新型干法水泥生产过程DCS系统简述

《新型干法水泥生产过程DCS系统简述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《新型干法水泥生产过程DCS系统简述（13页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、水泥生产过程DCS系统谢国政摘要：本文介绍了以 PLC 为核心，采用网络技术实现水 泥生产过程自动控制系统的硬件配置和软件组态。并对水泥生产过程 中的主要控制技术进行了介绍。关键词：DCS水泥干法生产1. 概述二十世纪水泥工业有两次重大的技术突破，第一次是回转窑 在上世纪初得到全面推广，提高了水泥的产量和质量，奠定了水泥工 业作为现代化工业的基础；第二次是五十年代悬浮预热器和七十年代 预分解技术的出现，大大提高了水泥窑的热效率和单机生产能力，促 进了水泥工业向大型化、现代化的进一步发展。由于湿法窑具有良好的均化性能，产品质量优良，且操作维护 方便，因而在20 世纪上半叶一直是传统窑型发展的主流

2、。60年代 初发展到顶点，最大的湿法窑规格为7.6X232M，产量3600t/d。 随着世界经济的高速增长，生产技术和水泥设备制造技术及其有关 的材料性能的提高和自动化控制技术的发展，使生产规模进一步扩 大和完善，加快了预热器的大型化和发展， 60 年代预热器窑投产 的数量已超过湿法窑， 70 年代的能源危机进一步加速了干法生产的进程，预分解窑的出现，窑径在相同的情况下，产量增加了一倍以上，热耗进一步下降，为水泥产量迅速增长创造了条件，其投资和生产成本远低于湿法窑。预分解窑的先进技术综合反映在以下方 面：水泥熟料热耗一般水平为3100kJ/kg (740kcal/kg),先进的可达 2930k

3、J/kg(700kcal/kg)。 水泥电耗一般水平为95100kWh/t.水泥，先进的约8590kWh/t 水泥。 窑系统年运转率一般为 85%，先进约为 90%，生料磨的年运转率可与窑匹配。 劳动生产率视生产线规模而定，大型生产线一般为 800010000t水泥/人.年，先进的可达 15000t 水泥/人.年以上。有毒有害气体排放量得到严格控制，粉尘排放量一 般50mg/m3,先进的为1530mg/m3，NO、SO均低于控制指标以内。XX 熟料质量优良，达到国家所规定的高标号熟料质量要求。水泥工艺的重大变化对生产的自动控制提出了更高的要求。 DCS 系统、 FCS 系统在水泥行业的推广应用

4、为水泥工艺的变化提供了技术 保证。目前控制系统硬件以国外品牌为主，控制系统应用软件自行开 发。2. 水泥生产过程 DCS 系统21 主要生产过程控制原理水泥生产工艺主要包括：生料制备、水泥烧成、水泥制成等 主要环节。这些环节直接影响到水泥生产的质量和生产厂的经济效 益。水泥制成与生料制备在控制方面类似。故本文主要对生料制备 水泥烧成进行介绍。1) 生料制备框图2) 生料制备控制原理本工段的主要控制环节是：生料质量控制、原料粉磨机负荷控制、 原料粉磨入磨负压自动调节。A. 生料质量控制生料质量控制系统是通过入库生料取样系统，取出生料的平均试 样，将试样送到样品制备间，制成标准试样，在荧光分析仪上

5、分析生 料试样的成份，把各种参数送入计算机，由计算机计算出生料率值， 根据已设定的生料率值,然后进行分析处理得到新的喂料比例，同时 用该信号控制原料配料库下定量给料机的皮带机速度，以改变各种物 料的配比，使得生料的率值符合要求的设定率值。B. 原料粉磨机负荷控制原料粉磨机负荷控制系统是通过立磨进、出口差压参数的检测， 送入计算机，由计算机分析处理，再控制配料库底定量给料机的给料 量，以控制原料粉磨的喂料量,保证磨机运行在最佳的工况状态下。C. 原料粉磨入磨负压自动调节保持立磨内适当的风速以及热风量与喂料量的适当比例 ,对原料 系统热工参数的稳定及获得合格的产品,起着至关重要的作用。其控 制方法

6、是利用立磨入口压力调节原料粉磨系统循环阀门开度来实现。3) 水泥烧成框图4) 水泥烧成控制原理本工段的主要控制煤粉制备、水泥煅烧、分解炉等环节A. 煤磨磨机负荷控制煤磨机负荷控制系统是通过立磨进、出口差压参数的检测，并送 入计算机由计算机分析处理，控制原煤仓圆盘喂料机的变频装置。通 过改变其圆盘喂料机的转速而实现改变其喂料装置的喂料量。实现对 煤磨磨机负荷的有效控制，以保证磨机安全运行在最佳的工况状态 下。B. 煤磨出口温度自动调节为确保煤磨的安全操作，保持磨内温度稳定于安全限值以内是十 分重要的。其控制方法是利用磨机出口温度调节入磨冷风阀阀门的开 度，确保磨内温度稳定在要求的限值内。C. 五

7、级旋风筒出口温度自动调节探求最佳运转操作，窑炉的热工制度稳定是一个重要因素。出五 级旋风筒气体是窑尾废气和分解炉气体充分混合的热气流，其温度高 低，一则反映出五级旋风筒入窑物料的分解率，二则也反映出炉内燃 烧状况。随着窑尾气体的变化及物料量的波动，增减喂煤便可保持所 要求的稳定温度，减少入窑物料分解率的波动，为窑内热工制度稳定 创造了条件。实现自动调节的手段为：五级旋风筒出口温度调节煤粉制备车间喂煤秤转速。D. 入窑喂料量自动控制通过计量秤计量出喂料量与给定的喂料量进行比较，用其差值来 控制称重仓下喂料电动流量阀门的开度，从而来实现生料喂料量的稳 定。入窑喂料量的给定值由计算机控制系统给出。E

8、. 窑尾生料称重仓仓重自动控制确保称重仓下喂料电动流量阀具有稳定的料压是保证冲击流量 计精度的关键。其控制方法是利用窑尾生料称重仓仓重调节生料库库 下卸料阀的开度，保证窑尾生料称重仓仓重维持在一恒定的水平。F. 增湿塔出口温度自动调节 为了保证电收尘器的收尘效率，并保护电收尘器极板不变形，同时兼顾本身沉集粉尘的含水量，自动调节增湿塔喷水量是理想的方 法。而喷水量是根据增湿塔出口气体温度来调节喷水系统回水管道阀 门开度来实现。G. 窑头罩负压自动调节 燃料充分燃烧，需要提供足够的空气量，然而过多的空气量，只加大了窑内通风量，增加粉尘飞扬，降低窑内温度。相应增加了热耗。 因此控制入窑的空气量保持稳

9、定是非常必要的。通过冷却机电收尘器排风机进口阀门的开度来调整窑头罩负压。 既可实现上述要求，又保证了窑炉用热风与冷却机余风间的风量、风 压平衡和合理分布。实现自动调节的手段为：由窑头罩负压调节排风机进口阀门开 度。H. 冷却机风机风量自动调节为使冷却机工作状况少受外来干扰，保持各室的恒定风量是非常 必要的，因此对各室冷风机风量进行自动调节控制。其控制方法是通 过测量冷风机入口流量来调节冷风机入口阀门的开度。I. 冷却机蓖下压力自动调节蓖冷机的蓖板上均匀稳定的熟料料层厚度可以达到更好的冷却 效果。但直接测量其厚度是比较困难的。根据流体理论，通过熟料料 层阻力与料层厚度成正比，故可以通过测量各冷却

10、室的压力间接表示 熟料料层厚度，保持稳定的压力，便能获得均匀稳定的熟料料层厚度。实现自动调节的手段为：通过调节蓖板速度，即蓖板冲程次数来 维持蓖下压力的恒定，从而达到维持冷却机蓖板上均匀稳定的熟料料 层厚度。使冷却机工作在最佳工况。J. 窑头电收尘器入口温度自动调节为了保证电收尘器的收尘效率，并保护电收尘器极板不变形，同 时兼顾本身沉集粉尘的含水量，自动调节冷却机喷水量是理想的方 法。而喷水量是根据窑头电收尘器入口气体温度来调节喷水系统回水 管道阀门开度来实现。22 控制系统配置该项目选用 ABBIndustrial IT Freelance 控制系统。该系统是面 向工厂自动化的新一代开放式

11、DCS 系统,全面支持现场总线技术,系 统采用全局数据库技术,实现全局一体化编程。系统通信为标准以太 网,系统结构具有较强扩展能力,系统编程采用国际化标准。现场控制 站采用符合技术要求的远程 I/O ABB S800 并通过 Profibus 总线与 控制站进行数据通信。水泥生产DCS控制系统配置图如附图所示。DCS 系统网络概述根据用户要求系统通信结构设计为2 层：第一层为现场控制层， 主要包括：PLC设备、现场分布式I/O、智能传感元件、智能在线检 测设备、执行设备等。主要完成系统设备的智能化、数字化控制及数 据采集功能。实现各控制器与 I/O 模件及智能仪表的通信 ;采用 ProfiBu

12、s现场总线通讯协议，传输介质采用DP电缆，石灰石矿山由 于距离较远通讯采用光缆；第二层为集中监控层，包括：操作员站、工程师站、网络打印机 和网络设备等，以及监控组态软件、网络通讯软件等。该层为控制系 统人机接口，通过操作员站、工程师站实现对生产线的组合操作、状 态实时监控、生产数据采集、工艺指标显示记录、配料参数设定和报 警显示、记录功能。实现各控制器之间及与操作员站、工程师站的通 信：系统通信采用TCP/IP协议以太网，传输介质为光缆，通信速率为10MB/S；现场层 ABB S800 I/O 采用 ProfiBus DP 通信标准与 AC 800F 控 制器进行通信；集中监控层采用OPC数据

13、交换标准与公司MIS管理系统接口。DCS 过程控制站概述过程控制站采用 ABB AC 800F 现场总线控制器，有：生料磨控制站；原料调配远程站；窑尾控制站； 窑头控制站；操作员站概述 操作员站硬件选用适用工业现场的DELL PC机，配置为：IntelPentium 4 主频 1.8GHz， RAM256MB， 48 倍光驱， 硬盘 40GB， 软盘 3.5 1.44MB, 21 彩色 CRT 。 该系统设置 5 台操作员站,操作员站安装 DigiVis 6.2 软件，操 作界面及菜单为中文。 操作员站软件运行在 Windows 2000 操作系统上。 操作员站使用以太网与过程站及其它设备进行

14、通信，由于系统数 据库为全局，所以操作员站之间数据及画面完全可以共享,互为冗 余备份。 显示功能：支持一系列标准预定义显示:如总貌显示、回路及各过 程位号面板显示（面板也可以根据用户特殊要求实现自定义）、控 制组显示、趋势显示、报警显示、过程信号记录与操作记录列表（实 现各种操作的实时记录和实时打印）显示等，用户自定义流程图显 示即支持传统DCS流程图，又支持三维立体图形画面，软件具有 强大的三维图形库可以调用，该库可以由用户自行扩充，同时画 面支持位图功能，使作图更加简单，画面更加直观。位号动态显 示不仅支持传统数字表示，而且支持各种动画表示，同时还支持 弹出对应操作面板、画面切换、变量赋值

15、等事件操作。图形数量 无软件限制，画面数据更新时间为小于1 秒，可以由编程软件定 义。系统诊测显示：分为系统总体显示、系统过程站显示、系统模件 显示三部分，系统自动进行实时诊断，诊断状态信息在诊测画面 上以图形方式显示及文字详细提示，故障提示信息为中文。 趋势显示：系统支持 2520 个变量进行趋势组态，画面可以进行灵 活操作，同时支持 FTP 协议数据远传功能。 实时操作记录及打印。 操作功能：用户操作界面为图形界面，所有操作风格为“所见即 所得”操作风格，操作方式为鼠标操作，同时也支持键盘快捷键 操作方式； 由于系统采用全局数据库方式，操作员站的所有标签数据直接与 过程站进行存取，所以数据更新速率较快，所有软手操也可以快 速被过程站响应；在操作员站装有一套OPC/DDE软件，有以下用途：A.与工厂信息管理系统进行数据交换，使DCS与MIS联网并实现不同操作平台下的数据共享。B.生料质量控制系统将X荧光分析仪的分析数据经过计算以后传给 Freelance 系统，再通过 Industril IT 对所控制的喂料设备 进行配比自动控制。Industril IT系统提供外部接口通讯装置及通 信协议，协助生料质量控制系统供应商所提供的设备与DCS系统联 网。工程师站概述该系统设置一台工程师站，安装CBF版本软件，运行在 Windo