水泥工业自动化现状及展望.docx

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水泥工业自动化现状及展望

水泥工业自动化现状及展望

主要内容

水泥工业的现状

水泥工业自动化的现状

水泥工业综合自动化关键技术研究

水泥的生产方法

（一）  按生料制备方法分类

1．湿法

2．干法

（二）  按煅烧熟料窑的结构分类

1．立窑

有普通立窑和机械化立窑

2．回转窑

水泥工业现状

全国水泥生产情况2004年产量

2004年新型干法水泥生产线499条。

10000吨/日4条

4000吨/日以上67条

2000吨/日以上184条

1000吨/日以上83条

1000吨/日以下165条

我国的水泥制造业在国民经济中占有重要的地位，是国民经济的支柱产业之一，连续22年水泥产量稳居世界第一位，我国水泥工业正处于“由大变强”的关键时期。

成功地探索并实践了一条“用信息化带动制造业现代化，用高新技术改造制造业，以实现制造业跨越发展”的道路，用信息化实现水泥企业的现代化，亦即实现水泥企业的CIMS工程，是实现我国水泥工业“由大变强，靠新出强”的必由之路。

干法预分解窑水泥生产工艺流程

水泥企业综合自动化研究内容

水泥企业生产管理与生产工艺特点分析及水泥企业制造执行系统综合集成框架、系统模型的研究。

水泥生产过程数据检测和智能控制技术的研究。

水泥工业的生产过程模型建立及优化控制技术的研究

水泥企业的工艺模拟与质量控制中关键技术研究

水泥企业生产效能及可靠性监测和预测技术的研究

水泥企业的计划与优化调度方法的研究

控制和管理集成的关键技术的研究

水泥企业ERP及实施技术的研究

水泥企业CIPS的特点

（1）以计划/调度为核心。

科学、合理地组织与指挥生产，在信息集成的基础上实现全厂全局优化。

必须以计划/调度为核心，将生产工艺与系统工程理论紧密结合。

建立计算机辅助生产计划/调度系统，实现优化生产/优化调度。

（2）水泥生产是连续的生产过程，以大批量、品种少的生产方式组织生产。

因此，满足平稳、长周期、低消耗、高质量、安全性等多项生产过程要求，是水泥企业取得效益的关键因素。

（3）逐步实施过程操作优化。

这是实现全局优化的基，也是水泥企业ERP功能层次中承上启下的纽带。

水泥企业CIPS的特点

（4）信息集成与共享。

实时数据库和关系数据库并举，实现信息集成和共享。

在ERP实施中，关键技术之一是信息集成。

由于水泥企业的生产特点，致使大量的反映生产过程状态的实时测量的数据需要处理、管理和有效地应用，而数据库管理系统是信息集成的基础。

（5）供应链紧密稳定。

水泥行业的地域性较强，其原料供应及产品供给弹性小，运输成本限制了其销售半径一般都在几百公里内，因此水泥企业的供应商及客户基本固定。

这使得机械行业或有些流程行业的“以销定产”、“柔性制造”等思想并不适合水泥企业。

水泥企业 CIPS的体系结构

面向制造业信息化的现代工厂控制管理

企业对制造信息化的要求：

工厂自动化控制；

资产优化管理

工厂决策支持系统

eBusiness战略

解决的方案：

全智能的现场总线技术

全方位兼容国际开放标准

灵活高效的编程工具

水泥企业综合自动化架构

水泥生产管控一体化系统解决方案

水泥企业PCS体系结构框图

基于现场总线的DCS控制系统

现场总线控制系统FCS是在DCS的基础上发展起来的，FCS顺应了自动控制系统的发展潮流。

DCS则以其成熟的发展，完备的功能及广泛的应用而占居着一个尚不可完全替代的地位。

现阶段，现场总线正越来越紧密的与DCS相融合。

基于现场总线的DCS控制系统

系统结构图

中央控制室

中央控制室主要实现对全厂生产过程的实时监测、分析、管理和对各个生产点进行监控，主要功能如下：

生料控制站、窑头控制站、窑尾控制站、水泥制备站四个站的分散监控。

各生产环节的数据采集、处理、统计和保存。

数据报表的显示和打印。

各环节生产情况的监测、工艺生产流程模拟显示。

统一协调各生产环节的生产、下达工艺生产决策参数。

各主、辅机设备运行状态的显示与故障报警。

生料制备站

石灰石采集及破碎系统。

磨机综合启动控制系统：

采用现场总线技术将其纳入DCS系统。

生料配料质量控制系统：

采用现场总线技术，配置单回路调节单元，纳入DCS控制系统。

压力、温度仪表采用现场总线仪表。

窑尾系统站

增湿塔喷水调节系统

五级旋风预热器参数检测

采用现场总线仪表、完成压力、温度等参数的实时检测。

分解炉控制系统

窑主电机控制系统

均化库下料量调节系统。

窑头系统站

蓖冷机控制系统

煤磨综合启动控制系统：

采用现场总线技术

喂煤控制系统

工业高温电视看火

水泥制备站

⏹水泥配料控制系统

⏹磨机综合启动控制系统

⏹水泥均化库控制系统

⏹水泥储存及包装系统

优化控制

Optimizationofhigh-andlow-gradequarryandalternativerawmaterialstoachieveaconsistentmix

Efficientuseofpre-heatingkilnexhaustgasesaspartofenergyoptimization.

Predictingandcontrollingtheburningzonetemperatures（BZT’s）

Controllingfreelimeinthekilntooptimizeandmaintainconsistencyinclinkerproduction

ConventionalControl-Shortcomings

Requiresanexperiencedoperator

Operatorsconstantlyinterpretsprocessconditions

Makesfrequentadjustmentstocontrolset-points

Thisisadifficulttask

Complexresponses

Timedelays

Interactionbetweenindividualprocessvariables

Conventionalcontrolforcesaconservativeapproach

TheKiln...HeartoftheCementProcess

TheExpertOptimizer（EO）system

EOimprovesonconventionalcontrol

Thisisdonebyconstantlyinterpretingkilnconditionsandinitiatingappropriateactions.

Keyinputandoutputsignalsareidentifiedinthefollowingdiagram

EOInputsandOutputsintheKilnProcess

BurningZoneTemperaturevsFreeLime

BurningZoneTemperature

Kilnstabilityisaffectedattoolowtemperatures

Instabilitycausesmajorthermalstress

Highermaintenancecosts

BZTiscriticaltoproductquality

Affectstheproportionoffreelimeinthefinalproduct

LowBZTwillproducesofterclinker

Higherfreelime

HigherBZThastworesultantcomponents

Greaterfuelconsumption

Higherclinkergrindingcapacity

OptimalControl–DifficulttoAchieve

Optimaloperatingconditionsaredifficulttoachieveforthreereasons:

-

Variationsinrawmaterialfeedcomposition

Complexityofkilnoperation

Longtimedelaysbetweenkilnoperationalchangesandtheireffect

ExpertOptimizer–KeyBenefits

Increasedkilnoutput

Improvedproductquality

Lowerenvironmentalemissions

Improvedkilnstability

Lowerthermalenergyrequirements

VariationsinRawMaterialFeedComposition

Canwemanagethevariationsinrawmaterialfeedvariations?

Introduction–RawMaterials

Kilnstability,fuelefficiency,finishgrindingpowerconsumptionandcementqualitydependuponkilnfeedandfuel

Instruments–bothoff-linelaboratoryandon-linedevicesprovideanalysisofthemajoroxides（Fe,Ca,Si,Al）.Monitorstatisticallyclinkerphases（C3S）AM,SM,LSF.

Themeasurementallowsforfurthercontrol

Chemistryunderstandinghelpswithminimizingvolatilecycles

Sulphurandalkaliratiosmustbemaintainedatlowlevels

Cllimitedto<1%

SO3limitedto<3%

BlendingOptimization

Animportantaspectofamoderncementplant

Systematicmonitoringofthehomogenizingelementsbetweenthequarryandthekiln

ProperdesignofRawMeal

Chemical,mineralogicalandgranulometriccompositionofRawMealconsiderableinfluenceitsburnabilityandreactivity

Productionofhigh-qualitycement,coupledwithsmoothoperationrequires:

-

Qualitycontrolledbuildofthepre-blendingbed

OptimizedproportioningoftheRawMealcomponents

RMPBasicSystemDescription---RawMixControl

SomeEssentialPointsOutlined

Controloftheproportioningofdifferentrawmaterials

Pre-blendingtodampenoutmid（1-5days）andlong（5-7days）termfluctuations

Monitorthechemicalcompositionduringstacking

RawMealcompositioncontrolinaclosedlooptodampenoutfluctuationslongerthen30minutes

RawMealgrindingtocreaterequiredparticlesizedistribution.Grindingdampensoutfluctuationsshorterthen30minutes

RawMealhomogenizationtodampenoutshortterm（<7h）fluctuations

TheRoleOfRawMixProportioning

水泥企业MES系统的主要功能

（1）动态质量控制与管理技术；通过水泥化验室管理系统，对入厂的原材料进行实施的化验分析，指导PCS控制系统按成分配料、均化，使水泥煅烧稳定。

通过水泥28天强度预测、抗压等实验，指导PCS控制系统控制水泥配料，使水泥生产质量稳定。

（2）实时优化控制技术，通过预测模型，建立优化控制算法，使生产线生料制备、烧成系统、水泥制备均衡生产。

（3）资产优化管理技术；通过使用现场总线技术，实施采集设备信息，通过数据挖掘与数据校正技术，对设备进行优化管理。

（4）故障诊断与健康维护技术；通过DCS和FCS及现场检测设备，对采集的数据进行处理，通过数据挖掘与数据校正技术，对设备故障进行诊断和预测，实现生产线“无人值守”企业，并提出预测维修计划，使企业按设备运行情况进行维修。

水泥生产运营全流程

水泥企业 ERP要解决的关键技术

水泥企业 ERP要解决的关键技术：

研究水泥企业ERP特点和体系结构；

水泥企业信息集成技术；

异构网络、异构数据库集成技术；

水泥企业ERP实施技术；

水泥生产过程控制和管理系统的集成技术；

从业务流程优化的角度研究水泥企业管理的一般模式，研究水泥企业从物资供应、生产管理、质量控制到产品销售的一体化集成系统。

水泥厂 ERP网络拓扑结构

用于ERP集成的先进物料跟踪功能

与ERP系统的集成

集成的总体质量优化