基本不以訂單來計劃生產(chan) ，故一些專(zhuan) 業(ye) 軟件公司開發的MES軟件往往不能完全適應水泥行業(ye) ，水泥集團大多是自己在開發MES，集團之間信息透明度還不夠，正在運營的MES應該還是初期的，同時要把生產(chan) 調度和企業(ye) 領導的決(jue) 策統一成為(wei) 真正的ERP還需要進一步開發，主要問題是企業(ye) 對工業(ye) 控製係統、部分管理係統如財務、銷售等較為(wei) 重視，通常對生產(chan) 環節的管理信息化重視不夠，未能實現綜合的業(ye) 績指標。
自動化技術的互補與(yu) 滲透
DCS、PLC、IPC是自動控製領域的三大支柱，它們(men) 之間競爭(zheng) 激烈，但又取長補短和相互滲透，相互融合，因而形成了具有混合控製策略的PLC/DCS混合係統HCS。水泥行業(ye) 作為(wei) 較典型的流程工業(ye) ，決(jue) 定了其開關(guan) 量邏輯控製的主導地位，同時模擬量的處理多為(wei) 簡單的顯示和給定，控製回路基本上為(wei) 並不複雜的單回路調節，這些特點適合於(yu) HCS的應用。
水泥行業(ye) 用得較多的是ABB公司的800xA、800F係統，能與(yu) ERP連接，ABB公司還針對水泥、礦產(chan) 部推出了KM係統，它主要是生產(chan) 報表係統再加上化驗室係統，據悉華新集團正在應用KM係統。國內(nei) 各大水泥集團如能進一步改善開發環境，不斷積累實踐經驗研發專(zhuan) 家係統，可實現集團MIS和MES更完整的集成，最終達到以“管控一體(ti) 化”為(wei) 目標的ERP。
自動化係統更加注重功能和信息安全
水泥行業(ye) 已大多采用新型水泥幹法工藝，它是連續性很強的工藝過程，並已實現了計算機係統的順序和連鎖控製，筆者認為(wei) 新型幹法工藝其安全等級是較高的。要進一步提高整體(ti) 安全等級必須增強故障診斷環節；人機操作界麵要便於(yu) 故障的監測；對生產(chan) 規模越大的生產(chan) 線，如日產(chan) 萬(wan) 噸熟料的生產(chan) 線係統配置要提高冗餘(yu) 度，另外信息安全也必須高度關(guan) 注，要特別增強煤磨車間的防爆安全等級，對設置低溫餘(yu) 熱發電的企業(ye) ，整體(ti) 安全等級SIL要高於(yu) 一般企業(ye) 。
控製係統由集中向分散化發展
智能化分布式I/O將使水泥生產(chan) 線的係統配置更趨扁平化，原設置的遠程I/O場合，如礦山、預配料站等可用智能化分布式I/O替代，以節省I/O安裝電纜和控製係統整體(ti) 的開銷。
無線通訊技術進一步滲透控製領域和無線變送器的應用
無線通訊技術目前在汽車、石化、水處理等行業(ye) 有較多應用。在水泥行業(ye) ，有的大集團局部輔助流程也采用了無線技術，如冀東(dong) 水泥集團在循環水泵站已采用無線控製，浙江有些水泥廠采用無線控製裝卸散裝水泥船等。考慮到有些水泥廠占有的物理空間很大，有些工藝測量點的位置難於(yu) 安裝，而有些工藝測量點環境十分惡劣，用傳(chuan) 統的硬連線安裝器件成本又過高，如果改用無線變送器能夠節約能源，減少配線和維護費用。
人機界麵更趨人性化
國內(nei) 某水泥集團MES的運營、集團化管理的控製主要依靠多種人機界麵，通過OPC實現了集團內(nei) 各個(ge) 水泥生產(chan) 線之間的信息交換，也實現了主控係統和各子控製係統的互連，如生料質量控製係統等。
中子式活化分析儀(yi)
由於(yu) X射線熒光分析儀(yi) 組成的生料質量控製係統並不能做到真正的“在線”實時分析，為(wei) 進一步穩定生料質量，減少或取消原料中間儲(chu) 存的環節，簡化流程，國內(nei) 一些水泥廠采用了前饋控製用於(yu) 質量控製，即用γ射線分析儀(yi) 對運行中的皮帶機上的物料進行實時分析，根據分析結果進行各種計算，最終在線給出各種原料配比，控製各種原料的喂料量，以保證實際控製的各項質量參數跟蹤設定值。
變頻器性能更加擴展
變頻器的應用領域已從(cong) 常規的風機、泵類等拓展到輸送、喂料機械等，在行業(ye) 應用麵上也越來越廣，因而其功能也進一步提升並多樣化，一方麵是全數字化、功能齊全、能夠補償(chang) 負荷變化的自適應、調諧技術，特別是分布式具有通信、聯網功能和集成PLC的高端變頻器。另一方麵是簡易或專(zhuan) 用的變頻器及機電一體(ti) 化的變頻器。就開展控製技術而言，DTC直接轉矩控製、無傳(chuan) 感器矢量控製是發展方向，目前速度響應約為(wei) 2ms，電流響應能達到 0.1m~0.5ms。速度調節的發展趨勢是提高速度的控製精度，一般在閉環時，對應於(yu) 全範圍，調速比為(wei) 1:100或更高時，速度控製精度高達0.05%。另外變頻器性能在低速時的過載能力，穩定的四象限運行能力，以及一機驅動多台電機的負荷平衡能力等方麵也有所增強。
如何在低速時經受較大的過載轉矩，降低對電力係統的幹擾，提高中壓變頻器的性價(jia) 比是對製造商提出的課題。現在各大水泥集團大多采用國產(chan) 中壓變頻器作為(wei) 中壓變頻器的首選方案，由於(yu) 性價(jia) 比較高，目前已在對國外的EPC項目中普遍采用。
看火工業(ye) 電視和窯內(nei) 紅外測溫係統二合一新型自動化裝置
由於(yu) 比色測溫效果並不理想，現在市場有引進的測燒成帶溫度的紅外高溫計和看火工業(ye) 電視二合一新型的自動化裝置問世，看火工業(ye) 電視顯示包括燒成帶溫度在內(nei) 的各點溫度，節省了為(wei) 比色高溫計設置的冷卻和清掃裝置，同時監控更為(wei) 直觀，主要用於(yu) 不間斷地實時檢測水泥窯內(nei) 煆燒情況，並和DCS係統通信。它不是最新技術，但隨著通訊技術的進步，實時檢測更為(wei) 有效。
電能管理係統
電能管理係統是MES一子係統，水泥企業(ye) 是能源大戶，以噸水泥電耗90kWh測算，電力成本占成品的比例高達20%，降低電費成本對經濟生產(chan) 和節能減排都具有重要意義(yi) 。目前大部分水泥廠均已經建立了能源管理機製，但電能的計量還是以人工抄表為(wei) 主，對現代化的企業(ye) 管理來說已經相對十分滯後。
采用電能管理係統，準確、快速、經濟地獲得用電回路的各類數據是進行用電分析、負荷管理、表計運行狀況監測、電費自動結算的基礎，同時也是提高企業(ye) 經濟效益的有效手段。
隨著國家宏觀經濟方針的戰略性改革調整，水泥產(chan) 能過剩，水泥工業(ye) 發展將不如過去，但IT、通訊、傳(chuan) 感器技術將會(hui) 以更快速度發展，也一定會(hui) 推動我國水泥工業(ye) 自動化水平更進一步發展和提高，以盡快實現節能、環保、安全、高效這四大目標。同時由於(yu) EPC項目將在未來幾年中占據主導地位，我國水泥工業(ye) 將推動世界水泥工業(ye) 自動化的發展和提高。
