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環(huán)球重工水泥解決方案使用較高的軟件技術(shù)平臺(tái)，融合建模、控制、監(jiān)控、分析、可視化和集成等眾多強(qiáng)大的技術(shù)，這些技術(shù)用于提供優(yōu)化目標(biāo)控制解決方案。實(shí)現(xiàn)如下優(yōu)化控制功能和管理功能：

l 原料配比優(yōu)化控制

l 立式原料磨優(yōu)化控制

l 回轉(zhuǎn)窯優(yōu)化控制

l 水泥磨優(yōu)化控制

l 環(huán)境監(jiān)控與排放控制

l 生產(chǎn)績(jī)效管理

選著完善的水泥生產(chǎn)線(xiàn)控制系統(tǒng)可產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益

根據(jù)多年從事水泥行業(yè)APC解決方案的經(jīng)驗(yàn)，Pavilion的APC解決方案可以為客戶(hù)實(shí)現(xiàn)以下目標(biāo)：

l 增加產(chǎn)量

l 降低磨機(jī)和窯的能量消耗

l 提升產(chǎn)品質(zhì)量

l 在穩(wěn)定生產(chǎn)的前提下，允許窯系統(tǒng)采用多種燃料。

根據(jù)在同類(lèi)裝置上的經(jīng)驗(yàn)，我們預(yù)計(jì)Pavilion的APC解決方案可以為客戶(hù)產(chǎn)生以下的經(jīng)濟(jì)效益：

在水泥生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)中大量采用電子皮帶秤來(lái)計(jì)量和控制物料下料量。由于物料成分及形狀多種多樣、水泥生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣等原因，皮帶秤計(jì)量控制系統(tǒng)具有非線(xiàn)性、慣性、滯后性和隨機(jī)性等缺點(diǎn)，在實(shí)際控制應(yīng)用中，很難建立其精確的數(shù)學(xué)模型，用傳統(tǒng)的PID控制方法不能很好地解決這些問(wèn)題。而以語(yǔ)言規(guī)則模型為基礎(chǔ)的模糊控制理論卻是解決上述問(wèn)題的有效途徑和方法。采用工控機(jī)和牛頓7000系列模塊對(duì)配料系統(tǒng)進(jìn)行整體控制，在此基礎(chǔ)上，引入模糊控制策略對(duì)各種配比成分進(jìn)行控制，實(shí)踐證明控制效果非常理想。對(duì)水泥生產(chǎn)的質(zhì)量提供了可靠保證，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。
1 物料計(jì)量和控制方法
確保水泥質(zhì)量的關(guān)鍵是物料嚴(yán)格按配比配料，而各物料的配比量來(lái)自皮帶秤的稱(chēng)料量，皮帶秤的計(jì)量是否準(zhǔn)確就成了影響水泥質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
常見(jiàn)的計(jì)量方式為流量計(jì)算，即對(duì)稱(chēng)重傳感器信號(hào)和皮帶運(yùn)行速度的乘積進(jìn)行積分[1]，這種方式計(jì)算工作量大、流量控制復(fù)雜、穩(wěn)定性差，并且皮帶秤的標(biāo)定很麻煩，需要大物料的實(shí)物標(biāo)定，且誤差大。
在反復(fù)試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，采用了一種準(zhǔn)靜態(tài)直接稱(chēng)重法，工作原理如圖1所示。設(shè)A點(diǎn)為下料點(diǎn)，B點(diǎn)為出料點(diǎn)，從A點(diǎn)到B點(diǎn)的運(yùn)行時(shí)間為皮帶的周期T(一般10 s左右，為已知量并且預(yù)先設(shè)置)，物料流量的積分時(shí)間為T(mén)，傳感器信號(hào)直接對(duì)應(yīng)每一秤物料的重量，這種方法的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)算簡(jiǎn)單方便，而且標(biāo)定時(shí)只需掛碼靜態(tài)標(biāo)定，而非繁瑣復(fù)雜的實(shí)際大物料(幾噸至幾十噸)動(dòng)態(tài)流量標(biāo)定。

本文采用調(diào)速皮帶秤計(jì)量控制方式設(shè)定下料周期T，實(shí)現(xiàn)了無(wú)偏差控制。
2 配料控制系統(tǒng)構(gòu)成
水泥廠(chǎng)環(huán)境惡劣(高粉塵、噪音、高溫、高電磁干擾等)，為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制，選用了牛頓7000系列遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)模塊和工業(yè)計(jì)算機(jī)來(lái)完成。系統(tǒng)構(gòu)成如圖2。牛頓7000系列模塊采用RS485方式通訊，系統(tǒng)只需用一條雙絞線(xiàn)即可聯(lián)結(jié)，其具有的高通信速率、高采樣分辨率、智能化、光電隔離、強(qiáng)抗干擾和雙看門(mén)狗設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)可靠性高，數(shù)據(jù)高速I(mǎi)/O成為可能，軟件開(kāi)發(fā)也比較容易[2]。而且主機(jī)使用RS232通訊口與網(wǎng)絡(luò)連接，基本上任何一臺(tái)有RS232的計(jì)算機(jī)都可使用此網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備互換性好，維護(hù)人員的工作難度和工作量也很小[2-3]。

3 配料模糊控制系統(tǒng)
配料系統(tǒng)在無(wú)誤差控制過(guò)程中，如果偏差沒(méi)有糾正(補(bǔ)償)，將導(dǎo)致配比失衡，出現(xiàn)大量的廢料，造成損失。為保證配料水泥粉磨系統(tǒng)的無(wú)誤差及良好的動(dòng)態(tài)指標(biāo)，系統(tǒng)中將誤差的積分量和微分量作為模糊控制器的輸入。模糊控制器的輸出為控制值的修正量Δu，由給定計(jì)算出的直接控制量為u，u+Δu經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出控制下料器。配料模糊控制器原理圖如圖3所示。

選取不同的量化因子將偏差積分量、偏差微分量離散化，模糊集的論域?yàn)閧-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。其模糊子集e={NB，BM，BS，ZO，PS，PM，PB}。采用式(2)來(lái)分別擬合模糊集合的隸屬度。

配料模糊控制器的輸入變量為偏差積分ei和偏差微分ed，輸出變量為u，其相應(yīng)的語(yǔ)言變量為Ei、Ed、U，在專(zhuān)家知識(shí)和手動(dòng)操作經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立模糊控制規(guī)則(如表1)存放于知識(shí)庫(kù)中，在模糊推理時(shí)為推理機(jī)提供控制規(guī)則。

水泥企業(yè)作為大規(guī)模生產(chǎn)的制造企業(yè)，是建材行業(yè)的三大支柱之一。隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)水泥的需求日益增加。一方面，水泥生產(chǎn)總量不能滿(mǎn)足需求，尤其是優(yōu)質(zhì)水泥更是供不應(yīng)求；另一方面，中國(guó)雖然是水泥生產(chǎn)大國(guó)，但已有生產(chǎn)線(xiàn)大部分采用的是落后生產(chǎn)工藝，浪費(fèi)能源污染環(huán)境，需要淘汰。目前國(guó)內(nèi)外各大水泥企業(yè)紛紛在華興建大型干法旋窯水泥生產(chǎn)線(xiàn)，這為水泥行業(yè)的發(fā)展提供了前所未有的機(jī)遇。ABB公司已經(jīng)為您的水泥生產(chǎn)線(xiàn)準(zhǔn)備了良好的工業(yè)自動(dòng)化解決方案，幫助您建設(shè)具有國(guó)際較高水平、高產(chǎn)出、低消耗、環(huán)保高效的生產(chǎn)線(xiàn)。
2．水泥生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)述
一般來(lái)講，水泥行業(yè)生產(chǎn)的是硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是一種細(xì)致的、通常為灰色的粉末，它由鈣( 來(lái)自石灰石)、硅酸鹽、鋁酸鹽( 黏土) 以及鐵酸鹽組成。在一個(gè)硅酸鹽水泥工廠(chǎng)中,水泥生產(chǎn)工藝的主要過(guò)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(xì)制成水泥，需要經(jīng)過(guò)礦山開(kāi)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(jiàn)圖1所示。

水泥工廠(chǎng)的典型生產(chǎn)流程
總之，其生產(chǎn)過(guò)程通�？筛爬�為“三磨一窯”，可分為四個(gè)步驟：
1、生料制備：即將石灰質(zhì)原料、粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后按一定比例配合、磨細(xì)并調(diào)配為成份合適、量質(zhì)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(yīng)能力。
3、熟料煅燒：熟料球形結(jié)塊的直徑必須在0.32-5.0cm 范圍之內(nèi)，它們是在原料之間的化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的。即將生料放在水泥窯內(nèi)煅燒至部分熔融以得到硅酸鹽水泥熟料，并儲(chǔ)存至熟料料倉(cāng)。
4、水泥粉磨及出廠(chǎng)：即將熟料加入適量石膏、混合材或添加劑共同磨細(xì)為水泥，并包裝出廠(chǎng)。粉磨過(guò)程在封閉系統(tǒng)中進(jìn)行，該系統(tǒng)配備了一個(gè)空氣分離機(jī)，用來(lái)按大小將水泥顆粒分開(kāi)，沒(méi)有完全磨細(xì)的材料被重新送過(guò)該系統(tǒng)。
3.設(shè)計(jì)分析
通過(guò)對(duì)工藝過(guò)程的介紹，不難看出這是一個(gè)典型的順序控制工程（原材料入庫(kù)、輸送—水泥粉磨—水泥出庫(kù)及包裝系統(tǒng)）。我們完全可以通過(guò)對(duì)控制對(duì)象—各運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備電動(dòng)機(jī)的依次起動(dòng)、停止和正反轉(zhuǎn)控制，以及各種報(bào)警指示、開(kāi)關(guān)信號(hào)和模擬量信號(hào)的采集和編程處理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝過(guò)程的自動(dòng)化控制。
生產(chǎn)線(xiàn)上主要的設(shè)備控制、監(jiān)視、報(bào)警及打印報(bào)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(gè)過(guò)程現(xiàn)場(chǎng)站內(nèi)，過(guò)程站與中控室之間由數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)提供雙向信息處理和信息傳送。
依控制要求分為以下主要功能:
數(shù)據(jù)采集功能；
開(kāi)關(guān)量控制功能；
順序控制功能；
4．系統(tǒng)配置
系統(tǒng)的構(gòu)成包括過(guò)程控制站、操作員站、工程師站以及通訊系統(tǒng)（Modbus,ProfiBus DP/PA）。
AC500系統(tǒng)PLC的功能靈活、可拓展性強(qiáng)。傳統(tǒng)PLC產(chǎn)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。而我們AC500僅通過(guò)3、4種不同內(nèi)存和速度的CPU中央處理單元就可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的全面升級(jí)，這樣可以保護(hù)客戶(hù)的現(xiàn)有投資�？刂葡到y(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)原理
水泥生產(chǎn)的各個(gè)控制站極為分散，此時(shí)系統(tǒng)的安全很大程度上取決于控制網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性。冗余光纖環(huán)網(wǎng)技術(shù)的設(shè)計(jì)與采用使得過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)極為可靠，大大提高了整個(gè)系統(tǒng)的安全系數(shù)。
第一級(jí)—監(jiān)控管理
由中央控制室的操作站與工程師站實(shí)現(xiàn)。選用工控計(jì)算機(jī)，以TCP/ IP工業(yè)以太網(wǎng)與PLC系統(tǒng)通訊,實(shí)行集中控制。通過(guò)工控組態(tài)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)視整個(gè)生產(chǎn)線(xiàn)工藝參數(shù)變化、設(shè)備運(yùn)行、故障發(fā)生等情況，同時(shí)負(fù)責(zé)日常報(bào)表打印、事故打印和數(shù)據(jù)記錄等。
第二級(jí)—過(guò)程控制
由現(xiàn)場(chǎng)的各分系統(tǒng)或成套設(shè)備的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。以AC500 PLC系統(tǒng)作為現(xiàn)場(chǎng)控制核心 ,按場(chǎng)區(qū)配置分站 。通過(guò)FBP分布式擴(kuò)展I/O通訊對(duì)流量、壓力、溫度、電機(jī)等參數(shù)進(jìn)行采集、控制。
第三級(jí)—單機(jī)就地控制
由現(xiàn)場(chǎng)電氣控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。采用ABB公司的S500系列產(chǎn)品組成分布I/O,采集現(xiàn)場(chǎng)參數(shù),執(zhí)行上一級(jí)PLC主站的控制命令�！�
5． 結(jié)束語(yǔ)
以本文的研究結(jié)果為基礎(chǔ)的技術(shù)方案,已在山西某水泥生產(chǎn)線(xiàn)具體實(shí)施。由于采用了計(jì)算機(jī)控制技術(shù)和PLC控制技術(shù)相結(jié)合的方法，大大提高了水泥生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)效率，減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了系統(tǒng)的自動(dòng)化管理水平,有效的防止了人身意外的發(fā)生，也為公司節(jié)約了大量的資金。

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