山水集团水泥生产线电气自动化特点

    近几年来，我集团大力发展新型干法水泥事业，新建熟料生产线和水泥粉磨站30余条。已投产和在建生产线，无论是电气自动化的装备、自动化系统的软件功能，还是电气管理技术，都紧紧跟踪了当今国际先进水平，并结合实际，在技术创新、降低投资方面有所突破，收到了较好经济效益。

1  自动化技术和水平不断提高

1．1新建生产线全部采用新型DCS系统

    水泥工艺流程的特性，决定了其开关逻辑控制的主导地位，同时模拟量的处理多为简单的显示和给定，控制回路基本上也多为并不复杂的单回路调节，这些特点决定了传统意义上DCS系统的逐渐淡出，如3号线使用的Bailey的INFl90系统等，这些早期的DCS系统同相对简单的PLC加上位控制软件所组成的控制系统相比较，并无明显的优势，甚至某些方面还处于下风。因此，随着PLC技术和产品的不断发展，PLC的处理开关量的能力和较快的速度在水泥行业的工艺控制中得到充分的表现，同时其灵活的结构为系统的升级和扩展留有很大的余地，加上价格优势更使其得到迅速的发展。与此同时，传统DCS厂商纷纷推出其相应的PLC产品，如ABB的Freelance 2000、Honeywell的Plantscape及Siemens的PCS7等，它们作为基于PLC的DCS系统在水泥行业推广，并已取得不俗的业绩。

    目前我集团在自动化系统选型方面，从集团一盘棋的角度考虑，兼顾了投资和生产控制的可靠性，以及维护上的方便，在所有熟料生产线全部采用ABB公司的Freelance 2000系统，几乎所有粉磨站都采用了国产和利时公司的SmartPr0系统。这两个系统的特点是投资低、可靠性高，并已基本为我集团技术人员所掌握。

1．2在总降压变电站采用电站综合自动化系统

    我集团的110kV和35kV总降压变电站采用了变电站综合自动化系统，不仅可以满足与电力部门通讯的要求，而且可以将整个企业的高中压电力设备的保护、控制和监测集为一体，可实时显示电站各回路电量、开关状态、信号状态及动作等，并完成数据累计；完成主接线图、潮流负荷棒图；可动态显示和修改各种保护装置的保护定值，可在线投、退保护装置。变电站综合自动化采集数据均为总降出线回路数据，与生产自动化DCS系统具有相对独立性。

    这里需要提到的是，因总降压站具有相对的独立性，为减少对生产控制的误操作，以免影响正常生产，有必要单独设置综合自动化系统。6kV(10kV)配电站只设置综合保护器代替各种继电器，通过生产线独立的DCS系统进行数据采集及控制，而不进入变电站综合自动化系统，即变电站综合自动化采集数据、信息均为总降出线回路数据及信息。

1．3现场总线控制技术和现场总线智能控制器的应用

    现场总线是用于现场设备与自动化控制系统之间的一种双向多节点数字通信开放型测控网络技术，是当前国际上自动化系统的热点和发展趋势。

    根据水泥生产线的特点和现场总线技术的优势，在预热器和篦冷机等热工测控点集中的区域，以及辊压机系统等数据量较大的设备中局部采用现场总线方案，充分发挥现场总线技术的优势和特点，减少了大量隔离器、端子柜、I／O模块及大量电缆和电缆桥架，同时提高了信号的测量、传输和控制精度，提高了系统与设备的性能。而在测控点较为分散的其他车间仍采用传统的DCS分布式I／O系统。

在现场总线控制系统FCS中还使用了大量的Profibus现场总线的PA标准智能传感器，主要使用了ABB的MTV型的压力变送器和温度变送器，在实际应用中系统不仅周期性地对这些设备进行输入和输出数据交换，还能对这些仪表的参数进行远程调校，如量程满点、量程零点等。据统计，随着现场总线仪表制造成本的降低，它的综合投资已非常接近传统的DCS和常规模拟仪表。根据我集团统计比较，窑尾采用总线仪表的新建生产线，同3号线的Bailey控制系统比较，现场仪表的故障率大约降低了60％，系统设备维护费用相应下降了40％，提高了设备运转率。

现场总线仪表及其技术已经成功应用在世纪创新、昌乐、潍坊、岭子和安丘的熟料生产线，以及故城、滨州、淄川和东营等粉磨站上。

1．4应用变频调速等节电技术及设备

    风机、配料秤和板喂机等需要调速的设备全部采用全数字变频调速技术进行控制，如：从4号线开始，将篦冷机对风压要求不高的风机、窑头排风机等改为变频调速，既方便了工艺调节、又节约大量电能。从2005年开始，又逐步对l05台大功率风机进行了高压变频技术改造，平均节电率15％左右，每年节约电费6000万元，取得了显著的节电效益。

2  操作更方便实用性增强

2．1 DCS系统

    ABB的Freelance 2000系统与和利时的SmartPro系统，在国内水泥行业市场占有率高，且随着自动化技术的进步，其投资较过去降低，如Freelance 2000系统较3号线的INFI90系统降低投资100万元。同时，仅选择2种DCS系统有利于技术人员的掌握，有利于生产控制和全集团统一管理。

2．2配电站

6kV(10kV)配电站中，打破常规设计，取消两段母线之间的联络。因为随着供电可靠性和工艺生产连续性的大大提高，以及熟料及水泥生产线的实际布局，一个工段的设备停机，将直接或马上导致其他主机设备也要停机，没有必要在6kV(10kV)母线处进行联络，只在低压设置联络即可。世纪创新、昌乐、潍坊、岭子二期熟料生产线以及所有粉磨站全部采用了这种布置。实践证明，这种设计方案筒洁，操控方便。

2．3操作界面方便简洁

    利用计算机控制系统的特点，将电气工程师分析处理问题的过程形象化，对重点设备的正常运行、设备报警、设备故障等状态信息综合处理，例如ABB系统画面设置滚动报警栏，滚动显示报警设备编号，提示操作员及时发现、处理故障；操作员还可以通过重要设备模拟量波形图来判断设备的运转情况，及时发现、及时处理。方使中控操作人员快速查找故障的原因，缩短故障处理时间。昌乐、潍坊、岭子一期二期以及粉磨站都采用了这项措施，效果很好，岭子二期设置了外置音响，效果更明显。

3  可靠性提高

3．1控制系统

    随着大型先进设备、进口设备的不断应用，配套控制系统越来越多，一条生产线中就形成了多个局部控制子系统，这些控制子系统具有相对的独立性和完整性，不但完成所配套设备的控制功能，而且保护功能做得非常好；子系统的存在，将控制风险分散，也增加了整个生产线控制的可靠性。如：生料立磨的控制系统(平阴)、煤磨控制系统(岭子、平阴)、转子秤控制系统(昌乐、潍坊、岭子、平阴、安丘)、辊压机控制系统(青岛、聊城、故城、滨州、淄川、东营)、配料秤控制(3号线、世纪创新、岭子一期)等。这些控制子系统在设备调试阶段已经将各种参数设置正常，除必要的定期校验外，一般不需要频繁的日常设置，只要把握好上电、清灰及清楚现场控制箱、按钮盒等的操作，就能解决大多数问题。现场出现的问题，操作不当(包括中控和现场)占大多数，真正技术方面的问题不多。这就要求应不断加强对现场和中控操作人员的培训，提高工作人员的技术水平，多从设备的工作原理、动作过程

和功能元件的分布人手来解决实际遇到的问题。

3．2开关柜及执行机构

    与固定式低压开关柜相比，抽屉式低压开关柜的模块分区结构更具安全性，互换式的抽屉使故障处理时间大大缩短，操作维护非常方便。同时，电动执行器采用机电一体化式，取消伺服放大器等外围元件，减少了电气接线，控制简单、维护方便。昌乐、潍坊、岭子、平阴熟料线，以及所有粉磨站全部使用了该类设备。

4  故障的处理

    现代化水泥企业的自动化水平较高，故障处理方面也是有据可依，据近几年的现场经验，故障处理思路及方法应把握以下几点：

    1)中控室是生产控制的心脏，几乎所有设备的状态、运行信息都有记录，故障处理应首先从中控取得第一手原始资料，充分利用与故障有关的大量信息。平时应该多与操作员联系，了解设备运行状况，对问题早发现，做到防微杜渐。

    2)掌握设备的工作原理，至少应熟悉设备现场操作箱、控制柜的物理位置、关联关系以及操作顺序。例如：某子公司的转子秤曾出现既不能在中控也无法在现场开机情况，经查，原因是现场按钮盒上的急停按钮被误按下所致。

    3)处理故障时，要顺藤摸瓜，逐项排除，不放过任何可能的原因。例如：生产正常运行中，电缆中间断线并不常见，一次平阴厂立磨的振动信号丢失，经检查，上位机、I／O机柜、所有连接端子、振动传感器正常，确认恰恰是信号电缆断线所致。