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分析自動化在中國水泥工業(yè)的商機

中國機電日報 · 2001-08-13 00:00 留言
    我國建材工業(yè)在國民經(jīng)濟中占很重要的地位,目前我國的水泥、玻璃年總產(chǎn)量都已名列世界第一?!笆濉逼陂g,國家將針對水泥工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)不合理的狀況,大力發(fā)展新型干法窯外分解水泥,要搞大水泥,如年產(chǎn)2000萬噸、2500萬噸、4000萬噸的大型水泥企業(yè),還準(zhǔn)備開發(fā)5000萬噸、8000萬噸等特大型水泥企業(yè)。國家經(jīng)貿(mào)委已確定“十五”期間新型干法窯外分解水泥每年增加1000萬噸熟料的目標(biāo),國家主要通過重點扶持大企業(yè)、大集團搞大項目,如安徽海螺集團、以冀東水泥廠為龍頭的河北渤海集團、吉林亞泰集團、華新集團等。另外,根據(jù)西部大開發(fā)的戰(zhàn)略決策,將在西部建若干個新廠,如新疆天山、云南昆明等大型水泥廠。同時,隨著我國加入WTO,預(yù)計一些國際著名的建材跨國集團也將以更大步伐進軍我國的建材工業(yè),如Larfage集團現(xiàn)已斥資1億美元,在四川都江堰新建規(guī)模為年產(chǎn)3300萬噸的大型水泥廠。面對建材工業(yè)新機遇,除開發(fā)大型新工藝設(shè)備外,水泥工業(yè)的自動化水平也將邁上一個新的臺階。

    水泥廠幾種計算機控制系統(tǒng)的組合方式

    90年代以來,我國新投產(chǎn)的大中型水泥廠幾乎全部采用了計算機控制系統(tǒng)作為控制、監(jiān)視與管理,這股勢頭不僅在新型干法水泥廠,甚至在立窯群廠、濕法廠、粉磨站也開始被采用。計算機控制系統(tǒng)的可靠性和強有力的控制功能已不再被人們所懷疑,相反希望更充分地發(fā)揮計算機控制系統(tǒng)的強大威力,提出將一些子控制系統(tǒng)綜合在主控制系統(tǒng)中的要求。綜合我國各類水泥工廠選用的計算機控制系統(tǒng),大致有以下幾種組合方式:

    一、PLC+數(shù)采+多回路調(diào)節(jié)器

    以90年代初投產(chǎn)的新疆水泥廠、吉林雙陽水泥廠為代表,在縱向分三級,即過程控制級、中央監(jiān)控級和通訊網(wǎng)絡(luò)組成;在橫向按工藝的特點分為幾個區(qū),每個區(qū)又按功能分為過程采集、順序控制、過程控制三部分。順序控制采用4臺PLC984,共采集輸入/輸出開關(guān)量近2000點,每個區(qū)用一臺PLC984,它與一組遠程站相連;過程控制采用了5臺P-200八回路調(diào)節(jié)器;數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由6臺數(shù)據(jù)采集器IAA組成。I-AA系統(tǒng)也由主站和遠程站組成,通過鏈?zhǔn)竭B接把它們組成一體。這種系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是星形結(jié)構(gòu),且控制級的通訊結(jié)構(gòu)也較復(fù)雜,因此故障較多,同時硬件功能也過于分散,不利于操作和維護,目前這些廠對系統(tǒng)已做了改造。

    二、PLC+工業(yè)微機

    以PLC為主體,利用PLC公司提供的總線通信方式,配置工控機。工業(yè)微機的可靠性強,性能價格比優(yōu)越,在工業(yè)領(lǐng)域中有許多為PLC機開發(fā)的控制應(yīng)用軟件,如Factorylink、FIX、Intouch等,這些軟件都能提供實時、多任務(wù)的功能。此外,網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展對PLC機在水泥工業(yè)的應(yīng)用起到了推波助瀾的作用。隨著PLC的掃描速度加快,網(wǎng)絡(luò)功能的增強,數(shù)據(jù)處理、函數(shù)運算、高級運算功能塊和PID調(diào)節(jié)等功能的擴展,價格不斷下降,目前這種配置在水泥行業(yè)用得非常普遍。

    三、DCS系統(tǒng)

    90年代初期是DCS系統(tǒng)的輝煌時期,各家儀表公司紛紛推出各自的DCS系統(tǒng),90年代投產(chǎn)的2000萬噸規(guī)模以上的水泥廠有許多選用了DCS系統(tǒng),如邯鄲水泥廠、啟新水泥廠等采用了Bailey公司的INFI-90系統(tǒng);北京水泥廠、葛洲壩水泥廠、冀東水泥廠、白馬山水泥廠等選用了ABB公司的Master系統(tǒng)和AdvantOCS系統(tǒng);鶴壁水泥廠、寧國水泥廠等選用了Honeywell的TDC3000和TSP系統(tǒng);天津振興水泥廠采用的日本Yokogawa的Cen-tum-CS系統(tǒng)。這些系統(tǒng)在儀電集成化、硬件配置的合理性、控制功能的多樣化、方便的人機對話、較強的通訊能力等方面比以前的系統(tǒng)有了進一步提高,但價格還較高,有的系統(tǒng)在線修改程序還比較困難,近年來設(shè)計或投產(chǎn)的水泥廠已很少使用這種傳統(tǒng)的儀表型DCS。

    四、PLC+工作站

    為綜合PLC和DCS各自的優(yōu)點,又降低成本,有的廠還采用了PLC+工作站或PLC+DCS操作管理站的硬件組態(tài),如銅陵水泥廠ACE系統(tǒng)現(xiàn)場控制站采用了ABB公司的系列PLC配以VAX工作站;浩良河水泥廠采用Modicon984作為現(xiàn)場控制站,采用Foxboro的WP作為操作管理站。這種配置的特點是具有很好的人機界面及強大的圖形、信息(數(shù)據(jù))處理功能,網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)簡單,各操作站之間互換性好,也是水泥廠控制系統(tǒng)的一種選擇。

    五、向PLC靠攏的DCS系統(tǒng)

    為爭得PLC市場的份額,近年來儀表型DCS也加強了邏輯運算處理能力和順控功能,另外在縮短開關(guān)量的采集周期、降低價格上也邁出了很大的步伐,紛紛推出向PLC靠攏的系統(tǒng),如Honeywell的Plantscape;ABB的FreeLance。近日投產(chǎn)的安徽東亞水泥廠和石家莊九里山水泥廠就采用了這些系統(tǒng)。

    水泥廠專用自動化裝置和儀表

    一、生料質(zhì)量控制系統(tǒng)

    所謂生料質(zhì)量控制系統(tǒng)是通過實時在線控制、固定批量校正控制及虛擬校正控制來改變原料的配比,以保證生料化學(xué)成分穩(wěn)定。它包括X射線熒光分析儀、計算機系統(tǒng)、取樣制樣設(shè)備等,分析生料中鈣鐵等8種元素化學(xué)成分的濃度。

    有些廠X射線熒光分析儀引進較早,而且是大功率、外水冷的波長色散型的光譜分析儀,如PW-1060、ARL-8660等。由于操作、備件等原因,許多已不能使用。目前,X射線熒光分析儀向小型化、小功率、內(nèi)水冷、價格低等方向發(fā)展,它包括波長色散型和能量色散型,如Philips的Cu-bix和Venus等。新建的水泥廠將選用性能價格比好的X射線熒光分析儀。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時分析,為進一步穩(wěn)定生料質(zhì)量,減少或取消原料中間儲存的環(huán)節(jié),簡化流程,國內(nèi)一些水泥廠采用了前饋控制用于開環(huán)質(zhì)量控制,它用γ射線分析儀對在運行中的皮帶機上的物料進行實時分析(同樣分析鈣鐵等8種元素化學(xué)成分的濃度),根據(jù)分析結(jié)果進行各種計算,最終在線給出各種原料配比,控制各種原料的喂料量,以保證實際控制的各項質(zhì)量參數(shù)跟蹤設(shè)定值,它還可將分析結(jié)果反饋到礦山開采運輸上,實施開采的質(zhì)量控制。華新水泥廠已投入此系統(tǒng),它采用的γ射線分析儀是美國GammaMetrics公司產(chǎn)品,目前這種分析儀價格還較貴。

    γ射線分析儀是基于中子激活激發(fā)γ射線分析技術(shù),用中子源發(fā)出的中子流和激發(fā)的γ射線可穿透500~800mm的物料層,通過專用的電子設(shè)備就可透過皮帶機直接測出物料的化學(xué)成分。

    二、窯硐體掃描裝置

    它主要用于長時間不間斷地實時監(jiān)測窯硐體表面溫度,經(jīng)分析處理后能客觀、及時地反映水泥窯內(nèi)狀況,幫助操作員有效地改善窯的操作。國內(nèi)1000萬噸規(guī)模以上的水泥廠大多設(shè)有此裝置,包括掃描頭和軟件在內(nèi)的全套裝置引進的占大多數(shù)。這幾年國內(nèi)一些設(shè)計研究院也紛紛開發(fā)窯硐體溫度掃描監(jiān)測系統(tǒng),如天津水泥工業(yè)設(shè)計研究院開發(fā)的TKIS系統(tǒng),紅外掃描頭是引進的;如Agema、Ircon、Raytek等,軟件則自行開發(fā),系統(tǒng)除能顯示三維及三維色相圖外,還能顯示窯襯厚度和窯皮結(jié)圈等情況,并能進行輪帶間隙的檢測。

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