DCS集散控制系统在水泥生产中的应用

张婉君 杨勇伟

1中材建设有限公司（100176） 2河南建筑材料研究设计院有限责任公司（450002）

0 前言

DCS集散控制系统是采用标准化、规模化和系列化的设计，实现集中监视、操作、管理和分散控制。其体系结构从垂直方向可分为三级:第一级为分散过程控制级；第二级为集中控制管理级；第三级为综合信息管理级，各级相互独立又相互联系。各级之间有通信网络连接，将集散控制系统的各部分连接在一起，完成各种数据、指令及其他信息的传递。

1 分散过程控制级

分散过程控制级直接面向生产过程，是集散控制系统的基础。它具有数据采集、数据处理、回路调节控制和顺序控制等功能，能独立完成对生产过程的直接数字控制。其过程输入信息是面向传感器的信号，如热电偶、热电阻、变送器（温度、压力、液位、电压、电流、功率等）及开关量的信号，其输出是作用于驱动执行机构。下面分别介绍各典型控制项目:

1）转速控制

在水泥的生产过程中，转速的控制是非常重要的，以板喂机的转速控制为例，在水泥厂的原料配料系统中,粘土的物料水分一般情况下均在12%以上，特殊情况达到17%以上。而配料的精确对生料质量和熟料质量影响很大，一般系统流程主要是在粘土仓下布置板喂机，然后接皮带秤，通过皮带秤的计量来实现准确配料。当通过皮带上的物料的重量大于给定值时，则通过调节器降低转速，以达到适当的运料量；反之，则增加转速。

2）温度控制

烧成带的温度控制，实际上是一个温度场的问题，包括物料温度、气流温度、火焰温度等等。采用比色高温计，可以直接测出火焰温度。此外，一级筒出口温度太高，说明喂料量与燃料量或用风量不匹配，会造成其它旋风预热器发生粘结和堵塞，或是已造成某一旋风筒发生堵塞。同样，温度过低，也说明喂料量与燃料不匹配,且使分解炉分解率偏低。因此，通常控制在320～350℃范围。

在自动控制系统中，温度设定值可根据现场的特殊情况自行修改，如控制线路故障，会致使循环式冷却系统不能正常开启，这时需手动开启。

3）压力控制

在窑系统与生料磨系统同时运行时，窑尾排出的废气用于生料磨系统烘干等等，该点的测量是非常必要的。因为该点的负压值直接影响以上两个系统的操作平衡。当该点的负压值大于设定值或正压值较设定值小时，应将大布袋收尘后的排风机阀门关小；反之，则开大阀门，以保证风量平衡。

此外，窑头负压稳定表征窑内通风及冷却机入窑二次风之间的平衡。在正常生产情况下，窑尾风机风量尽量保持不变，否则将影响整个窑系统的热工平衡。因此，均采用调节窑头排风机入口阀门的开度来保持窑头罩为微负压。如产生正压，导致喷火，将危及窑头比色高温计及工业电视等仪器。

4）冷却机冷风风量自动调节

为了使冷却机工作状况少受外界的干扰，同时也为了使冷却机篦下压力能够较真实地反映料层厚度，保持各室的风量稳定是非常必要的，故采用各室冷风风量自动调节各冷却风机出口的阀门开度。

5）冷却机蓖速自动调节

冷却机篦速检测的目的是为了保证篦床料层厚度，使熟料冷却均匀，且保证冷却机安全运行。根据流体力学理论，气体通过料层的阻力，与料层厚度成正比关系，因此篦床速度的检测主要根据篦下压力变化调节，以实现稳定料层的要求。但是，当出现大块料或掉窑皮时，料层厚度与篦下压力不再成正比关系，这时篦下压力非但没有增加，反而下降。如根据上述方法调节，篦床速度也随之变慢，致使篦床料层越积越厚，将会造成篦床烧坏，冷却机电机被烧坏。为此，必须增设监控参数，即电机电流。当篦下压力下降，而电机电流上升时，则此电机电流为主控参数，迫使篦床速度提高，不致造成以上事故。

2 集中控制管理级

这一级以操作监视为主要任务，兼有部分管理功能。它是面向操作员和系统工程师的，这一级配备有功能强大的计算机系统及各类外部装置，包括液晶显示器、键盘和鼠标等，还需要较大存储容量的存储设备及功能强大的软件支持，确保工程师和操作员对系统进行组态、监测和操作，对生产过程实现高级控制策略、故障诊断、质量评估等。

这一级主要设备包括:

1）监控计算机（上位机），综合监视全系统的各工作站，具有多输入多输出控制功能，用以实现系统的最优控制或最优管理。

2）工程师站:主要用于系统的组态、维护和操作。

3）操作员站:主要用于对生产过程进行监视和操作。

3 综合信息管理级

这一级由管理计算机、办公自动化软件、工厂自动化服务系统构成，从而实现整个企业的综合信息管理。综合信息管理主要包括生产管理和经营管理。

4 结语

总而言之，随着水泥行业不断向大型化、智能化的发展，DCS系统在水泥行业中起着越来越重要的作用，必将成为水泥生产企业不可取代的主要生产控制方式。水泥生产线控制回路的优化代表了水泥生产自动化的发展方向，回路优化控制取代了原有的仅靠操作工人经验来维持水泥生产的热工稳定。国内外通过多年的研究和实践，认为以多条单回路优化控制来实现水泥生产线的自动化生产是可行的、有效的、必要的，它将大大提高水泥企业的控制水平。近几年来，回路优化控制已在水泥厂得到了大量的应用，取得了良好的效果，因此DCS在水泥行业中的前景将格外明朗。

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