隨著中國經濟的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對水泥的需求日益增加。目前國內外各大水泥企業(yè)紛紛在華興建大型干法旋窯水泥生產線，這為水泥行業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機遇。ABB公司已經為水泥生產線準備了最佳的工業(yè)自動化解決方案，幫助建設具有國際先進水平、高產出、低消耗、環(huán)保高效的生產線。
水泥生產工藝簡述
一般來講，水泥行業(yè)生產的是硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是一種通常為灰色的細致粉末，它由鈣( 來自石灰石)、硅酸鹽、鋁酸鹽( 黏土) 以及鐵酸鹽組成。在一個硅酸鹽水泥工廠中，水泥生產工藝的主要過程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高溫窯爐中用燃料將其煅燒成熟料，最后將熟料與適量石膏混合磨細制成水泥，需要經過礦山開采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨及成品包裝等多道工序，見圖1所示。
圖 1 水泥工廠的典型生產流程
總之，其生產過程通?？筛爬椤叭ヒ桓G”，可分為生產制備、煤粉制備、熟料煅燒和水泥粉磨及出廠四個步驟。
1.生料制備
將石灰質原料、粘土質原料與少量校正原料經破碎后按一定比例配合、磨細并調配為成份合適、量質均勻的生料。
2.煤粉制備
水泥生料煅燒所需的煤炭，必須制備成煤粉，提供煤粉燃燒所要求的粒度，以便于充分燃燒，得到足夠的燃燒反應能力。
3.熟料煅燒
熟料球形結塊的直徑必須在3.2~50mm 范圍之內，它們是在原料之間的化學反應中產生的。將生料放在水泥窯內煅燒至部分熔融以得到硅酸鹽水泥熟料，并儲存至熟料料倉。
4.水泥粉磨及出廠
將熟料加入適量石膏、混合材或添加劑共同磨細為水泥，并包裝出廠。粉磨過程在封閉系統(tǒng)中進行，該系統(tǒng)配備了一個空氣分離機，用來按大小將水泥顆粒分開，沒有完全磨細的材料被重新送入該系統(tǒng)。
設計分析
通過對工藝過程的介紹，不難看出這是一個典型的順序控制工程（原材料入庫、輸送—水泥粉磨—水泥出庫及包裝系統(tǒng)）。我們完全可以通過對控制對象——各運轉設備電動機的依次起動、停止和正反轉控制，以及各種報警指示、開關信號和模擬量信號的采集和編程處理來實現(xiàn)對工藝過程的自動化控制。
生產線上主要的設備控制、監(jiān)視、報警及打印報表等管理功能都由中控室執(zhí)行，控制硬件分布在原料粉磨、窯尾和窯頭3個過程現(xiàn)場站內，過程站與中控室之間由數據通信系統(tǒng)提供雙向信息處理和信息傳送。
按控制要求劃分，主要功能包括：數據采集功能、開關量控制功能和順序控制功能。
系統(tǒng)配置
系統(tǒng)的構成包括過程控制站、操作員站、工程師站以及通信系統(tǒng)（Modbus，ProfiBus DP/PA）。
AC500系列PLC的功能靈活、可拓展性強。傳統(tǒng)PLC產品的小型、中型和大型的軟硬件差別非常大，系統(tǒng)的拓展性很有局限。而AC500僅通過3、4種不同內存和速度的CPU中央處理單元就可以實現(xiàn)系統(tǒng)的全面升級，這樣可以保護客戶的現(xiàn)有投資?？刂葡到y(tǒng)的網絡原理如圖2所示。
圖 2 水泥廠控制系統(tǒng)網絡原理圖
水泥生產的各個控制站極為分散，此時系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網絡的穩(wěn)定性。冗余光纖環(huán)網技術的設計與采用使得過程控制網絡極為可靠，大大提高了整個系統(tǒng)的安全系數。
1.第一級——監(jiān)控管理
由中央控制室的操作站與工程師站實現(xiàn)。選用工控計算機，以TCP/IP工業(yè)以太網與PLC系統(tǒng)通信，實行集中控制。通過工控
組態(tài)軟件實時監(jiān)視整個生產線工藝參數變化、設備運行和故障發(fā)生等情況，同時負責日常報表打印、事故打印和數據記錄等。
2.第二級——過程控制
由現(xiàn)場的各分系統(tǒng)或成套設備的控制系統(tǒng)實現(xiàn)。以AC500 PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場控制核心，按場區(qū)配置分站。通過FBP分布式擴展I/O通信對流量、壓力、溫度、電機等參數進行采集和控制。
3.第三級——單機就地控制
由現(xiàn)場電氣控制系統(tǒng)實現(xiàn)。采用ABB公司的S500系列產品組成分布I/O，采集現(xiàn)場參數，執(zhí)行上一級PLC主站的控制命令。
結束語
以本文的研究結果為基礎的技術方案，已在山西某水泥生產線具體實施。由于采用了計算機控制技術和PLC控制技術相結合的方法，大大提高了水泥生產系統(tǒng)的生產效率，減輕了工人的勞動強度，提高了系統(tǒng)的自動化管理水平，有效地防止了人身意外的發(fā)生，也為公司節(jié)約了大量的資金。
