分析自动化在中国水泥工业的商机

    我国建材工业在国民经济中占很重要的地位，目前我国的水泥、玻璃年总产量都已名列世界第一。“十五”期间，国家将针对水泥工业技术结构不合理的状况，大力发展新型干法窑外分解水泥，要搞大水泥，如年产2000万吨、2500万吨、4000万吨的大型水泥企业，还准备开发5000万吨、8000万吨等特大型水泥企业。国家经贸委已确定“十五”期间新型干法窑外分解水泥每年增加1000万吨熟料的目标，国家主要通过重点扶持大企业、大集团搞大项目，如安徽海螺集团、以冀东水泥厂为龙头的河北渤海集团、吉林亚泰集团、华新集团等。另外，根据西部大开发的战略决策，将在西部建若干个新厂，如新疆天山、云南昆明等大型水泥厂。同时，随着我国加入WTO，预计一些国际著名的建材跨国集团也将以更大步伐进军我国的建材工业，如Larfage集团现已斥资1亿美元，在四川都江堰新建规模为年产3300万吨的大型水泥厂。面对建材工业新机遇，除开发大型新工艺设备外，水泥工业的自动化水平也将迈上一个新的台阶。

    水泥厂几种计算机控制系统的组合方式

    90年代以来，我国新投产的大中型水泥厂几乎全部采用了计算机控制系统作为控制、监视与管理，这股势头不仅在新型干法水泥厂，甚至在立窑群厂、湿法厂、粉磨站也开始被采用。计算机控制系统的可靠性和强有力的控制功能已不再被人们所怀疑，相反希望更充分地发挥计算机控制系统的强大威力，提出将一些子控制系统综合在主控制系统中的要求。综合我国各类水泥工厂选用的计算机控制系统，大致有以下几种组合方式：

    一、PLC＋数采＋多回路调节器

    以90年代初投产的新疆水泥厂、吉林双阳水泥厂为代表，在纵向分三级，即过程控制级、中央监控级和通讯网络组成；在横向按工艺的特点分为几个区，每个区又按功能分为过程采集、顺序控制、过程控制三部分。顺序控制采用4台PLC984，共采集输入／输出开关量近2000点，每个区用一台PLC984，它与一组远程站相连；过程控制采用了5台P-200八回路调节器；数据采集系统由6台数据采集器IAA组成。I－AA系统也由主站和远程站组成，通过链式连接把它们组成一体。这种系统的拓扑结构是星形结构，且控制级的通讯结构也较复杂，因此故障较多，同时硬件功能也过于分散，不利于操作和维护，目前这些厂对系统已做了改造。

    二、PLC＋工业微机

    以PLC为主体，利用PLC公司提供的总线通信方式，配置工控机。工业微机的可靠性强，性能价格比优越，在工业领域中有许多为PLC机开发的控制应用软件，如Factorylink、FIX、Intouch等，这些软件都能提供实时、多任务的功能。此外，网络技术的发展对PLC机在水泥工业的应用起到了推波助澜的作用。随着PLC的扫描速度加快，网络功能的增强，数据处理、函数运算、高级运算功能块和PID调节等功能的扩展，价格不断下降，目前这种配置在水泥行业用得非常普遍。

    三、DCS系统

    90年代初期是DCS系统的辉煌时期，各家仪表公司纷纷推出各自的DCS系统，90年代投产的2000万吨规模以上的水泥厂有许多选用了DCS系统，如邯郸水泥厂、启新水泥厂等采用了Bailey公司的INFI-90系统；北京水泥厂、葛洲坝水泥厂、冀东水泥厂、白马山水泥厂等选用了ABB公司的Master系统和AdvantOCS系统；鹤壁水泥厂、宁国水泥厂等选用了Honeywell的TDC3000和TSP系统；天津振兴水泥厂采用的日本Yokogawa的Cen－tum-CS系统。这些系统在仪电集成化、硬件配置的合理性、控制功能的多样化、方便的人机对话、较强的通讯能力等方面比以前的系统有了进一步提高，但价格还较高，有的系统在线修改程序还比较困难，近年来设计或投产的水泥厂已很少使用这种传统的仪表型DCS。

    四、PLC＋工作站

    为综合PLC和DCS各自的优点，又降低成本，有的厂还采用了PLC＋工作站或PLC＋DCS操作管理站的硬件组态，如铜陵水泥厂ACE系统现场控制站采用了ABB公司的系列PLC配以VAX工作站；浩良河水泥厂采用Modicon984作为现场控制站，采用Foxboro的WP作为操作管理站。这种配置的特点是具有很好的人机界面及强大的图形、信息（数据）处理功能，网络系统简单，各操作站之间互换性好，也是水泥厂控制系统的一种选择。

    五、向PLC靠拢的DCS系统

    为争得PLC市场的份额，近年来仪表型DCS也加强了逻辑运算处理能力和顺控功能，另外在缩短开关量的采集周期、降低价格上也迈出了很大的步伐，纷纷推出向PLC靠拢的系统，如Honeywell的Plantscape；ABB的FreeLance。近日投产的安徽东亚水泥厂和石家庄九里山水泥厂就采用了这些系统。

    水泥厂专用自动化装置和仪表

    一、生料质量控制系统

    所谓生料质量控制系统是通过实时在线控制、固定批量校正控制及虚拟校正控制来改变原料的配比，以保证生料化学成分稳定。它包括X射线荧光分析仪、计算机系统、取样制样设备等，分析生料中钙铁等8种元素化学成分的浓度。

    有些厂X射线荧光分析仪引进较早，而且是大功率、外水冷的波长色散型的光谱分析仪，如PW-1060、ARL-8660等。由于操作、备件等原因，许多已不能使用。目前，X射线荧光分析仪向小型化、小功率、内水冷、价格低等方向发展，它包括波长色散型和能量色散型，如Philips的Cu－bix和Venus等。新建的水泥厂将选用性能价格比好的X射线荧光分析仪。由于X射线荧光分析仪组成的生料质量控制系统并不能做到真正的在线实时分析，为进一步稳定生料质量，减少或取消原料中间储存的环节，简化流程，国内一些水泥厂采用了前馈控制用于开环质量控制，它用γ射线分析仪对在运行中的皮带机上的物料进行实时分析（同样分析钙铁等8种元素化学成分的浓度），根据分析结果进行各种计算，最终在线给出各种原料配比，控制各种原料的喂料量，以保证实际控制的各项质量参数跟踪设定值，它还可将分析结果反馈到矿山开采运输上，实施开采的质量控制。华新水泥厂已投入此系统，它采用的γ射线分析仪是美国GammaMetrics公司产品，目前这种分析仪价格还较贵。

    γ射线分析仪是基于中子激活激发γ射线分析技术，用中子源发出的中子流和激发的γ射线可穿透500～800mm的物料层，通过专用的电子设备就可透过皮带机直接测出物料的化学成分。

    二、窑硐体扫描装置

    它主要用于长时间不间断地实时监测窑硐体表面温度，经分析处理后能客观、及时地反映水泥窑内状况，帮助操作员有效地改善窑的操作。国内1000万吨规模以上的水泥厂大多设有此装置，包括扫描头和软件在内的全套装置引进的占大多数。这几年国内一些设计研究院也纷纷开发窑硐体温度扫描监测系统，如天津水泥工业设计研究院开发的TKIS系统，红外扫描头是引进的；如Agema、Ircon、Raytek等，软件则自行开发，系统除能显示三维及三维色相图外，还能显示窑衬厚度和窑皮结圈等情况，并能进行轮带间隙的检测。