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案例頻道水泥企業(yè)作為大規(guī)模生產(chǎn)的制造企業(yè)，是建材行業(yè)的三大支柱之一。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)水泥的需求日益增加。一方面，水泥生產(chǎn)總量不能滿足需求，尤其是優(yōu)質(zhì)水泥更是供不應(yīng)求；另一方面，中國(guó)雖然是水泥生產(chǎn)大國(guó)，但已有生產(chǎn)線大部分采用的是落后生產(chǎn)工藝，浪費(fèi)能源污染環(huán)境，需要淘汰。目前國(guó)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)為您的水泥生產(chǎn)線準(zhǔn)備了最佳的工業(yè)自動(dòng)化解決方案，幫助您建設(shè)具有國(guó)際先進(jìn)水平、高產(chǎn)出、低消耗、環(huán)保高效的生產(chǎn)線。
2．水泥生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述
一般來(lái)講，水泥行業(yè)生產(chǎn)的是硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是一種細(xì)致的、通常為灰色的粉末，它由鈣( 來(lái)自石灰石)、硅酸鹽、鋁酸鹽( 黏土) 以及鐵酸鹽組成。在一個(gè)硅酸鹽水泥工廠中,水泥生產(chǎn)工藝的主要過(guò)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(guò)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(guò)程通常可概括為“三磨一窯”，可分為四個(gè)步驟：
1、生料制備：即將石灰質(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0.32-5.0cm 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。即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(chǔ)存至熟料料倉(cāng)。
4、水泥粉磨及出廠：即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(guò)程在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)配備了一個(gè)空氣分離機(jī)，用來(lái)按大小將水泥顆粒分開，沒(méi)有完全磨細(xì)的材料被重新送過(guò)該系統(tǒng)。
3.設(shè)計(jì)分析
通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程的介紹，不難看出這是一個(gè)典型的順序控制工程（原材料入庫(kù)、輸送—水泥粉磨—水泥出庫(kù)及包裝系統(tǒng)）。我們完全可以通過(guò)對(duì)控制對(duì)象—各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備電動(dòng)機(jī)的依次起動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)控制，以及各種報(bào)警指示、開關(guān)信號(hào)和模擬量信號(hào)的采集和編程處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的自動(dòng)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(gè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)站內(nèi)，過(guò)程站與中控室之間由數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)提供雙向信息處理和信息傳送。
依控制要求分為以下主要功能:
數(shù)據(jù)采集功能；
開關(guān)量控制功能；
順序控制功能；
4．系統(tǒng)配置
系統(tǒng)的構(gòu)成包括過(guò)程控制站、操作員站、工程師站以及通訊系統(tǒng)（Modbus,ProfiBus DP/PA）。
AC500系統(tǒng)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。而我們AC500僅通過(guò)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(jí)，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：
1、生料制備：即將石灰質(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0.32-5.0cm 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。即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(chǔ)存至熟料料倉(cāng)。
4、水泥粉磨及出廠：即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(guò)程在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)配備了一個(gè)空氣分離機(jī)，用來(lái)按大小將水泥顆粒分開，沒(méi)有完全磨細(xì)的材料被重新送過(guò)該系統(tǒng)。
3.設(shè)計(jì)分析
通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程的介紹，不難看出這是一個(gè)典型的順序控制工程（原材料入庫(kù)、輸送—水泥粉磨—水泥出庫(kù)及包裝系統(tǒng)）。我們完全可以通過(guò)對(duì)控制對(duì)象—各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備電動(dòng)機(jī)的依次起動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)控制，以及各種報(bào)警指示、開關(guān)信號(hào)和模擬量信號(hào)的采集和編程處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的自動(dòng)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(gè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)站內(nèi)，過(guò)程站與中控室之間由數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)提供雙向信息處理和信息傳送。
依控制要求分為以下主要功能:
數(shù)據(jù)采集功能；
開關(guān)量控制功能；
順序控制功能；
4．系統(tǒng)配置
系統(tǒng)的構(gòu)成包括過(guò)程控制站、操作員站、工程師站以及通訊系統(tǒng)（Modbus,ProfiBus DP/PA）。
AC500系統(tǒng)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。而我們AC500僅通過(guò)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(jí)，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(gè)控制站極為分散，此時(shí)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(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)極為可靠，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全系數(shù)。
第一級(jí)—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)通訊,實(shí)行集中控制。通過(guò)工控組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)線工藝參數(shù)變化、設(shè)備運(yùn)行、故障發(fā)生等情況，同時(shí)負(fù)責(zé)日常報(bào)表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。
第二級(jí)—過(guò)程控制
由現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)控制核心 ,按場(chǎng)區(qū)配置分站 。通過(guò)FBP分布式擴(kuò)展I/O通訊對(duì)流量、壓力、溫度、電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行采集、控制。
第三級(jí)—單機(jī)就地控制
由現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)參數(shù),執(zhí)行上一級(jí)PLC主站的控制命令。
5． 結(jié)束語(yǔ)
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(dòng)強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化管理水平,有效的防止了人身意外的發(fā)生，也為公司節(jié)約了大量的資金。
參考文獻(xiàn):
1.ABB公司.可編程控制器AC500樣本資料，2007.
2.ABB公司.控制系統(tǒng)AC500及AC31樣本資料，2006.
3.湯子瀛,哲鳳屏,湯小丹等 .計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用 成都 電子科技大學(xué)出版社.
4.王復(fù)生.現(xiàn)代水泥生產(chǎn)基本知識(shí) 中國(guó)建材工業(yè)出版社,2004.
5.馬保國(guó).新型干法水泥生產(chǎn)工藝 化學(xué)工業(yè)出版社.
----摘自工控網(wǎng)
第一級(jí)—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)通訊,實(shí)行集中控制。通過(guò)工控組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)線工藝參數(shù)變化、設(shè)備運(yùn)行、故障發(fā)生等情況，同時(shí)負(fù)責(zé)日常報(bào)表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。
第二級(jí)—過(guò)程控制
由現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)控制核心 ,按場(chǎng)區(qū)配置分站 。通過(guò)FBP分布式擴(kuò)展I/O通訊對(duì)流量、壓力、溫度、電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行采集、控制。
第三級(jí)—單機(jī)就地控制
由現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)參數(shù),執(zhí)行上一級(jí)PLC主站的控制命令。
5． 結(jié)束語(yǔ)
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(dòng)強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化管理水平,有效的防止了人身意外的發(fā)生，也為公司節(jié)約了大量的資金。
參考文獻(xiàn):
1.ABB公司.可編程控制器AC500樣本資料，2007.
2.ABB公司.控制系統(tǒng)AC500及AC31樣本資料，2006.
3.湯子瀛,哲鳳屏,湯小丹等 .計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及其應(yīng)用 成都 電子科技大學(xué)出版社.
4.王復(fù)生.現(xiàn)代水泥生產(chǎn)基本知識(shí) 中國(guó)建材工業(yè)出版社,2004.
5.馬保國(guó).新型干法水泥生產(chǎn)工藝 化學(xué)工業(yè)出版社.
----摘自工控網(wǎng)
北京市公安局海淀分局備案號(hào)：11010802023656號(hào)