山水集團(tuán)水泥生產(chǎn)線電氣自動化特點

　　近幾年來，我集團(tuán)大力發(fā)展新型干法水泥事業(yè)，新建熟料生產(chǎn)線和水泥粉磨站30余條。已投產(chǎn)和在建生產(chǎn)線，無論是電氣自動化的裝備、自動化系統(tǒng)的軟件功能，還是電氣管理技術(shù)，都緊緊跟蹤了當(dāng)今國際先進(jìn)水平，并結(jié)合實際，在技術(shù)創(chuàng)新、降低投資方面有所突破，收到了較好經(jīng)濟(jì)效益。

　　1 自動化技術(shù)和水平不斷提高
　　1.1 新建生產(chǎn)線全部采用新型DCS系統(tǒng)
　　水泥工藝流程的特性，決定了其開關(guān)邏輯控制的主導(dǎo)地位，同時模擬量的處理多為簡單的顯示和給定，控制回路基本上也多為并不復(fù)雜的單回路調(diào)節(jié)，這些特點決定了傳統(tǒng)意義上DCS系統(tǒng)的逐漸淡出，如3號線使用的Bailey的INFl90系統(tǒng)等，這些早期的DCS系統(tǒng)同相對簡單的PLC加上位控制軟件所組成的控制系統(tǒng)相比較，并無明顯的優(yōu)勢，甚至某些方面還處于下風(fēng)。因此，隨著PLC技術(shù)和產(chǎn)品的不斷發(fā)展，PLC的處理開關(guān)量的能力和較快的速度在水泥行業(yè)的工藝控制中得到充分的表現(xiàn)，同時其靈活的結(jié)構(gòu)為系統(tǒng)的升級和擴(kuò)展留有很大的余地，加上價格優(yōu)勢更使其得到迅速的發(fā)展。與此同時，傳統(tǒng)DCS廠商紛紛推出其相應(yīng)的PLC產(chǎn)品，如ABB的Freelance 2000、Honeywell的Plantscape及Siemens的PCS7等，它們作為基于PLC的DCS系統(tǒng)在水泥行業(yè)推廣，并已取得不俗的業(yè)績。

　　目前我集團(tuán)在自動化系統(tǒng)選型方面，從集團(tuán)一盤棋的角度考慮，兼顧了投資和生產(chǎn)控制的可靠性，以及維護(hù)上的方便，在所有熟料生產(chǎn)線全部采用ABB公司的Freelance 2000系統(tǒng)，幾乎所有粉磨站都采用了國產(chǎn)和利時公司的SmartPr0系統(tǒng)。這兩個系統(tǒng)的特點是投資低、可靠性高，并已基本為我集團(tuán)技術(shù)人員所掌握。

　　1.2 在總降壓變電站采用電站綜合自動化系統(tǒng)
　　我集團(tuán)的110kV和35kV總降壓變電站采用了變電站綜合自動化系統(tǒng)，不僅可以滿足與電力部門通訊的要求，而且可以將整個企業(yè)的高中壓電力設(shè)備的保護(hù)、控制和監(jiān)測集為一體，可實時顯示電站各回路電量、開關(guān)狀態(tài)、信號狀態(tài)及動作等，并完成數(shù)據(jù)累計；完成主接線圖、潮流負(fù)荷棒圖；可動態(tài)顯示和修改各種保護(hù)裝置的保護(hù)定值，可在線投、退保護(hù)裝置。變電站綜合自動化采集數(shù)據(jù)均為總降出線回路數(shù)據(jù)，與生產(chǎn)自動化DCS系統(tǒng)具有相對獨立性。

　　這里需要提到的是，因總降壓站具有相對的獨立性，為減少對生產(chǎn)控制的誤操作，以免影響正常生產(chǎn)，有必要單獨設(shè)置綜合自動化系統(tǒng)。6kV(10kV)配電站只設(shè)置綜合保護(hù)器代替各種繼電器，通過生產(chǎn)線獨立的DCS系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及控制，而不進(jìn)入變電站綜合自動化系統(tǒng)，即變電站綜合自動化采集數(shù)據(jù)、信息均為總降出線回路數(shù)據(jù)及信息。

　　1.3 現(xiàn)場總線控制技術(shù)和現(xiàn)場總線智能控制器的應(yīng)用
　　現(xiàn)場總線是用于現(xiàn)場設(shè)備與自動化控制系統(tǒng)之間的一種雙向多節(jié)點數(shù)字通信開放型測控網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，是當(dāng)前國際上自動化系統(tǒng)的熱點和發(fā)展趨勢。

　　根據(jù)水泥生產(chǎn)線的特點和現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢，在預(yù)熱器和篦冷機(jī)等熱工測控點集中的區(qū)域，以及輥壓機(jī)系統(tǒng)等數(shù)據(jù)量較大的設(shè)備中局部采用現(xiàn)場總線方案，充分發(fā)揮現(xiàn)場總線技術(shù)的優(yōu)勢和特點，減少了大量隔離器、端子柜、I/O模塊及大量電纜和電纜橋架，同時提高了信號的測量、傳輸和控制精度，提高了系統(tǒng)與設(shè)備的性能。而在測控點較為分散的其他車間仍采用傳統(tǒng)的DCS分布式I/O系統(tǒng)。

　　在現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)FCS中還使用了大量的Profibus現(xiàn)場總線的PA標(biāo)準(zhǔn)智能傳感器，主要使用了ABB的MTV型的壓力變送器和溫度變送器，在實際應(yīng)用中系統(tǒng)不僅周期性地對這些設(shè)備進(jìn)行輸入和輸出數(shù)據(jù)交換，還能對這些儀表的參數(shù)進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)校，如量程滿點、量程零點等。據(jù)統(tǒng)計，隨著現(xiàn)場總線儀表制造成本的降低，它的綜合投資已非常接近傳統(tǒng)的DCS和常規(guī)模擬儀表。根據(jù)我集團(tuán)統(tǒng)計比較，窯尾采用總線儀表的新建生產(chǎn)線，同3號線的Bailey控制系統(tǒng)比較，現(xiàn)場儀表的故障率大約降低了60%，系統(tǒng)設(shè)備維護(hù)費(fèi)用相應(yīng)下降了40%，提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率。

　　現(xiàn)場總線儀表及其技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用在世紀(jì)創(chuàng)新、昌樂、濰坊、嶺子和安丘的熟料生產(chǎn)線，以及故城、濱州、淄川和東營等粉磨站上。

　　1.4 應(yīng)用變頻調(diào)速等節(jié)電技術(shù)及設(shè)備
　　風(fēng)機(jī)、配料秤和板喂機(jī)等需要調(diào)速的設(shè)備全部采用全數(shù)字變頻調(diào)速技術(shù)進(jìn)行控制，如：從4號線開始，將篦冷機(jī)對風(fēng)壓要求不高的風(fēng)機(jī)、窯頭排風(fēng)機(jī)等改為變頻調(diào)速，既方便了工藝調(diào)節(jié)、又節(jié)約大量電能。從2005年開始，又逐步對l05臺大功率風(fēng)機(jī)進(jìn)行了高壓變頻技術(shù)改造，平均節(jié)電率15％左右，每年節(jié)約電費(fèi)6000萬元，取得了顯著的節(jié)電效益。

　　2 操作更方便實用性增強(qiáng)
　　2.1 DCS系統(tǒng)
　　ABB的Freelance 2000系統(tǒng)與和利時的SmartPro系統(tǒng)，在國內(nèi)水泥行業(yè)市場占有率高，且隨著自動化技術(shù)的進(jìn)步，其投資較過去降低，如Freelance 2000系統(tǒng)較3號線的INFI90系統(tǒng)降低投資100萬元。同時，僅選擇2種DCS系統(tǒng)有利于技術(shù)人員的掌握，有利于生產(chǎn)控制和全集團(tuán)統(tǒng)一管理。

　　2.2 配電站
　　6kV(10kV)配電站中，打破常規(guī)設(shè)計，取消兩段母線之間的聯(lián)絡(luò)。因為隨著供電可靠性和工藝生產(chǎn)連續(xù)性的大大提高，以及熟料及水泥生產(chǎn)線的實際布局，一個工段的設(shè)備停機(jī)，將直接或馬上導(dǎo)致其他主機(jī)設(shè)備也要停機(jī)，沒有必要在6kV(10kV)母線處進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，只在低壓設(shè)置聯(lián)絡(luò)即可。世紀(jì)創(chuàng)新、昌樂、濰坊、嶺子二期熟料生產(chǎn)線以及所有粉磨站全部采用了這種布置。實踐證明，這種設(shè)計方案筒潔，操控方便。

　　2.3 操作界面方便簡潔
　　利用計算機(jī)控制系統(tǒng)的特點，將電氣工程師分析處理問題的過程形象化，對重點設(shè)備的正常運(yùn)行、設(shè)備報警、設(shè)備故障等狀態(tài)信息綜合處理，例如ABB系統(tǒng)畫面設(shè)置滾動報警欄，滾動顯示報警設(shè)備編號，提示操作員及時發(fā)現(xiàn)、處理故障；操作員還可以通過重要設(shè)備模擬量波形圖來判斷設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時發(fā)現(xiàn)、及時處理。方使中控操作人員快速查找故障的原因，縮短故障處理時間。昌樂、濰坊、嶺子一期二期以及粉磨站都采用了這項措施，效果很好，嶺子二期設(shè)置了外置音響，效果更明顯。

　　3  可靠性提高
　　3.1 控制系統(tǒng)
　　隨著大型先進(jìn)設(shè)備、進(jìn)口設(shè)備的不斷應(yīng)用，配套控制系統(tǒng)越來越多，一條生產(chǎn)線中就形成了多個局部控制子系統(tǒng)，這些控制子系統(tǒng)具有相對的獨立性和完整性，不但完成所配套設(shè)備的控制功能，而且保護(hù)功能做得非常好；子系統(tǒng)的存在，將控制風(fēng)險分散，也增加了整個生產(chǎn)線控制的可靠性。如：生料立磨的控制系統(tǒng)(平陰)、煤磨控制系統(tǒng)(嶺子、平陰)、轉(zhuǎn)子秤控制系統(tǒng)(昌樂、濰坊、嶺子、平陰、安丘)、輥壓機(jī)控制系統(tǒng)(青島、聊城、故城、濱州、淄川、東營)、配料秤控制(3號線、世紀(jì)創(chuàng)新、嶺子一期)等。這些控制子系統(tǒng)在設(shè)備調(diào)試階段已經(jīng)將各種參數(shù)設(shè)置正常，除必要的定期校驗外，一般不需要頻繁的日常設(shè)置，只要把握好上電、清灰及清楚現(xiàn)場控制箱、按鈕盒等的操作，就能解決大多數(shù)問題?，F(xiàn)場出現(xiàn)的問題，操作不當(dāng)(包括中控和現(xiàn)場)占大多數(shù)，真正技術(shù)方面的問題不多。這就要求應(yīng)不斷加強(qiáng)對現(xiàn)場和中控操作人員的培訓(xùn)，提高工作人員的技術(shù)水平，多從設(shè)備的工作原理、動作過程和功能元件的分布人手來解決實際遇到的問題。

　　3.2 開關(guān)柜及執(zhí)行機(jī)構(gòu)
　　與固定式低壓開關(guān)柜相比，抽屜式低壓開關(guān)柜的模塊分區(qū)結(jié)構(gòu)更具安全性，互換式的抽屜使故障處理時間大大縮短，操作維護(hù)非常方便。同時，電動執(zhí)行器采用機(jī)電一體化式，取消伺服放大器等外圍元件，減少了電氣接線，控制簡單、維護(hù)方便。昌樂、濰坊、嶺子、平陰熟料線，以及所有粉磨站全部使用了該類設(shè)備。

　　4 故障的處理
　　現(xiàn)代化水泥企業(yè)的自動化水平較高，故障處理方面也是有據(jù)可依，據(jù)近幾年的現(xiàn)場經(jīng)驗，故障處理思路及方法應(yīng)把握以下幾點：

　　1)中控室是生產(chǎn)控制的心臟，幾乎所有設(shè)備的狀態(tài)、運(yùn)行信息都有記錄，故障處理應(yīng)首先從中控取得第一手原始資料，充分利用與故障有關(guān)的大量信息。平時應(yīng)該多與操作員聯(lián)系，了解設(shè)備運(yùn)行狀況，對問題早發(fā)現(xiàn)，做到防微杜漸。

　　2)掌握設(shè)備的工作原理，至少應(yīng)熟悉設(shè)備現(xiàn)場操作箱、控制柜的物理位置、關(guān)聯(lián)關(guān)系以及操作順序。例如：某子公司的轉(zhuǎn)子秤曾出現(xiàn)既不能在中控也無法在現(xiàn)場開機(jī)情況，經(jīng)查，原因是現(xiàn)場按鈕盒上的急停按鈕被誤按下所致。

　　3)處理故障時，要順藤摸瓜，逐項排除，不放過任何可能的原因。例如：生產(chǎn)正常運(yùn)行中，電纜中間斷線并不常見，一次平陰廠立磨的振動信號丟失，經(jīng)檢查，上位機(jī)、I／O機(jī)柜、所有連接端子、振動傳感器正常，確認(rèn)恰恰是信號電纜斷線所致。