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立窯生產(chǎn)線工藝自動化與計量立窯生產(chǎn)線工藝自動化與計量近十多年來，水泥回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)規(guī)模越來越大型化，回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)線檢測與自動控制技術(shù)、計量技術(shù)也到了迅速發(fā)展并趨于成熟，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、臺時產(chǎn)量影響，立窯計量與自動控制技術(shù)發(fā)展相對緩慢，也走了很多彎路。計量方面，物料計量從斗式秤、圓盤秤到失重秤，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、沖擊流量計到轉(zhuǎn)子秤；水流量計量從轉(zhuǎn)子流量計、渦街流量計到克里奧流量計。自動化方面，也經(jīng)歷了從無到有、從極個別二型儀表到局部三型儀表使用，從局部單臺計算機控制到參數(shù)檢測、很少參與控制局域網(wǎng)系統(tǒng)，且使用成效與運行可靠性都很不理想，立窯自動化實際上較長時間內(nèi)處于一種困境。 DCS系統(tǒng)廣泛應(yīng)用與現(xiàn)場總線技術(shù)飛速發(fā)展，用戶對計算機控制技術(shù)要求斷提高。系統(tǒng)開放性方面，希望各個廠家產(chǎn)品具有互操作性、互換性、可替代性、可擴充性（可增值性）和多臺支持（可移植性）。系統(tǒng)功能方面，要求實現(xiàn)算法更多，實現(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)過程與生產(chǎn)管理呈現(xiàn)了這樣趨勢: （1）控制自動化水平越來越高，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，考慮到多種擾動影響對其進(jìn)行校正、補償，算法和知識庫建立等越來越復(fù)雜，越來越要做大量細(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)，要求計算機集散控制系統(tǒng)自身實現(xiàn)，即不再附加其它計算機硬件。目前采用IPC與網(wǎng)絡(luò)通訊組成控制系統(tǒng)，對系統(tǒng)支撐軟件要求已僅是其功能多么強大、內(nèi)容多么豐富，對其具有不同對象用戶再開發(fā)能力需求日漸重要。系統(tǒng)軟件如能支持多種流行高級語言，用戶各個特殊控制對象不同要求能實現(xiàn)自己控制策略，那將對行業(yè)針對性軟件開發(fā)、對系統(tǒng)內(nèi)容豐富與軟件完善都提供了重要手段。 （3）現(xiàn)場智能化儀表普遍使用。 （4）數(shù)字化直流調(diào)速、變頻控制器、軟啟動裝置、開關(guān)元器件等將迅速到廣泛應(yīng)用。 （5）人工干預(yù)越來越少，操作點越來越集中，操作方式越來越軟件化。 （6）控制系統(tǒng)功能越來越向綜合性發(fā)展，CRT作用越來越強。 （7）數(shù)字信號越來越深入現(xiàn)場，控制將進(jìn)一步分散，故障點影響面將越來越小，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)成功應(yīng)用，企業(yè)經(jīng)營管理信息化與生產(chǎn)過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、管理模式發(fā)揮其越來越大作用。 近幾年來，水泥立窯工藝也發(fā)生了較大變化，比如大磨群窯工藝，大徑窯臺時產(chǎn)量也有了較大幅度提高，輥壓磨、立磨、高產(chǎn)高細(xì)磨、高效選粉機和小型預(yù)均化堆場等性能優(yōu)良設(shè)備及工藝技術(shù)，已立窯水泥企業(yè)到廣泛應(yīng)用；收塵設(shè)備高效與耐用都給立窯開辟了廣闊前景，特別是生產(chǎn)連續(xù)性將大大提高，這給自動化應(yīng)用奠定了新基礎(chǔ)，同時也可以借鑒回轉(zhuǎn)窯廠一些成功經(jīng)驗。正是要與立窯技術(shù)發(fā)展相適應(yīng)，立窯生產(chǎn)線不能沒有自動化；不能沒有計算機控制系統(tǒng)；不能沒有高效現(xiàn)代數(shù)字信息管理系統(tǒng)；更不能沒有高可靠性檢測與計量系統(tǒng)。我們必須強調(diào)：要想使自動化系統(tǒng)真正為立窯生產(chǎn)過程發(fā)揮應(yīng)有效用，就一定要實現(xiàn)對水泥生產(chǎn)線全過程控制。 2 自動化 (1)DCS方案 80年代中期以來，我國立窯水泥廠自動化水平有了較大提高,一些自動化新技術(shù)、新產(chǎn)品到廣泛應(yīng)用。S型數(shù)字儀表、智能儀表替代了故障率高、可靠性差DDZ－Ⅱ型儀表，并采用了交流變頻器、軟起動器等新型電氣傳動裝置。機立窯生產(chǎn)線自控系統(tǒng)模式從儀表過程控制加常規(guī)繼電器起�？刂七^渡到局部計算機加PLC控制，到今天DCS控制。DCS即集散型控制系統(tǒng)，其特點為集中操作、分散控制。但多年研究試驗，目前機立窯尚不能實現(xiàn)完全閉門煅燒，窯面布料與卸料平衡操作、呲火處理、異常窯況處理等，還必須由窯面看火工手工操作。針對立窯這一特殊性，宜采下三種方案：一是分散控制、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)燒成操作站與現(xiàn)場操作站作協(xié)調(diào)控制與監(jiān)測。三是不設(shè)窯面現(xiàn)場操作站，全線中央控制室操作控制，研究開發(fā)窯面智能操作機械手、智能布料機，并配套安裝新型針孔看火裝置，實現(xiàn)對窯面遠(yuǎn)程操作處理與控制。對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、高可靠性智能型儀表，全面提高檢測控制系統(tǒng)可靠性。 立窯水泥廠規(guī)模較小，投資少，,我們DCS選型上，面向價格較低國產(chǎn)DCS系統(tǒng)和利用PLC集成PCS系統(tǒng)。國產(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)則具有價格低廉、可靠性高優(yōu)勢，如西門子公司S7系列產(chǎn)品。 DCS是生產(chǎn)與管理自動化綜合系統(tǒng)，它包括了調(diào)度管理、配料控制、生產(chǎn)線熱工參數(shù)檢測控制、喂料喂煤計量控制和設(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)可以建立長條形小型石灰石預(yù)均化庫或圓形石灰石預(yù)均化堆場，設(shè)立一個DCS現(xiàn)場控制站或PC站。長條形小型石灰石預(yù)均化庫，自動控制進(jìn)料皮帶小車，實現(xiàn)往復(fù)均勻布料或定點下料，控制預(yù)均化庫底卸料電振機開停，實現(xiàn)搭配出料。圓形石灰石預(yù)均化堆場，自動控制皮帶布料機和取料機以及出料拉鏈機運行，實現(xiàn)石灰石原料均勻布料和均勻出料，提高系統(tǒng)可靠性與預(yù)均化效果。 采用全自動煤質(zhì)分析儀或氧彈式發(fā)熱量快速測定儀，自動分析進(jìn)廠原煤質(zhì)量，實現(xiàn)準(zhǔn)確配煤與合理搭配使用。 (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)字磨音測量儀和少量熱工儀表構(gòu)成生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。系統(tǒng)具有生料配方優(yōu)化計算、配料實時控制、磨機負(fù)荷控制、參數(shù)顯示和報表打印等功能。 過去立窯水泥廠多使用鈣鐵分析儀，這種分析儀價格便宜，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，實現(xiàn)三個率值控制。，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)成分與水分滿足一定條件下,入窯生料三個率值原有基礎(chǔ)上可提高15％～20％。 對球磨機采用電耳檢測磨音輸入計算機，由計算機自動控制入磨物料總量，實現(xiàn)磨機負(fù)荷控制，保證球磨機穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。對立磨系統(tǒng)檢測磨機進(jìn)出口壓差信號輸入計算機，由計算機自動控制入磨物料總量，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)振動檢測及控制。對輥壓磨系統(tǒng)檢測溫度、壓力和輥縫等信號，由PLC自動控制輥壓磨運行；檢測入料倉料重，穩(wěn)定磨機循環(huán)量，自動控制輥壓磨系統(tǒng)負(fù)荷。 采用小型PLC控制系統(tǒng)，自動控制生料均化庫分區(qū)循環(huán)吹風(fēng)，實現(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。自動檢測機立窯熱工參數(shù)，自動控制預(yù)加水成球，自動檢測和糾正立窯偏火。動態(tài)顯示工藝流程圖、趨勢圖、棒圖、偏火畫面和報警圖。 主要檢測參數(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含量等。 主要控制參數(shù)：機立窯卸料電機轉(zhuǎn)速、腰風(fēng)閥門開度、生料喂料電機轉(zhuǎn)速、加水調(diào)節(jié)閥門開度、羅茨風(fēng)機放風(fēng)閥門開度或轉(zhuǎn)速（采用變頻調(diào)速）。 DCS自動調(diào)節(jié)入窯喂料量，自動調(diào)節(jié)水流量，實現(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量檢測裝置；二是選擇優(yōu)質(zhì)新型電動調(diào)節(jié)閥；三是盡快開發(fā)出窯面智能操作機械手、智能布料機，并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，自動檢測磨機運行參數(shù)，自動控制入磨物料配比，自動控制磨機負(fù)荷。動態(tài)顯示工藝流程圖、趨勢圖、配料控制畫面和報警圖。 主要檢測參數(shù)：磨音、各調(diào)速皮帶秤轉(zhuǎn)速、瞬時流量、磨機系統(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、工藝管道閥門開度、轉(zhuǎn)速等。 (6)變電所監(jiān)測控制系統(tǒng) 自動檢測變電所高低壓系統(tǒng)運行參數(shù)，對總降或現(xiàn)場高壓柜采用微機綜合保護(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，動作靈敏準(zhǔn)確，并可與DCS系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實現(xiàn)中控室遠(yuǎn)程監(jiān)控自動控制高低壓供電系統(tǒng)分合閘，具有報警及故障判斷功能。 主要監(jiān)測參數(shù)：各供電回路電流、電壓、分合閘狀態(tài)和報警信息。 主要顯示控制功能：顯示電流、電壓、有功無功功率、有功無功電度、功率因數(shù)等，實現(xiàn)變壓器保護(hù)、線路保護(hù)、自動選線控制和分合閘操作等。 (7)其他檢測與控制新技術(shù) 采用超聲波式或雷達(dá)式料位計連續(xù)檢測原料庫、生料庫、熟料庫和水泥庫等大型圓庫料位，將料位信號輸入計算機系統(tǒng)，為生產(chǎn)控制及生產(chǎn)管理提供準(zhǔn)確庫存數(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)備運行狀況，便于及時發(fā)現(xiàn)問題及時處理。 對單管、雙管螺運機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)機等大型風(fēng)機采用變頻調(diào)速技術(shù)，可以顯著降低設(shè)備運行電耗。 對低壓電機采用電子式軟起動器，可以設(shè)備起動特性設(shè)定起動時間和起動電流倍數(shù)，改善電機起動性能，降低沖擊電流，延長設(shè)備使用壽命。低壓電機采用電子式電機保護(hù)器取代熱繼電器，電子式電機保護(hù)器可提供速斷、過流和缺相等多種保護(hù)功能，保護(hù)動作靈敏準(zhǔn)確，并具有較強通訊功能。 對大型繞線電機采用液體變阻器起動和靜止式進(jìn)相器就補償，對大型鼠籠電機采用熱變電阻起動和高壓電容器就補償，可降低電機起動電流，提高功率因數(shù)，降低運行電耗。 3 計量 (1)生料配料各組分計量 水泥生產(chǎn)過程中，生料質(zhì)量對熟料及水泥質(zhì)量起著極其重要作用，機立窯煅燒熱工制度穩(wěn)定以及降低熱耗也有很大影響，而配料計量設(shè)備性能對生料質(zhì)量好壞至為關(guān)鍵。采用計量精度高、工作穩(wěn)定TDG－Ⅴ型調(diào)速皮帶秤作為生料配料秤是實現(xiàn)生料質(zhì)量控制基本保證。該秤集計量與喂料為一體，秤體框架采用折變成型箱形結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)合理，鋼度大，穩(wěn)定性好；稱重傳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；采取了多種防揚塵和穩(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。微機控制器采用高可靠性工業(yè)級芯片，按工業(yè)控制機標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，具有完善通訊功能與故障自動檢測報警功能。調(diào)速皮帶秤是稱量機構(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，皮帶速度是由測速發(fā)電機檢測后輸出速度信號，兩種信號送至控制器中，經(jīng)計算后到實際給料流量。，該秤具有標(biāo)定容易、可控性好、操作簡單、維護(hù)方便、精度高等優(yōu)點。其動態(tài)計量誤差小于1％。 (2)入窯生料量計量 建議采用新型變頻轉(zhuǎn)子秤作為立窯入窯生料計量與控制。該秤由給料機與轉(zhuǎn)子秤體兩部分組成，給料機采用回轉(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)子秤體支撐與進(jìn)出料口同一軸線上，并與外界柔性連結(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程中偏離支撐軸線，即對軸線產(chǎn)生一力矩，其力矩被稱重傳感器作為支反力測，其信號與轉(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，計量裝置靈敏度高，抗干擾能力強，計量控制范圍大，小流量時仍能達(dá)到較高計量精度，系統(tǒng)誤差小于1％。 (3)預(yù)加水水量計量 預(yù)加水水量計量建議采用電容式渦街流量計或克里奧流量計。渦街流量計是發(fā)生體產(chǎn)生旋渦，使檢測元件產(chǎn)生微小偏移，檢測元件上產(chǎn)生相應(yīng)電容變化，即轉(zhuǎn)變成電信號。，它不受水質(zhì)影響，抗干擾能力強，計量液體時精度可達(dá)0.5％，無易損件，能惡劣工況下運行。克里奧流量計是克里奧利力原理制成質(zhì)量流量計，它計量精度高，抗干擾能力強，對介質(zhì)工況變化適應(yīng)能力更強。 (4)熟料計量 熟料溫度較高，宜采用核子秤計量。 (5)水泥配料組分計量 水泥配料組分計量同生料計量，采用TDG－V系列變頻調(diào)速皮帶秤。 (6)其他 除上述物料流量計量外，對變電所主要配電回路和大型用電設(shè)備供電線路，采用有功與無功數(shù)字電度表計量其用電量。
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