作者：張衛(wèi)民   來(lái)源：中國(guó)建材報(bào)  

核心提示：隨著國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)方針的戰(zhàn)略性改革調(diào)整，水泥產(chǎn)能過(guò)剩，水泥工業(yè)發(fā)展將不如過(guò)去，但I(xiàn)T、通訊、傳感器技術(shù)將會(huì)以更快速度發(fā)展，也一定會(huì)推動(dòng)我國(guó)水泥工業(yè)自動(dòng)化水平更進(jìn)一步發(fā)展和提高，以盡快實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效這四大目標(biāo)。同時(shí)由于EPC項(xiàng)目將在未來(lái)幾年中占據(jù)主導(dǎo)地位，我國(guó)水泥工業(yè)將推動(dòng)世界水泥工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和提高。
                     
    我國(guó)水泥工業(yè)和其他流程工業(yè)一樣，面臨市場(chǎng)和能源、清潔生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)、高效和規(guī)范、負(fù)責(zé)和協(xié)調(diào)的挑戰(zhàn)。節(jié)能、環(huán)保、安全、高效是每一個(gè)水泥集團(tuán)必須要面對(duì)的課題，而自動(dòng)化技術(shù)和這四大目標(biāo)又緊密相連，本文將就當(dāng)今自動(dòng)化領(lǐng)域內(nèi)和水泥行業(yè)有關(guān)的最新發(fā)展趨勢(shì)作一簡(jiǎn)述，以便為我國(guó)水泥工業(yè)發(fā)展搭建更為廣闊的溝通和交流平臺(tái)。
                     
    以信息技術(shù)改造水泥行業(yè)，以信息化推進(jìn)自動(dòng)化，自動(dòng)化再促使水泥行業(yè)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效四大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，已成為業(yè)界的共識(shí)。

    信息技術(shù)推動(dòng)自動(dòng)化
                     
    國(guó)內(nèi)一些大水泥集團(tuán)諸如中國(guó)建材、中國(guó)中材、海螺水泥、山水、冀東、華新、華潤(rùn)、金隅、亞泰、臺(tái)泥等，在當(dāng)前競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇的壓力下，也緊跟這股信息化的潮流，推進(jìn)自動(dòng)化的發(fā)展，這些集團(tuán)在現(xiàn)有水泥生產(chǎn)線已經(jīng)應(yīng)用數(shù)字化控制系統(tǒng)（DCS/PLC)配置的同時(shí)，在過(guò)程控制級(jí)（PCS）的上端，還增加了制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）層，并正在策劃和運(yùn)作企業(yè)管理級(jí)（ERP），即企業(yè)資源規(guī)劃和管理層。MES是企業(yè)管控銜接的核心環(huán)節(jié)，是管理信息系統(tǒng)和生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)的紐帶，制造執(zhí)行系統(tǒng)包括生產(chǎn)管理系統(tǒng)、質(zhì)量控制系統(tǒng)、采購(gòu)管理系統(tǒng)、倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)、能源管理系統(tǒng)、環(huán)保檢測(cè)系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、辦公自動(dòng)化管理系統(tǒng)和綜合管理子系統(tǒng)等，通過(guò)這些子系統(tǒng)逐步實(shí)現(xiàn)“管控一體化”。
                     
    當(dāng)今在水泥市場(chǎng)供大于求、產(chǎn)能過(guò)剩、競(jìng)爭(zhēng)激烈的形勢(shì)下，某些大水泥集團(tuán)由于初步實(shí)現(xiàn)了MES的運(yùn)營(yíng)，其集團(tuán)化管理的控制力和執(zhí)行力明顯提高，精細(xì)化運(yùn)行方式使得物流和原材料成本得到控制，實(shí)現(xiàn)了綜合效益的大幅增長(zhǎng)。筆者認(rèn)為水泥生產(chǎn)是連續(xù)性很強(qiáng)的流程工業(yè)，其生產(chǎn)實(shí)時(shí)性、季節(jié)性強(qiáng)，品種又較單一，生產(chǎn)中干擾因素多，它基本不以訂單來(lái)計(jì)劃生產(chǎn)，故一些專業(yè)軟件公司開(kāi)發(fā)的MES軟件往往不能完全適應(yīng)水泥行業(yè)，水泥集團(tuán)大多是自己在開(kāi)發(fā)MES，集團(tuán)之間信息透明度還不夠，正在運(yùn)營(yíng)的MES應(yīng)該還是初期的，同時(shí)要把生產(chǎn)調(diào)度和企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)的決策統(tǒng)一成為真正的ERP還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，主要問(wèn)題是企業(yè)對(duì)工業(yè)控制系統(tǒng)、部分管理系統(tǒng)如財(cái)務(wù)、銷售等較為重視，通常對(duì)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的管理信息化重視不夠，未能實(shí)現(xiàn)綜合的業(yè)績(jī)指標(biāo)。

    自動(dòng)化技術(shù)的互補(bǔ)與滲透
                     
    DCS、PLC、IPC是自動(dòng)控制領(lǐng)域的三大支柱，它們之間競(jìng)爭(zhēng)激烈，但又取長(zhǎng)補(bǔ)短和相互滲透，相互融合，因而形成了具有混合控制策略的PLC/DCS混合系統(tǒng)HCS。水泥行業(yè)作為較典型的流程工業(yè)，決定了其開(kāi)關(guān)量邏輯控制的主導(dǎo)地位，同時(shí)模擬量的處理多為簡(jiǎn)單的顯示和給定，控制回路基本上為并不復(fù)雜的單回路調(diào)節(jié)，這些特點(diǎn)適合于HCS的應(yīng)用。
                     
    水泥行業(yè)用得較多的是ABB公司的800xA、800F系統(tǒng)，能與ERP連接，ABB公司還針對(duì)水泥、礦產(chǎn)部推出了KM系統(tǒng)，它主要是生產(chǎn)報(bào)表系統(tǒng)再加上化驗(yàn)室系統(tǒng)，據(jù)悉華新集團(tuán)正在應(yīng)用KM系統(tǒng)。國(guó)內(nèi)各大水泥集團(tuán)如能進(jìn)一步改善開(kāi)發(fā)環(huán)境，不斷積累實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)研發(fā)專家系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)集團(tuán)MIS和MES更完整的集成，最終達(dá)到以“管控一體化”為目標(biāo)的ERP。

    自動(dòng)化系統(tǒng)更加注重功能和信息安全
                     
    水泥行業(yè)已大多采用新型水泥干法工藝，它是連續(xù)性很強(qiáng)的工藝過(guò)程，并已實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的順序和連鎖控制，筆者認(rèn)為新型干法工藝其安全等級(jí)是較高的。要進(jìn)一步提高整體安全等級(jí)必須增強(qiáng)故障診斷環(huán)節(jié)；人機(jī)操作界面要便于故障的監(jiān)測(cè)；對(duì)生產(chǎn)規(guī)模越大的生產(chǎn)線，如日產(chǎn)萬(wàn)噸熟料的生產(chǎn)線系統(tǒng)配置要提高冗余度，另外信息安全也必須高度關(guān)注，要特別增強(qiáng)煤磨車間的防爆安全等級(jí)，對(duì)設(shè)置低溫余熱發(fā)電的企業(yè)，整體安全等級(jí)SIL要高于一般企業(yè)。

    控制系統(tǒng)由集中向分散化發(fā)展
                     
    智能化分布式I/O將使水泥生產(chǎn)線的系統(tǒng)配置更趨扁平化，原設(shè)置的遠(yuǎn)程I/O場(chǎng)合，如礦山、預(yù)配料站等可用智能化分布式I/O替代，以節(jié)省I/O安裝電纜和控制系統(tǒng)整體的開(kāi)銷。

    無(wú)線通訊技術(shù)進(jìn)一步滲透控制領(lǐng)域和無(wú)線變送器的應(yīng)用
                     
    無(wú)線通訊技術(shù)目前在汽車、石化、水處理等行業(yè)有較多應(yīng)用。在水泥行業(yè)，有的大集團(tuán)局部輔助流程也采用了無(wú)線技術(shù)，如冀東水泥集團(tuán)在循環(huán)水泵站已采用無(wú)線控制，浙江有些水泥廠采用無(wú)線控制裝卸散裝水泥船等。考慮到有些水泥廠占有的物理空間很大，有些工藝測(cè)量點(diǎn)的位置難于安裝，而有些工藝測(cè)量點(diǎn)環(huán)境十分惡劣，用傳統(tǒng)的硬連線安裝器件成本又過(guò)高，如果改用無(wú)線變送器能夠節(jié)約能源，減少配線和維護(hù)費(fèi)用。

    人機(jī)界面更趨人性化
                     
    國(guó)內(nèi)某水泥集團(tuán)MES的運(yùn)營(yíng)、集團(tuán)化管理的控制主要依靠多種人機(jī)界面，通過(guò)OPC實(shí)現(xiàn)了集團(tuán)內(nèi)各個(gè)水泥生產(chǎn)線之間的信息交換，也實(shí)現(xiàn)了主控系統(tǒng)和各子控制系統(tǒng)的互連，如生料質(zhì)量控制系統(tǒng)等。

    中子式活化分析儀
                     
    由于X射線熒光分析儀組成的生料質(zhì)量控制系統(tǒng)并不能做到真正的“在線”實(shí)時(shí)分析，為進(jìn)一步穩(wěn)定生料質(zhì)量，減少或取消原料中間儲(chǔ)存的環(huán)節(jié)，簡(jiǎn)化流程，國(guó)內(nèi)一些水泥廠采用了前饋控制用于質(zhì)量控制，即用γ射線分析儀對(duì)運(yùn)行中的皮帶機(jī)上的物料進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，根據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行各種計(jì)算，最終在線給出各種原料配比，控制各種原料的喂料量，以保證實(shí)際控制的各項(xiàng)質(zhì)量參數(shù)跟蹤設(shè)定值。

    變頻器性能更加擴(kuò)展
                     
    變頻器的應(yīng)用領(lǐng)域已從常規(guī)的風(fēng)機(jī)、泵類等拓展到輸送、喂料機(jī)械等，在行業(yè)應(yīng)用面上也越來(lái)越廣，因而其功能也進(jìn)一步提升并多樣化，一方面是全數(shù)字化、功能齊全、能夠補(bǔ)償負(fù)荷變化的自適應(yīng)、調(diào)諧技術(shù)，特別是分布式具有通信、聯(lián)網(wǎng)功能和集成PLC的高端變頻器。另一方面是簡(jiǎn)易或?qū)Ｓ玫淖冾l器及機(jī)電一體化的變頻器。就開(kāi)展控制技術(shù)而言，DTC直接轉(zhuǎn)矩控制、無(wú)傳感器矢量控制是發(fā)展方向，目前速度響應(yīng)約為2ms，電流響應(yīng)能達(dá)到 0.1m~0.5ms。速度調(diào)節(jié)的發(fā)展趨勢(shì)是提高速度的控制精度，一般在閉環(huán)時(shí)，對(duì)應(yīng)于全范圍，調(diào)速比為1:100或更高時(shí)，速度控制精度高達(dá)0.05%。另外變頻器性能在低速時(shí)的過(guò)載能力，穩(wěn)定的四象限運(yùn)行能力，以及一機(jī)驅(qū)動(dòng)多臺(tái)電機(jī)的負(fù)荷平衡能力等方面也有所增強(qiáng)。
                     
    如何在低速時(shí)經(jīng)受較大的過(guò)載轉(zhuǎn)矩，降低對(duì)電力系統(tǒng)的干擾，提高中壓變頻器的性價(jià)比是對(duì)制造商提出的課題?，F(xiàn)在各大水泥集團(tuán)大多采用國(guó)產(chǎn)中壓變頻器作為中壓變頻器的首選方案，由于性價(jià)比較高，目前已在對(duì)國(guó)外的EPC項(xiàng)目中普遍采用。       
    看火工業(yè)電視和窯內(nèi)紅外測(cè)溫系統(tǒng)二合一新型自動(dòng)化裝置
                     
    由于比色測(cè)溫效果并不理想，現(xiàn)在市場(chǎng)有引進(jìn)的測(cè)燒成帶溫度的紅外高溫計(jì)和看火工業(yè)電視二合一新型的自動(dòng)化裝置問(wèn)世，看火工業(yè)電視顯示包括燒成帶溫度在內(nèi)的各點(diǎn)溫度，節(jié)省了為比色高溫計(jì)設(shè)置的冷卻和清掃裝置，同時(shí)監(jiān)控更為直觀，主要用于不間斷地實(shí)時(shí)檢測(cè)水泥窯內(nèi)煅燒情況，并和DCS系統(tǒng)通信。它不是最新技術(shù)，但隨著通訊技術(shù)的進(jìn)步，實(shí)時(shí)檢測(cè)更為有效。

    電能管理系統(tǒng)
                     
    電能管理系統(tǒng)是MES一子系統(tǒng)，水泥企業(yè)是能源大戶，以噸水泥電耗90kWh測(cè)算，電力成本占成品的比例高達(dá)20%，降低電費(fèi)成本對(duì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和節(jié)能減排都具有重要意義。目前大部分水泥廠均已經(jīng)建立了能源管理機(jī)制，但電能的計(jì)量還是以人工抄表為主，對(duì)現(xiàn)代化的企業(yè)管理來(lái)說(shuō)已經(jīng)相對(duì)十分滯后。
                     
    采用電能管理系統(tǒng)，準(zhǔn)確、快速、經(jīng)濟(jì)地獲得用電回路的各類數(shù)據(jù)是進(jìn)行用電分析、負(fù)荷管理、表計(jì)運(yùn)行狀況監(jiān)測(cè)、電費(fèi)自動(dòng)結(jié)算的基礎(chǔ)，同時(shí)也是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的有效手段。
                     
    隨著國(guó)家宏觀經(jīng)濟(jì)方針的戰(zhàn)略性改革調(diào)整，水泥產(chǎn)能過(guò)剩，水泥工業(yè)發(fā)展將不如過(guò)去，但I(xiàn)T、通訊、傳感器技術(shù)將會(huì)以更快速度發(fā)展，也一定會(huì)推動(dòng)我國(guó)水泥工業(yè)自動(dòng)化水平更進(jìn)一步發(fā)展和提高，以盡快實(shí)現(xiàn)節(jié)能、環(huán)保、安全、高效這四大目標(biāo)。同時(shí)由于EPC項(xiàng)目將在未來(lái)幾年中占據(jù)主導(dǎo)地位，我國(guó)水泥工業(yè)將推動(dòng)世界水泥工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展和提高。