立窯生產(chǎn)線工藝自動(dòng)化與計(jì)量

1、立窯生產(chǎn)線工藝自動(dòng)化和計(jì)量2008-06-24 來(lái)源：中國(guó)自動(dòng)化近十多年來(lái)，水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)規(guī)模越來(lái)越大型化，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線檢測(cè)和自動(dòng)控制技術(shù)、計(jì)量技術(shù)也到了迅速發(fā)展弁趨于成 熟，成功例子很多。相比而言，水泥立窯受其生產(chǎn)工藝、投資規(guī) 模、臺(tái)時(shí)產(chǎn)量影響，立窯計(jì)量和自動(dòng)控制技術(shù)發(fā)展相對(duì)緩慢，也 走了很多彎路。計(jì)量方面，物料計(jì)量從斗式秤、圓盤(pán)秤到失重秤， 從恒速秤、間歇式皮帶秤到直流、變頻調(diào)速式皮帶秤，從螺旋秤、 沖擊流量計(jì)到轉(zhuǎn)子秤；水流量計(jì)量從轉(zhuǎn)子流量計(jì)、渦街流量計(jì)到 克里奧流量計(jì)。自動(dòng)化方面，也經(jīng)歷了從無(wú)到有、從極個(gè)別二型 儀表到局部三型儀表使用，從局部單臺(tái)計(jì)算機(jī)控制到參數(shù)檢測(cè)、 很少參和控制局域網(wǎng)

2、系統(tǒng)，且使用成效和運(yùn)行可靠性都很不理 想，立窯自動(dòng)化實(shí)際上較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)處于一種困境。DCS系統(tǒng)廣泛使用和現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)飛速發(fā)展，用戶對(duì)計(jì)算 機(jī)控制技術(shù)要求斷提高。系統(tǒng)開(kāi)放性方面，希望各個(gè)廠家產(chǎn)品具 有互操作性、互換性、可替代性、可擴(kuò)充性（可增值性）和多臺(tái) 支持（可移植性）。系統(tǒng)功能方面，要求實(shí)現(xiàn)算法更多，實(shí)現(xiàn)控 制目標(biāo)更高，系統(tǒng)功能更趨綜合化。系統(tǒng)自診斷功能方面，要求 自診斷功能盡善盡美、準(zhǔn)確無(wú)誤。其他方面，如系統(tǒng)易操作性、 可靠性、低成本等要求更加苛刻。這種情況下，水泥生產(chǎn)過(guò)程和 生產(chǎn)管理呈現(xiàn)了這樣趨勢(shì)：（1）控制自動(dòng)化水平越來(lái)越高，從經(jīng)典 PID調(diào)節(jié)、反饋、 前饋回路控制逐步發(fā)展到批次控制、集

3、散控制、面向?qū)ο髢?yōu)化控制、人工智能專家控制、模糊控制、自學(xué)習(xí)功能等，對(duì)單一參數(shù)、單一目標(biāo)控制逐步發(fā)展到多參數(shù)多目標(biāo)控制，考慮到多種擾動(dòng)影響對(duì)其進(jìn)行校正、補(bǔ)償，算法和知識(shí)庫(kù)建立等越來(lái)越復(fù)雜，越來(lái) 越要做大量細(xì)致工作，并顯尤為重要。(2)生料配料、水泥配料和窯、磨、破碎等對(duì)象優(yōu)化控制、 自適應(yīng)控制或人工智能專家系統(tǒng)， 要求計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)自身 實(shí)現(xiàn)，即不再附加其它計(jì)算機(jī)硬件。 目前采用IPC和網(wǎng)絡(luò)通訊組 成控制系統(tǒng)，對(duì)系統(tǒng)支撐軟件要求已僅是其功能多么強(qiáng)大、內(nèi)容多么豐富，對(duì)其具有不同對(duì)象用戶再開(kāi)發(fā)能力需求日漸重要。系統(tǒng)軟件如能支持多種流行高級(jí)語(yǔ)言， 用戶各個(gè)特殊控制對(duì)象不同 要求能實(shí)現(xiàn)自己控制策略

4、， 那將對(duì)行業(yè)針對(duì)性軟件開(kāi)發(fā)、 對(duì)系統(tǒng) 內(nèi)容豐富和軟件完善都提供了重要手段。(3)現(xiàn)場(chǎng)智能化儀表普遍使用。(4)數(shù)字化直流調(diào)速、變頻控制器、軟啟動(dòng)裝置、開(kāi)關(guān)元 器件等將迅速到廣泛使用。(5)人工干預(yù)越來(lái)越少，操作點(diǎn)越來(lái)越集中，操作方式越 來(lái)越軟件化。(6)控制系統(tǒng)功能越來(lái)越向綜合性發(fā)展，CRT作用越來(lái)越強(qiáng)。(7)數(shù)字信號(hào)越來(lái)越深入現(xiàn)場(chǎng)，控制將進(jìn)一步分散，故障 點(diǎn)影響面將越來(lái)越小，控制系統(tǒng)投資將大幅度下降。(8)企業(yè)管理信息系統(tǒng)(MIS)、企業(yè)資源規(guī)劃(ERP)等信息化管理技術(shù)已一些先進(jìn)水泥企業(yè)成功使用，企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理信息化和生產(chǎn)過(guò)程控制一體化也正到迅速發(fā)展，電子商務(wù)也正為改 變企業(yè)經(jīng)營(yíng)、管理模式

5、發(fā)揮其越來(lái)越大作用。近幾年來(lái)，水泥立窯工藝也發(fā)生了較大變化，比如大磨群窯工藝，大徑窯臺(tái)時(shí)產(chǎn)量也有了較大幅度提高，短壓磨、立磨、高 產(chǎn)高細(xì)磨、高效選粉機(jī)和小型預(yù)均化堆場(chǎng)等性能優(yōu)良設(shè)備及工藝 技術(shù)，已立窯水泥企業(yè)到廣泛使用；收塵設(shè)備高效和耐用都給立 窯開(kāi)辟了廣闊前景，特別是生產(chǎn)連續(xù)性將大大提高，這給自動(dòng)化使用奠定了新基礎(chǔ)，同時(shí)也可以借鑒回轉(zhuǎn)窯廠一些成功經(jīng)驗(yàn)。正是要和立窯技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)， 立窯生產(chǎn)線不能沒(méi)有自動(dòng)化； 不能 沒(méi)有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；不能沒(méi)有高效現(xiàn)代數(shù)字信息管理系統(tǒng)；更不能沒(méi)有高可靠性檢測(cè)和計(jì)量系統(tǒng)。我們必須強(qiáng)調(diào)：要想使自動(dòng)化系統(tǒng)真正為立窯生產(chǎn)過(guò)程發(fā)揮應(yīng)有效用，就一定要實(shí)現(xiàn)對(duì)水泥 生產(chǎn)線全過(guò)

6、程控制。2自動(dòng)化(1)DCS方案80年代中期以來(lái)，我國(guó)立窯水泥廠自動(dòng)化水平有了較大提 高,一些自動(dòng)化新技術(shù)、新產(chǎn)品到廣泛使用。S型數(shù)字儀表、智能儀表替代了故障率高、可靠性差 DDZ n型儀表，弁采用了交 流變頻器、軟起動(dòng)器等新型電氣傳動(dòng)裝置。 機(jī)立窯生產(chǎn)線自控系 統(tǒng)模式從儀表過(guò)程控制加常規(guī)繼電器起?？刂七^(guò)渡到局部計(jì)算 機(jī)加PLC控制，到今天DCS控制。DCS即集散型控制系統(tǒng)，產(chǎn)35產(chǎn)35祖，,其特點(diǎn)為集中操作、分散控制。但多年研究試驗(yàn)，目前機(jī)立窯尚 不能實(shí)現(xiàn)完全閉門(mén)煨燒，窯面布料和卸料平衡操作、毗火處理、 異常窯況處理等，還必須由窯面看火工手工操作。 針對(duì)立窯這一 特殊性，宜采下三種方案：一是

7、分散控制、分散操作方案，即立 窯生產(chǎn)線各主要工段分別設(shè)置 DCS控制站和操作站，各控制站 和操作站只對(duì)本工段設(shè)備起停和工藝參數(shù)進(jìn)行顯示、控制和操 作。二是設(shè)置中央控制室，操作站集中置于中控室，另窯面控制 室設(shè)一小型操作站（如 OP操作屏），中控室內(nèi)燒成操作站和現(xiàn) 場(chǎng)操作站作協(xié)調(diào)控制和監(jiān)測(cè)。 三是不設(shè)窯面現(xiàn)場(chǎng)操作站， 全線中 央控制室操作控制，研究開(kāi)發(fā)窯面智能操作機(jī)械手、 智能布料機(jī)， 弁配套安裝新型針孔看火裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)窯面遠(yuǎn)程操作處理和控 制。對(duì)DCS中電源模塊、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)采用冗余配置，變送儀表采 用精度高、調(diào)整方便、通訊能力強(qiáng)、高可靠性智能型儀表，全面 提高檢測(cè)控制系統(tǒng)可靠性。立窯水泥廠規(guī)模較

8、小，投資少，我們DCS選型上，面向價(jià) 格較低國(guó)產(chǎn)DCS系統(tǒng)和利用PLC集成PCS系統(tǒng)。國(guó)產(chǎn)DCS 系統(tǒng)多年努力，技術(shù)上已十分成熟，且擁有完全中文界面，便于 技術(shù)人員和操作人員掌握。而 PCS系統(tǒng)則具有價(jià)格低廉、可靠 性高優(yōu)勢(shì)，如西門(mén)子公司 S7系列產(chǎn)品。DCS是生產(chǎn)和管理自動(dòng)化綜合系統(tǒng)，它包括了調(diào)度管理、 配料控制、生產(chǎn)線熱工參數(shù)檢測(cè)控制、 喂料喂煤計(jì)量控制和設(shè)備 起停聯(lián)鎖控制等功能。有條件企業(yè)，可以預(yù)留通訊接口掛接企業(yè)管理網(wǎng)。異建廠集團(tuán)企業(yè)或有技術(shù)單位支持企業(yè)，可電話線實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程管理。(2)原燃料質(zhì)量控制大磨群窯工藝或生產(chǎn)規(guī)模較大企業(yè)可以建立長(zhǎng)條形小型石 灰石預(yù)均化庫(kù)或圓形石灰石預(yù)均

9、化堆場(chǎng)，設(shè)立一個(gè)DCS現(xiàn)場(chǎng)控制站或PC站。長(zhǎng)條形小型石灰石預(yù)均化庫(kù)，自動(dòng)控制進(jìn)料皮帶 小車(chē)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)均勻布料或定點(diǎn)下料，控制預(yù)均化庫(kù)底卸料電振機(jī)開(kāi)停，實(shí)現(xiàn)搭配出料。圓形石灰石預(yù)均化堆場(chǎng)，自動(dòng)控制皮帶 布料機(jī)和取料機(jī)以及出料拉鏈機(jī)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)石灰石原料均勻布料和均勻出料，提高系統(tǒng)可靠性和預(yù)均化效果。采用全自動(dòng)煤質(zhì)分析儀或氧彈式發(fā)熱量快速測(cè)定儀，自動(dòng)分析進(jìn)廠原煤質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確配煤和合理搭配使用。(3)生料配料及粉磨工段采用DCS生料控制站，配備 QCS控制軟件，加上取樣器、 分析儀、調(diào)速皮帶秤、數(shù)字磨音測(cè)量?jī)x和少量熱工儀表構(gòu)成生料 質(zhì)量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有生料配方優(yōu)化計(jì)算、配料實(shí)時(shí)控制、磨 機(jī)負(fù)荷控制

10、、參數(shù)顯示和報(bào)表打印等功能。過(guò)去立窯水泥廠多使用鈣鐵分析儀，這種分析儀價(jià)格便宜， 但它只能分析CaO、Fe2O3,不能滿足快速分析出水泥廠其它常 用化學(xué)成分需要，利于充分發(fā)揮 QCS控制優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)三個(gè)率值 控制。，建議采用小型多元素分析儀，如牛津 Lab - X3000和飛 利浦Minimate ,其中飛利浦小型分析儀價(jià)格較牛津低些，更為適合立窯水泥廠。采用QCS配料控制系統(tǒng)，原燃材料化學(xué)成分和 水分滿足一定條件下，入窯生料三個(gè)率值原有基礎(chǔ)上可提高 15%20%。對(duì)球磨機(jī)采用電耳檢測(cè)磨音輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制入磨物料總量，實(shí)現(xiàn)磨機(jī)負(fù)荷控制，保證球磨機(jī)穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。對(duì)立 磨系統(tǒng)檢測(cè)磨機(jī)進(jìn)出口壓

11、差信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制入磨物料總量，控制立磨負(fù)荷；立磨系統(tǒng)出磨風(fēng)溫穩(wěn)定控制，立 磨系統(tǒng)振動(dòng)檢測(cè)及控制。對(duì)輻壓磨系統(tǒng)檢測(cè)溫度、壓力和短縫等 信號(hào)，由PLC自動(dòng)控制短壓磨運(yùn)行；檢測(cè)入料倉(cāng)料重，穩(wěn)定磨 機(jī)循環(huán)量，自動(dòng)控制輻壓磨系統(tǒng)負(fù)荷。采用小型PLC控制系統(tǒng)，自動(dòng)控制生料均化庫(kù)分區(qū)循環(huán)吹 風(fēng)，實(shí)現(xiàn)生料攪拌均化，提高入磨生料合格率。(4)燒成工段設(shè)置DCS燒成站。自動(dòng)檢測(cè)機(jī)立窯熱工參數(shù)，自動(dòng)控制預(yù) 加水成球，自動(dòng)檢測(cè)和糾正立窯偏火。動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖、趨 勢(shì)圖、棒圖、偏火畫(huà)面和報(bào)警圖。主要檢測(cè)參數(shù)：燒成帶溫度、廢氣溫度、入窯風(fēng)壓、入窯風(fēng) 量、入窯生料量、成球加水量、轉(zhuǎn)速、位置、煙氣中CO含

12、量等。主要控制參數(shù)：機(jī)立窯卸料電機(jī)轉(zhuǎn)速、腰風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度、生料 喂料電機(jī)轉(zhuǎn)速、加水調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度、羅茨風(fēng)機(jī)放風(fēng)閥門(mén)開(kāi)度或轉(zhuǎn) 速(采用變頻調(diào)速)。DCS自動(dòng)調(diào)節(jié)入窯喂料量，自動(dòng)調(diào)節(jié)水流量，實(shí)現(xiàn)料水跟蹤控制。值注意是：立窯燒成系統(tǒng)控制要想取突破性進(jìn)展， 必須做好 三件事：一是選擇好入窯生料和水計(jì)量檢測(cè)裝置； 二是選擇優(yōu)質(zhì) 新型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；三是盡快開(kāi)發(fā)出窯面智能操作機(jī)械手、 智能布 料機(jī)，弁配套安裝新型針孔看火裝置。(5)水泥磨工段設(shè)立DCS控制站，自動(dòng)檢測(cè)磨機(jī)運(yùn)行參數(shù)，自動(dòng)控制入磨 物料配比，自動(dòng)控制磨機(jī)負(fù)荷。動(dòng)態(tài)顯示工藝流程圖、趨勢(shì)圖、 配料控制畫(huà)面和報(bào)警圖。主要檢測(cè)參數(shù)：磨音、各調(diào)速皮帶秤轉(zhuǎn)速、瞬時(shí)

13、流量、磨機(jī) 系統(tǒng)工藝參數(shù)、入磨物料化學(xué)成分。主要控制參數(shù)：入磨喂料量、各物料成分配比、工藝管道閥 門(mén)開(kāi)度、轉(zhuǎn)速等。(6)變電所監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)變電所高低壓系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)，對(duì)總降或現(xiàn)場(chǎng)高壓柜采用微機(jī)綜合保護(hù)裝置，取代傳統(tǒng)繼電器保護(hù)方式， 提供完善保 護(hù)性能，保證參數(shù)設(shè)定方便，動(dòng)作靈敏準(zhǔn)確，弁可和 DCS系統(tǒng) 進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控自動(dòng)控制高低壓供電系統(tǒng)分合 閘，具有報(bào)警及故障判斷功能。主要監(jiān)測(cè)參數(shù)：各供電回路電流、電壓、分合閘狀態(tài)和報(bào)警 信息。主要顯示控制功能：顯示電流、電壓、有功無(wú)功功率、有功無(wú)功電度、功率因數(shù)等，實(shí)現(xiàn)變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、自動(dòng)選線 控制和分合閘操作等。(7)其他檢測(cè)和

14、控制新技術(shù)采用超聲波式或雷達(dá)式料位計(jì)連續(xù)檢測(cè)原料庫(kù)、 生料庫(kù)、熟 料庫(kù)和水泥庫(kù)等大型圓庫(kù)料位， 將料位信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)， 為 生產(chǎn)控制及生產(chǎn)管理提供準(zhǔn)確庫(kù)存數(shù)據(jù)。采用工業(yè)電視系統(tǒng)中控室遠(yuǎn)距離監(jiān)視生產(chǎn)線上設(shè)備運(yùn)行狀 況，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。對(duì)單管、雙管螺運(yùn)機(jī)和立窯塔篦子等喂料卸料設(shè)備，采用變頻調(diào)速技術(shù)，提高設(shè)備調(diào)速精度，穩(wěn)定下料量。立窯羅茨風(fēng)機(jī)等 大型風(fēng)機(jī)采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以顯著降低設(shè)備運(yùn)行電耗。對(duì)低壓電機(jī)采用電子式軟起動(dòng)器， 可以設(shè)備起動(dòng)特性設(shè)定起 動(dòng)時(shí)間和起動(dòng)電流倍數(shù)，改善電機(jī)起動(dòng)性能，降低沖擊電流，延 長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。低壓電機(jī)采用電子式電機(jī)保護(hù)器取代熱繼電 器，電子式電機(jī)保護(hù)器可

15、提供速斷、 過(guò)流和缺相等多種保護(hù)功能， 保護(hù)動(dòng)作靈敏準(zhǔn)確，弁具有較強(qiáng)通訊功能。對(duì)大型繞線電機(jī)采用液體變阻器起動(dòng)和靜止式進(jìn)相器就補(bǔ) 償，對(duì)大型鼠籠電機(jī)采用熱變電阻起動(dòng)和高壓電容器就補(bǔ)償，可降低電機(jī)起動(dòng)電流，提高功率因數(shù)，降低運(yùn)行電耗。3 計(jì)量(1)生料配料各組分計(jì)量水泥生產(chǎn)過(guò)程中，生料質(zhì)量對(duì)熟料及水泥質(zhì)量起著極其重要作用，機(jī)立窯煨燒熱工制度穩(wěn)定以及降低熱耗也有很大影響，而配料計(jì)量設(shè)備性能對(duì)生料質(zhì)量好壞至為關(guān)鍵。采用計(jì)量精度高、工作穩(wěn)定TDG - V型調(diào)速皮帶秤作為生料配料秤是實(shí)現(xiàn)生料質(zhì)量控制基本保證。該秤集計(jì)量和喂料為一體， 秤體框架采用折變 成型箱形結(jié)構(gòu)，機(jī)械結(jié)構(gòu)合理，鋼度大，穩(wěn)定性好；稱重傳

16、感器 采用雙連孔型高精度金屬波紋管密封傳感器，具有抗側(cè)向力、抗沖擊、抗振、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)；采取了多種防揚(yáng)塵和穩(wěn)定精度技 術(shù)措施。電控方面采用變頻調(diào)速，速度調(diào)節(jié)精度高，工作可靠。微機(jī)控制器采用高可靠性工業(yè)級(jí)芯片，按工業(yè)控制機(jī)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，具有完善通訊功能和故障自動(dòng)檢測(cè)報(bào)警功能。調(diào)速皮帶秤是稱量機(jī)構(gòu)將皮帶上載荷傳遞給稱重傳感器，稱重傳感器輸出荷重信號(hào)，皮帶速度是由測(cè)速發(fā)電機(jī)檢測(cè)后輸出速度信號(hào)，兩種信號(hào)送至控制器中，經(jīng)計(jì)算后到實(shí)際給料流量。，該秤具有標(biāo)定容易、 可控性好、操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、精度高等優(yōu)點(diǎn)。其動(dòng)態(tài)計(jì)量誤 差小于1%。(2)入窯生料量計(jì)量建議采用新型變頻轉(zhuǎn)子秤作為立窯入窯生料計(jì)量和控制。該秤

17、由給料機(jī)和轉(zhuǎn)子秤體兩部分組成， 給料機(jī)采用回轉(zhuǎn)型、多分格、 帶攪拌、多層式結(jié)構(gòu)，可有效消除倉(cāng)壓影響，防止沖料；多分格 結(jié)構(gòu)保證喂料均勻、受控性好；攪拌裝置可防止物料架橋、 堵塞， 使物料處于松散狀態(tài)，保持一定密度。轉(zhuǎn)子秤體支撐和進(jìn)出料口 同一軸線上，弁和外界柔性連結(jié)。轉(zhuǎn)子將物料由進(jìn)料口旋轉(zhuǎn)帶至出料口，物料從進(jìn)料口到出料口輸送過(guò)程中偏離支撐軸線，即對(duì)軸線產(chǎn)生一力矩，其力矩被稱重傳感器作為支反力測(cè)，其信號(hào)和轉(zhuǎn)子中物料重量成正比。，轉(zhuǎn)子秤喂料穩(wěn)定、均勻、密封性好， 計(jì)量裝置靈敏度高，抗干擾能力強(qiáng)，計(jì)量控制范圍大，小流量時(shí) 仍能達(dá)到較高計(jì)量精度，系統(tǒng)誤差小于1 % O(3)預(yù)加水水量計(jì)量預(yù)加水水量計(jì)量建議采用電容式渦街流量計(jì)或克里奧流量 計(jì)。渦街