李江：水泥工业自动化前沿技术概况

　　2013年6月15日，第六届中国水泥信息化与自动化高峰论坛在江苏南京举行，中国硅酸盐学会自动化分会秘书长李江以《水泥工业自动化前沿技术概况》为题发表演讲。

中国硅酸盐学会自动化分会秘书长 李江

　　随着新型干法水泥工业的不断发展以及信息化智能化建设的持续推进，自动化技术应用已经深入到水泥生产的各个方面，特别是近年来，计算机控制系统、互联网技术以及高端检测控制设备等最新技术手段的运用进一步解放了人力资源，为加强过程控制，提高劳动生产率，降低生产成本，实现资源综合利用，提供了巨大帮助。那么，目前国内水泥工业自动化技术发展如何，是否能够满足日益激烈的市场竞争的需求，这些都是需要探讨的问题。

　　水泥工业自动化包含了两个重要内容，一个是企业网，另一个是企业生产制造管理。作为一个企业互联网系统来说，又分为工业控制系统、工业局域网、企业网三个部分。而在企业的制造生产管理方面，最底层检测驱动级，往上是过程和设备控制级，过程监控级，生产管理级，最高层是企业管理级。这些管理层级以前是分离的，而随着自动化技术的进步，现在更强调信息化，利用DOS、PRC以及现场总线系统实现上下信息的联动，从而达到加强企业自动化控制的目的。

　　所谓水泥工业自动化前沿技术，实际上就是把水泥工业最主要的需求提炼出来，利用信息化来满足这种需求，在为了满足这种需求的过程中开发出来的最新的应用。目前业内关注的内容主要可以分为水泥生产过程计算机控制系统、网络技术的应用与发展、生产过程自动化与生产管理、控制技术的发展、检测技术的发展、在线仿真技术在水泥工业系统的应用等六个方面。

　　一、水泥生产过程计算机控制系统

　　水泥生产过程计算机控制系统方面，目前强调的是控制系统功能的更强发挥，要实现这个目标，首先需要解决的是控制点数量问题。目前，5000t/d的新型干法水泥生产线，监控点已经提高到4000个，而随着生产控制要素的提高，将来需要提高到5000点以上。控制点缺少，直接影响企业生产信息量减少，对于加强企业生产控制将产生不利影响。

　　增加生产线控制点，可以实现更广泛的过程控制，提高生产安全性，现场仪表和执行器采用的控制效能都将大大提高。同时，利用生产过程中的计算机控制，将进一步加强控制功能，主要体现在推出更多的智能化分布式站点的同时主控制器的性能也会不断加强。最后，采用各种先进的控制理论，直接融入控制系统，在系统中集成标准化的控制模块，将为用户实现先进控制提供良好的平台。

　　二、网络技术的应用与发展

　　网络技术的应用与发展主要体现在现场总线技术与应用、工业以太网技术与应用、互联网的应用以及无线网技术与应用四个方面。

　　1、现场总线技术与应用。目前该技术比较成熟。部分制造企业已经向市场提供了带现场总线检测控制接口的仪表和执行器，大大提高了生产过程中的控制速度和共享的信息量，而随着总线产品的应用达到一定的规模之后，自动化运营成本包括一次性投资中的维护费用都会下降。

　　2、工业以太网技术的应用。以太网与现场主线相比区别在于，以太网是基于超大规模应用于各种场合的技术。水泥企业常用的工业电视，监视器已经不通过电缆来传输，而是通过以太网来实现。它的优点在于，可以节省投资，而且为生产现场操作人员提供了及时准确的信息，有利于查找事故原因，实现精细化操作。

　　3、互联网的应用。水泥工业中互联网的应用主要体现在水泥工厂远程专家诊断与维护系统方面。目前，在水泥企业集团化和水泥专家服务集约化方面，有些企业已经看到了互联网应用的优势并着力开展相关建设工作。

　　4、无线网技术与应用。无线网包括局域无线网、工业无线数据监测以及GPRS远程管理系统。据了解，目前已经有很多水泥企业将散装车安装GPRS定位，纳入到生产管理当中，发展较快的合肥院已经将GPRS运用到煤磨管理当中，并取得了显著成效。

　　三、生产过程自动化与生产管理

　　生产过程自动化与生产管理是信息化融合强调的内容，经过近年来的发展已经取得了不错的成绩，特别是随着水泥企业计算机管理系统的应用以及信息化建设的逐步深入，进一步推动了生产管理工作的现代化发展。而与此同时，随着国家对环境建设工作的越来越重视，加强能效管理，减少资源浪费和污染物排放将成为企业自动化与生产管理面临的重要课题。

　　四、控制技术的发展

　　先进控制技术在水泥生产中非常重要，对于提升水泥质量，提高资源利用率，完善成本控制具有重要意义。事实上，虽然经过了很多年的研究，但是熟料煅烧机理到现在也不是很透彻。滞后时间长、现场温度高、高粉尘的恶劣环境，都影响到检测的准确性和控制的稳定性，同时也加大了自动控制的难度。然而也因为有这些问题的存在，才为我们采用先进控制技术提供了条件。目前，多变面自适应控制、神经元及专家系统控制等等，这些技术都在一部分新型干法水泥企业中得到了应用和实践。随着国家对水泥质量的要求越来越高，对环境污染治理力度的不断加强以及水泥工业市场化竞争的激烈，利用先进控制技术提升水泥质量，提高资源利用率，完善成本控制将成为今后一段时间国内水泥企业急需着力解决的问题。

　　五、检测技术的发展

　　常规检测仪表发展方面，筒体温度扫描系统经历了一些时间的发展，由早期的部件扫面，转角扫描到转角线扫描，现在正在研发一种焦平面智能视屏监控系统已经取得了一定的成绩。料位仪表、流量检测器、高温计这些水泥工业中比较专用的常规仪表也都有发展，供应商在不断推出新的仪表来满足水泥企业的需求。

　　在线物料化学成分分析仪的发展是最近业内比较关注的内容。就分类来讲，在线物料化学成分分析仪有两种，一种是中子活化放射源的在线分析仪，目前在国内普及率相对较高；另外一种电控中子源在线物料成分分析仪，是在线物料分析仪发展的趋势。后者在煤炭行业已经得到了很成熟的应用了，相信今后一段时间将会在水泥行业有所发展。在线物料化学成分分析仪的出现对于水泥行业发展的推动作用巨大，但是如何结合水泥工业实际需求加以充分利用，将是水泥企业需要重点思考的问题。

　　在线窑尾废气成份分析系统，其特点是在高温环境下解决废气取样问题。现在各种取样方法已经日益成熟，这种系统采用以后能大大提高窑的控制水平，提高熟料质量和产量，延长耐火材料使用寿命，节省水泥粉磨电耗。

　　在线粒度分析仪技术在我国推广的速度较为缓慢。在生产方面，在线粒度分析仪对粉磨工艺的提升具有重要作用，可以实时的监控细粉料的粒径分布和变化趋势，控制产品质量。随着我国水泥新标准的实施，对水泥质量要求更加严格，水泥细度和颗粒级配已经越来越被企业所重视，在此背景下，推行在线粒度分析仪具有重要意义。与此同时，利用在线粒度分析仪配合水泥磨的运转将大大提高能效水平，使生产线发挥最大的能力。

　　实验室分析仪器综合应用，我国水泥企业和国外在检测技术方面的差距主要体现于此。现在水泥企业生产规模越来越大，对样品检验及时性要求也越来越高，从新型干法大型化，企业的集团化，讲究效率方面而言，提高实验室分析仪器的综合应用，实现自动化检测在未来将会有很大的发展空间。

　　六、在线仿真技术在水泥工业系统的应用

　　在线仿真技术在水泥工业系统的应用是近几年来行业比较关心的技术。仿真技术的实施必须建立在大数据量以及历史库特别丰富的基础上，只有这样仿真和实际才能越来越符合，将在线监测技术跟仿真技术相结合，将是今后行业研究的重点。

　　水泥工业自动化，是以可持续发展为目标，以节能降耗综合发展为基础的发展战略。而随着水泥工业的不断发展，对于自动化的要求也在不断提高，反过来，自动化技术研发应用的创新，也能促进工艺的改进和提高，这个就是所谓的两化深入融合。总体而言水泥工业的信息化和自动化关键要靠需求推动和技术促进，可以说自动化技术的发展趋势将无可限量，创造的社会效益和经济效益以及给水泥带来的影响也不容低估。