关于新型干法水泥生产线自动控制的应用浅谈

李杰 崔伯河

摘要：新型干法水泥生产技术，相对于以往的回转窑工艺，有着高质量、高产量、高环保、低能耗等众多优点，并且随着我国生产企业“节能降耗”标准的不断提高，智能高效的自动控制系统更是在新型干法水泥生产线承担着越来越中的角色。基于此，本文以金昌水泥集团有限责任公司新型干法水泥二厂为例，以TIA的选择需求为论述起点，并结合实际，从“现场控制”与“车间控制”两方面进行分析，以期通过自动控制的简单操作，有效管控新型干法水泥生产全线，不仅实现降低能耗的生产要求，更能够实现水泥生产线稳定与高产的愿景。

关键词：新型干法;自动控制;实践应用;水泥生产

水泥是建筑行业基础的建材，更是社会发展的刚需。随着城市化发展步伐不断加快，我国水泥行业以迅猛之姿蓬勃发展，历经几十年，当前我国水泥产量多年位居世界第一。但我国的水泥产业在整体上仍有着高能耗、低产量的不足问题，并且生产工艺相对落后，水泥的品质也存在一些问题。因此，我国水泥行业正在积极探索用“新型干法”代替落后的“回转立窑”工艺。纵然新型干法水泥生产线有着单机容量大，生产线持续性、稳定性强的诸多优点，但对于生产各单位的协调控制要求相对较高，因而更需要稳定、高效、可靠、简便的自动操作系统，才能够保证水泥生产线稳定高效、降耗增产、高质少污地运行，促进水泥产业健康、持续、稳定发展。

一、新型干法水泥生产线自动控制对TIA的需求

TIA是西门子工业自动化集团发布的一款全新的全集成自动化软件，它能够整合可利用的所有资源，实现数据的集中，让企业内的控制、管理更为优化、便捷。它可以说是一种自动化控制理念，贯穿水泥企业整个自动化系统的设计、实施与运行，为系统的集成方案提供思路。当然，TIA集成理念所表达的“集成”内涵具有全范围属性，既有“横向”广度上的集成，又有“纵向”深度上的集成。如，“横向”集成性而言，要实现“易扩散、高集成”的系统，就需要集成的广度，在系统内部实现同层所有设备与信息的集成，從系统外部要实现硬件、软件及信息之间的横向集成。又如“纵向”集成性而言，要实现“高精准、快决策”的系统，就需要集成的深度，在硬件、软件及信息之间不同层次的集成，增加信息的数量，缩短决策的时间，加快系统的反应（如图1所示）。

二、新型干法水泥生产线自动控制的应用

1现场设备自动控制

1.1恒速电机设备自动控制

在水泥企业中，恒速设备多为中低压电机，广泛应用在自动生产线的低压系统配电、电气传动及电动控制设备等。如金昌水泥集团有限责任公司新型干法水泥二厂，这类电机附带着较多的信号，需要相应的扩展模块，因此，使用的西门子电机控制保护单元Simocode Pro。以水泥生产线最为常见的皮带传送电机为例，它需要Simocode Pro处理一些信号，不仅有控制信号，还有保护信号，因此，必须添加相应的扩展模块，皮带传动电机“启、停”的控制信号连接至Simocode Pro的DI输入点端子，而保护、监控信号则连接至扩展模块，这样就实现了对水泥生产自动化的控制。

1.2变速电机设备自动控制

在水泥生产线中，诸如高压风机、窑磨传动装置等需要较高的电压维持运行，点电机多为变速。针对于这类变速高压电机的控制，其控制的本质就是对其中的高压变频器。而金昌水泥集团有限责任公司新型干法水泥二厂所使用的SIMOVERT MasterDrives，其控制方式主要包括端子与版面控制，将“高压变频器”看成县长总线的分站，其一切参数均由现场总站获取，然后将这些获取的信号传输到分站PLC控制系统，实现对高压变频的自动控制。

1.3特殊设备控制设计

除了恒速、变速的低、中、高电机设备外，新型干法水泥生产线还拥有一些特殊设备，如，包装机、篦冷机等，这类特殊设备的自控控制系统通常由制造商提供，且有着自己的特殊性，但会预留两种通信接口，PROFIBUS、硬件I/O，让其能够与其他控制系统相接，形成一个完整的水泥生产线自动控制系统。它只需要系统变成人员根据水泥常的工艺特点来使用这些特殊设备的控制系统信号，并不参与主站的控制。

2现场车间自动控制

2.1现场控制站设计

如果把水泥生产线比作人体各项机能的运作，那么现场控制站就承担着“大脑”的角色，它是自动控制系统的关键，所有的控制能够都能够通过现场控制站来实现。由此可见，水泥生产线制动控制系统的安全性、可靠性、便捷性与现场控制站的设计有着很大的关系。所以，必须要重视车间控制站的设计、制作与安装。

自动控制系统需要非常好的实时性，这样才能对水泥生产线有最精准的控制，因此，在设计现场控制站时，一般需要确保其具备足够的算力与I/O速度。如金昌水泥集团有限责任公司新型干法水泥二厂的自动控制系统，就包括14个车间控制战，其中10个都带有CPU，分管着不同的控制对象，在配置上也存在一定的差异。与此同时，其控制系统采用的双环型工业以太网，拥有两个以太网控制器，这样就能够保证其中一个出现问题后，另一个仍能够正常维持水泥生产线的运行。

2.2电气控制柜设计

如果说现场控制站扮演者水泥生产线的“大脑”，那么电气控制柜则充当着“手脚”，它是实现新型干法水泥生产工艺各个环节的供电与控制。

以石灰石破碎站为例，它作为系统的一个现场控制站，主要负责石灰石的破碎、筛选、传送等，而石灰石电气控制柜则负责工作各个环节的供电、工作及控制。如，高压电气控制柜，控制着破碎机将石灰石粉碎;低压电气柜则控制多个设备的供电、控制，并且还会设计备用回路，且标注相应的电流、电压、电机功率电缆型号等参数。

总而言之，本位以金昌水泥集团有限责任公司新型干法水泥二厂为例，讨论了新型干法水泥生产线自动控制的主要对象及控制要求，并介绍了TIA控制理念模型及控制要求，实现了对生产线的集中控制。

参考文献：

[1] 张朝兵. 新型干法水泥生产技术优化与节能技术的应用[J]. 建筑工程技术与设计， 2018， 000（034）：3824.

[2] 李华桥， 高一明. 全集成自动化控制系统——TIA在1200t液压成形机中的应用[C]// 西门子自动化专家会议. 西门子（中国）有限公司， 2010.

[3] 陈作炳， 李立峰. 西门子SIMOCODE在水泥厂电机保护和控制中的应用[J]. 电机与控制应用， 2008.

金昌水泥集团有限责任公司新型干法水泥二厂 737100