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DCS在水泥生产中的应用


毕业设计(论文)

题 目:DCS 在水泥生产中的应用 学生姓名: xxx 学 号: 200905280127 班 级: xxxx 指导教师: xx 完成日期: 2011-10-7

信息处理与控制工程系
毕业设计任务书
设计(论文)题 目 选题时间 关键词 完成时 2011-9-1 间
2011-10-7



DCS 在水泥生产中的应用 论文(设 计)字数
共 18760 字

水泥生产工艺,DCS,过程控制,PID

设计(论文)题目的来源、理论和实际意义:随着我国生产力的不断发展以 及我国在生产过程自动化方面科技水平的不断提高,目前我国新建的水泥厂都采 用了 DCS 控制系统,以前采用常规控制的水泥厂也基本进行了 DCS 控制系统的改 造。随着 DCS 控制系统的不断发展,性能逐步提高,价格逐年下降,DCS 控制系统 的应用范围将越来越广泛。由于 DCS 融人了最新的现场总线、嵌人式软件、先进 控制、 报表技术、 以及网络技术等, CRT 使得其能够整体解决小至一台大型设备 (锅 炉)、大至一个现代化工厂整个生产过程的全方位控制,并为工厂全程信息化管 理提供基础平台。
设计(论文)的主要内容:

主要对 DCS 的特点、组成结构、水泥生产中的过程控制以及新型干法生产水 泥的工艺流程图。

学生签字:滕淑红

指导教师签字:

系负责人签字: 年 月 日

兰州石化职业技术学院

摘 要
水泥作为发展国民经济的主要的原材料,我国在近 20 年的改革开放的 形势下,水泥工业不论从技术、产品总量、装备方面都得到巨大发展但是我 国水泥工业在工业结构、产品品种、技术装备水平方面与世界先进水平尚有 较大差距。为了使我国水泥工业更好的适应我国国民经济的发展和改革开放 参与国际市场竞争的需要,国家建材局提出了建材工业“由大变强,靠新出 强”跨世纪战略。同时新型干法技术提供了提高水泥设备的单机能力和功能 的可能性,而追求高效率、高性能、低成本,促进了水泥装备大型化的进程。 设备大型化是实现工艺技术的手段和途径。为达到此目的必须提高设备制造 技术和与之相配套的原材料(耐热、耐磨、耐火材料)的质量,提高必要的 检测、保护装置的灵敏可靠性。 由于近年来计算机控制技术、 通信技术和图形显示技术的飞速发展, DCS 这种分散控制,集中管理的集散型控制系统已经在世界水泥工业中得到广泛 的应用。 采用这种系统可以实现电动机成组程序控制, 过程量的采集、 处理、 显示和调节。大大提高了劳动生产率,提高了工厂的管理和经营水平。水泥 工艺过程是处理固体和粉状物料的生产过程,风、煤、料产生的热工过程变 化复杂,不可控因素较多。从过程控制的角度来看,是一个滞留时间长、时 间常数大、外来干扰多、相互干扰关系复杂的过程。在水泥制造过程的三大 部分(原料制备、熟料烧成和水泥制成)中,熟料烧成系统是个互相干扰因 素多、控制复杂、在质量和节能方面占有重要地位的关键过程。以下就水泥 生产线中的熟料生产部分介绍 DCS 系统在水泥行业中的应用。 关键词:水泥生产工艺,DCS,过程控制,PID

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目 录
摘 要 ······························· 1 第 1 章 引言 ···························· 1 第 2 章 DCS 控制系统简介 ······················ 2 2.1 概述 ···························· 2 2.2 DCS 系统简介 ························ 2 第 3 章 水泥生产工艺 ························ 5 3.1 水泥概述 ·························· 3. 2 工艺流程简介 ······················· 3.2.1 破碎及预均化 ······················ 3.2.2 生料制备 ························ 3.2.3 生料均化 ························ 3.2.4 预热分解 ························ 3.2.5 水泥熟料的烧成 ····················· 3.2.6 水泥粉磨 ························ 5 6 7 7 7 7 8 9

第 4 章 DCS 控制系统 ······················· 11 4.1 集散控制系统的硬件结构 ··················· 11 4.2 集散控制系统的软件技术 ··················· 11 4.3 DCS 控制技术的发展 ····················· 12 4.4 水泥厂控制系统的发展经历 ·················· 12 4.5 主要部件工作原理 ······················ 13 第 5 章 DCS 控制技术在工艺中的应用 ················ 14 5.1 控制项目 ·························· 14 5.1.1 转速控制 ························ 14 5.1.2 温度控制 ························ 15 5.1.3 水泥生产线 DCS 自动回路优化控制·············· 17 5.1.4 窑尾喂料调节控制····················· 17 5.1.5 分解炉喂煤量控制····················· 17 5.1.6 增湿塔出口废气温度控制·················· 18 5.1.7 窑头罩负压自动控制···················· 18 5.1.8 冷却机篦速自动调节···················· 18 5.1.9 冷却机冷风风量自动调节·················· 18 5.1.10 窑头喂煤自动控制 ···················· 19 5.1.11 旋风预热器锥部自动吹堵控制 ··············· 19 5.1.12 冷却机喷水控制 ····················· 19 5.1.13 压力控制 ························ 19 5.1.14 料位控制 ························ 20

目录

5.2 生料粉磨中的过程控制 ···················· 23 5.2.1 磨机负荷控制······················· 23 5.2.2 磨机温度控制······················· 23 5.2.3 压力控制························· 24 5.2.4 系统设备启动程序控制··················· 24 5.3 水泥厂常见设备的控制方法 ·················· 24 5.3.1 普通电机的测点······················ 24 5.3.2 基本控制原理······················· 24 5.3.3 组操作·························· 25 5.3.4 解锁··························· 25 5.3.5 电机正反转························ 25 5.3.6 高压电机控制······················· 26 5.3.7 变频电机控制······················· 26 5.3.8 直流调速电机的控制···················· 27 5.3.9 阀门的控制························ 27 第 6 章 各工段控制方案 ······················ 28 6.1 生料粉磨 6.2 煤粉制备 6.3 烧成窑尾 6.4 烧成窑头 6.5 水泥粉磨 ·························· 28 ·························· 28 ·························· 28 ·························· 28 ·························· 29

第七章 结论 ··························· 30 致谢 ······························ 31 参考资料 ···························· 32

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第 1 章 引言
随着社会的快速发展, 水泥建材需求不断扩大, 应用范围也越来越广泛, 从高楼大厦到园林艺术,都需要水泥的浇筑。 水泥生产设备大型化是实现工艺技术的手段和途径。为达到此目的必须 提高设备制造技术和与之相配套的原材料(耐热、耐磨、耐火材料)的质量, 提高必要的检测、保护装置的灵敏可靠性。由于近年来计算机控制技术、通 信技术和图形显示技术的飞速发展,DCS 这种分散控制,集中管理的集散型 控制系统已经在世界水泥工业中得到广泛的应用。采用这种系统可以实现电 动机成组程序控制,过程量的采集、处理、显示和调节。大大提高了劳动生 产率,提高了工厂的管理和经营水平。水泥工艺过程是处理固体和粉状物料 的生产过程,风、煤、料产生的热工过程变化复杂,不可控因素较多。从过 程控制的角度来看,是一个滞留时间长、时间常数大、外来干扰多、相互干 扰关系复杂的过程。在水泥制造过程的三大部分(原料制备、熟料烧成和水 泥制成)中,熟料烧成系统是个互相干扰因素多、控制复杂、在质量和节能 方面占有重要地位的关键过程。DCS 控制系统自 1975 年发展至今,从这三 十年的发展史中我们可以看到, 正是由于 4C 技术的不断发展, 才推动了 DCS 技术的不断更新换代。 集散控制系统自问世以来,发展异常迅速 ,几经更新换代,技术性能日臻完 善,并以其技术先进、性能可靠、构成灵活、操作简便和价格合理的特点,赢得 了广大用户,巳被广泛应用于石油、化工、电力、冶金和轻工等工业领域。

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第 2 章 DCS 控制系统简介

第 2 章 DCS 控制系统简介
2.1 概述
计算机集散控制系统,又称计算机分布式控制系统(Distributed Control System),简称 DCS 系统。他是一种综合了计算机技术、控制技术、 通信技术、CRT 技术,即 4C 技术,实现对生产过程集中监测、操作、管理和 分散控制的新型控制系统。集散控制系统既不同于分散的仪表控制,又不同 于集中计算机控制系统,它克服了二者的缺陷而集中了二者的优势。与模拟 仪表控制相比,它具有连接方便、采用软连接的方法连接、容易更改、显示 方式灵活、显示内容多样、数据存储量大、占用空间少等优点;与计算机集 中控制系统相比,它具有操作监督方便、危险分散、功能分散等优点。另外, 集散控制系统不仅实现了分散控制、分而自治,而且实现了集中管理、整体 优化,提高了生产自动化水平和管理水平,成为过程自动化和信息管理自动 化相结合的管理与控制一体化的综合集成系统。这种系统组态灵活,通用性 强,规模可大可小,既适用于中小型控制系统,也适用于大型控制系统。 集散控制系统具有如下特点:自治性,协调性,在线性和实时性,适应 性、灵活性和可扩充性,系统组态灵活方便。

2.2 DCS 系统简介
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,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。从水平方向,每一级功能可分为若干子级(相当于在水 平方向分成若干级)。各级之间有通信网络连接,级与各装置之间哟本级的 通信网络 进行通信联系。 (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。同时,通信网络可实现与同级之间的其他控制
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单元、上层操作管理站相连和通信,实现更大规模的控制与管理。它可传送 操作管理级所需的数据,也能接受操作管理级发来的各种操作指令,并根据 操作指令进行相对的调整或控制。构成这一级的主要装置有: (a)现场控制站(工业控制机) ; (b)可编程控制器 PLC; (c)智能调节器; (d)其他测量装置。 各控制器的核心部件是微处理器,且可以是单回路的,也可以是多回 路的。 (2)集中操作监控级 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,这一级配备有技术手段齐备,功能强的计算机系统及各类外 部装置,特别是 CRT 显示器和键盘,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: (a)监控计算机:即上位机,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。 (b)工程师操作站:主要用于系统的组态、维护和操作。 (c)操作员操作站:主要用于对生产过程进行监视和操作。 (3)综合信息管理级 这一级有管理计算机、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)通信网络系统 通信控制系统将集散控制系统的各分布部分连接一起,完成各种数据、 指令及其他信息的传递。

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第 2 章 DCS 控制系统简介

图 1、集散控制系统(DCS)示意图

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第 3 章 水泥生产工艺
3.1 水泥概述
水泥(cement),粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌成浆体后能在空 气或水中硬化,用以将砂、石等散粒材料胶结成砂浆或混凝土。 硅酸盐水泥生产的原料: 1.硅酸盐水泥的主要成分 硅酸三钙 (3CaO· SiO2) 硅酸二钙 、 (2CaO· SiO2) 铝酸三钙 、 (3CaO· AI2O3) 、 铁铝酸四钙(4CaO·AI2O3·Fe2O3) 其中:CaO 62~67%;SiO2 20~24%;AI2O3 4~7%;Fe2O3 2~6%。 2.硅酸盐水泥生产的主要原料 (1) 石灰质原料: 以碳酸钙为主要成分的原料,是水泥熟料中 CaO 的 主要来源。如石灰石、白垩、石灰质泥灰岩、贝壳等。一吨熟料约需 1.4~ 1.5 吨石灰质干原料,在生料中约占 80%左右。 石灰质原料的质量要求如下 表: 品位 一级品 二级品 CaO(%) >48 45~48 MgO(%) <2.5 <3.0 R2O(%) <1.0 <1.0 SO3(%) <1.0 <1.0 燧石或石英(%) <4.0 <4.0

(2)粘土质原料:含碱和碱土的铝硅酸盐,主要成分为 SiO2,其次为 AI2O3,少量 Fe2O3,是水泥熟料中 SiO2、AI2O3、Fe2O3 的主要来源。粘土 质原料主要有黄土、 粘土、 页岩、 泥岩、 粉砂岩及河泥等。 一吨熟料约需 0.3~ 0.4 吨粘土质原料, 在生料中约占 11~17%。 粘土质原料的质量要求如下表: 品位 一级品 二级品 硅酸率 2.7~3.5 铁率 1.5~3.5 MgO(%) <3.0 <3.0 R2O(%) <4.0 <4.0 SO3(%) <2.0 <2.0 塑性指数 >12 >12

2.0 ~ 2.7 不限 或 4.0 3.5 ~

一般情况下 SiO2 含量 60~67%,AI2O3 含量 14~18%。 (3)主要原料中的有害成分:

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第 3 章 水泥生产工艺

① MgO: 影响水泥的安定性。 水泥熟料中要求 MgO<5%, 原料中要求 MgO <3%。 ② 碱含量(K2O、Na2O):对正常生产和熟料质量有不利影响。水泥熟 料中要求 R2O<1.3%,原料中要求 R2O<4%。 ③ P2O5:水泥熟料中含少量的 P2O5 对水泥的水化和硬化有益。当水泥 熟料中 P2O5 含量在 0.3%时, 效果最好, 但超过 1%时, 熟料强度便显著下降。 P2O5 含量应限制。 ④ TiO2:水泥熟料中含有适量的 TiO2,对水泥的硬化过程有强化作用。 当 TiO2 含量达 0.5~1.0%,强化作用最显著,超过 3%时,水泥强度就要降 低。如果含量继续增加,水泥就会溃裂。因此在石灰石原料中应控制 TiO2 <2.0。 3. 硅酸盐水泥生产的辅助原料 (1)校正原料 ① 铁质校正原料:补充生料中 Fe2O3 的不足,主要为硫铁矿渣和铅矿 渣等。 ② 硅质校正原料:补充生料中 SiO2 的不足,主要有硅藻土等。 ③ 铝质校正原料:补充生料中 AI2O3 的不足,主要有铝钒土、煤矸石、 铁钒土等。 校正原料的质量要求 硅质原料 硅 率 SiO2(%) R2O(%) >4.0 70~90 <4.0 铁质原料 Fe2O3>40% 铝质原料 AI2O3>30% (2) 缓凝剂:以天然石膏和磷石膏为主。掺加量 3~5%。 4.工业废渣的利用 ① 赤泥:烧结法生产氧化铝排出的赤色废渣,以 CaO、SiO2 为主。掺 加石灰质原料可配制成生料。 ② 电石渣:以 CaO 为主。可替代部分石灰石生产水泥。 ③ 煤矸石:以 SiO2、AI2O3 为主。可替代粘土生产水泥。 ④ 粉煤灰:以 SiO2、AI2O3 为主。可替代粘土配制生料,也可作混合 材料。 ⑤ 石煤:以 SiO2、AI2O3 为主。可作粘土质原料,也可作燃料。

3. 2

工艺流程简介

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水泥的生产工艺,以石灰石和粘土为主要原料,经破碎、配料、磨细制 成生料,喂入水泥窑中煅烧成熟料,加入适量石膏(有时还掺加混合材料或 外加剂)磨细而成。可简述为“两磨一烧或三磨一烧”。 重庆正阳新材料公司采用的是新型干法水泥生产工艺,具体流程如下:

3.2.1 破碎及预均化
(1)水泥生产过程中,很大一部分原料要进行破碎,如石灰石、黏土、 铁矿石及煤等。因为石灰石是生产过程中用量最大的原料,开采出来之后的 颗粒较大,硬度较高,因此石灰石的破碎在水泥的物料破碎中占有比较重要 的地位。 (2)原料预均化。预均化技术就是在原料的存、取过程中,运用科学 的堆取料技术,实现原料的初步均化,使原料堆场同时具备贮存与均化的功 能。

3.2.2 生料制备
水泥生产过程中,每生产 1 吨硅酸盐水泥至少要粉磨 3 吨物料(包括各 种原料、燃料、熟料、混合料、石膏),据统计,干法水泥生产线粉磨作业 需要消耗的动力约占全厂动力的 60%以上,其中生料粉磨占 30%以上,煤磨 占约 3%,水泥粉磨约占 40%。因此,合理选择粉磨设备和工艺流程,优化工 艺参数,正确操作,控制作业制度,对保证产品质量、降低能耗具有重大意 义。

3.2.3 生料均化
新型干法水泥生产过程中,稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度 的前提,生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。

3.2.4 预热分解
把生料的预热和部分分解由预热器来完成,代替回转窑部分功能,达到 缩短回转窑长度,同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程,移到预热器内 在悬浮状态下进行,使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合,增大了气

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第 3 章 水泥生产工艺

料接触面积,传热速度快,热交换效率高,达到提高窑系统生产效率、降低 熟料烧成热耗的目的。 (1)物料分散 换热 80 在入口管道内进行的。喂入预热器管道中的生料,在与高速上 升气流的冲击下,物料折转向上随气流运动,同时被分散。 (2)气固分离 当气流携带料粉进入旋风筒后,被迫在旋风筒体与内筒(排气管)之间 的环状空间内做旋转流动,并且一边旋转一边向下运动,由筒体到锥体,一 直可以延伸到锥体的端部,然后转而向上旋转上升,由排气管排出。 (3)预分解 预分解技术的出现是水泥煅烧工艺的一次技术飞跃。它是在预热器和 回转窑之间增设分解炉和利用窑尾上升烟道,设燃料喷入装置,使燃料燃烧 的放热过程与生料的碳酸盐分解的吸热过程,在分解炉内以悬浮态或流化态 下迅速进行,使入窑生料的分解率提高到 90 以上。将原来在回转窑内进行 的碳酸盐分解任务,移到分解炉内进行;燃料大部分从分解炉内加入,少部 分由窑头加入,减轻了窑内煅烧带的热负荷,延长了衬料寿命,有利于生产 大型化;由于燃料与生料混合均匀,燃料燃烧热及时传递给物料,使燃烧、 换热及碳酸盐分解过程得到优化。因而具有优质、高效、低耗等一系列优良 性能及特点。

3.2.5 水泥熟料的烧成
生料在五级旋风预热器中完成预热和预分解后,下一道工序是进入回转 窑中进行熟料的烧成。在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的 固相反应,生成水泥熟料中的硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙 等矿物。随着物料温度升高近 1300℃时,硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、 铝酸三钙(C3A)、铁铝酸四钙(C4AF)等矿物会变成液相,溶解于液相中的 C2S 和 CaO 进行反应生成大量水泥熟料(C3S)。熟料烧成后,温度开始降低。最 后由水泥熟料冷却机将回转窑卸出的高温熟料冷却到下游输送、贮存库和水 泥磨所能承受的温度,同时回收高温熟料的显热,提高系统的热效率和熟料 质量。

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3.2.6 水泥粉磨
水泥粉磨是水泥制造的最后工序,也是耗电最多的工序。其主要功能在 于将水泥熟料(及胶凝剂、性能调节材料等)粉磨至适宜的粒度(以细度、 比表面积等表示),形成一定的颗粒级配,增大其水化面积,加速水化速度, 满足水泥浆体凝结、硬化要求。

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第 3 章 水泥生产工艺 图 2、新型干法水泥生产工艺流程示意图

图 3、新型干法水泥生产工艺流程示意图

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第 4 章 DCS 控制系统
4.1 集散控制系统的硬件结构
(1)分散过程控制级 分散控制级主要由各种测控装置组成,常用的有现场控制站、可编程控 制器 PLC、智能调节器。 (2)集中操作监控级 由监控计算机、操作员工作站和工程师工作站等组成,硬件主要由操 作台、监控计算机、键盘、图形显示设备、打印机等组成。 (3)综合信息管理级 这一级主要执行生产管理和 经营管理功能。主要由管理计算机、办公 自动化服务系统、工厂自动化服务系统构成。 (4)通信网络系统 集散控制系统中各级的通信设备是通过通信网络互连,并进行相互通信 的,已达到既自治又相互协调工作。主要组成有:通信介质等。

4.2 集散控制系统的软件技术
集散控制系统的软件可分三类:控制软件、操作软件和组态软件。 (1)控制软件: 实现分散过程控制级的过程控制设备具有的数据采集、控制输出、自动 控制和网络通信等功能。 (2)操作软件: 完成实时数据管理、历史数据存储和管理、控制回路调节和显示、生产 工艺流程画面显示、 系统状态、 趋势显示以及产生记录的打印和管理等功能。 (3)组态软件: 包括画面组态、数据组态、报表组态、控制回路组态等。

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第 4 章 DCS 控制系统

4.3 DCS 控制技术的发展
自美国 Honeywell 公司于 1975 年成功地推出了第一个集散控制系统— —TDC2000 型计算机集散控制系统以来,经历了 20 多年的时间,集散控制系 统已经走向成熟并获得广泛应用。器发展具体经历了四个阶段。 (1)第一阶段(70 年代初) 第一代集散控制系统大多具有微处理器的分级控制系统,主要有过程 空盒子装置、数据采集装置、CRT 操作站、监控计算机和数据高速公路五部 分组成。 (2)第二阶段(80 十年代中前期) 第二代产品在原来产品的基础上,进一步向高精度、高可靠性、标准 化、小型化、模块化、单元结构化、智能方向发展,使之具有更强适应性和 扩展性。 (3)第三阶段(80 年代中后期) 第三代产品开发了高一层次的信息管理系统和符合国际标准组织 ISO 的 OSI 开放式互联考模型的局域网络。 (4)第四阶段(90 年代初开始) 在 20 世纪 90 年代,随着对控制和管理要求的不断提高,第四代集散控 制系统以管理一体化形式出现。它在硬件上采用了开放的工作站,使用 RISC 替代 CISC,采用了客户机/服务器(Client/Server)的结构。

4.4 水泥厂控制系统的发展经历
*气动仪表式控制系统 *电动但愿组合式模拟仪表控制系统 *集中式数字控制系统 *分布式控制系统 *分布式控制系统 DCS *现场总线控制系统 FCS 由于现场总线适应了工业控制系统向网络化、分散化、智能化发展的 方向,它的出现导致了传统控系统的变革,形成了新型的网络化继承至全分 布控制系统——现场总线控制系统。 FCS 既是一个开放通信网络,又是一个全分布式控制系统。它作为智能 设备的联系纽带,吧挂接在总线上作为网络节点的智能设备连接为网络系

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统,并进一步构成自动化系统;实现基本控制、补偿计算、参数修改、报警、 显示、 监控、 优化及控制一体化的综合自动化系统。 这是一项以智能传感器、 控制、计算机、数字通信网络为主要内容的综合技术。目前新型干法水泥厂 绝大部分采用分布式计算机控制系统进行控制。

4.5 主要部件工作原理
1、原料磨工作原理: 物料通过下料溜子喂到磨盘中心,在磨盘旋转过程中依靠离心力的作 用,被甩到磨盘四周,在运动到墨辊之下的过程中被墨辊挤压研磨。 2、水泥回转窑工作原理: 生料粉从窑尾体高端的下料管喂入窑筒体内,由于窑筒体的倾斜和缓缓 地旋转,使物料产生一个既咬着圆周方向翻滚,有沿着轴向从高端向低端移 动的往复运动,生料早窑内通过费解、烧成等工艺过程,烧成水泥熟料后从 窑筒体得底端卸出,进入冷却机。燃料从摇头喷入,在窑内进行燃烧,发出 的热量加热生料,使生料煅烧成熟料,在与物料交换过程中形成的热空气, 由窑进料端进入磨系统,最后由烟囱排入大气中。 3、电收尘器: 是以静电净化法进行收捕烟气中粉尘的装置。它的工作主要依靠放电极 和沉淀极这两个系统来完成。当两极间输入高压直流电时在电极空间,产生 阴、阳离子,并作用于通过静电场的废气粉尘粒子表面,在电场力的作用下 向其极性相反的电极移动,并沉积于电极上,达到收尘目的。两极系统均有 振打装置,当振打锤周期性的敲打两极装置时,粘附在其上的粉尘被抖落, 落入下部灰斗经排灰装置排出机外。被净化了的废气由出气口经烟囱排入大 气中,此时完成了收尘过程。

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第 5 章 DCS 控制技术在工艺中的应用

第 5 章 DCS 控制技术在工艺中的应用
5.1 控制项目 5.1.1 转速控制
1、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, 因而配料的准确与否是系统设计的关键。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。 皮带秤的控制机理:皮带秤上装有一个压力传感器,当有物料通过秤面 时,电子皮带秤称重桥架安装于输送机架上,当物料经过时,计量托辊检测 到皮带机上的物料重量通过杠杆作用于称重传感器,产生一个正比于皮带载 荷的电压信号。速度传感器直接连在大直径测速滚筒上,提供一系列脉冲, 每个脉冲表示一个皮带运动单元,脉冲的频率正比于皮带速度。称重仪表从 称重传感器和速度传感器接收信号,通过积分运算得出一个瞬时流量值和累 积重量值,并分别显示出来。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。 皮带秤主要技术参数:

图 4、电子皮带秤示意图
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2、在水泥生产工艺流程中,另一个对于转速控制要求较高的环节就是 烧成窑的转速控制。由于物料要在窑内充分煅烧,时间要足够长,故窑体要 控制在适当的转速情况下,重材水泥分厂的窑体转速是控制在 4 r/min。物 料只有在窑体内充分地煅烧, 才能不至于浪费热量, 达到节能、 高效的目的。

图 5、水泥烧成窑的组成

5.1.2 温度控制
在水泥的生产工艺过程中,温度控制是至关重要的,不仅仅是在窑体内 的温度控制还有油站的温度控制。如立磨主电机的温度控制,立磨轴承在转 动是会产生高温,若不及时降温,将会造成严重后果。油站的作用是为其供 油,达到降温作用,还可以达到润滑的作用。 1、烧成带温度 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,检 测窑尾废气中的 NOx 浓度,也可以反映火焰温度。因为 NOx 的形成同 N2 和 O2 的浓度及火焰温度有关,在窑中 Nz 的浓度可视为常数,这样 NOx 的浓度 仅与 O2 的浓度和火焰温度有关。过剩空气系数大(O2 的浓度高),火焰温 度高,NOx 的浓度则高;反之,火焰温度低,在还原气氛中 O2 的浓度低,这 时 NOx 的浓度则下降。在窑系统正常运转的情况下,其过剩的空气系统相对 稳定, 的浓度相对稳定, O2 这时窑尾废气中的 NOx 只与烧成带火焰温度有关。
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第 5 章 DCS 控制技术在工艺中的应用

火焰温度高。NOx 浓度大;反之,NOx 浓度小,且反映灵敏,时间滞后小。 由于火焰温度是烧成带温度的主导因素,因此,一般均以 NOx 浓度作为烧成 带温度变化的控制标志。 2、窑转矩 根据熟料温度的不同,被窑壁带起的熟料量和被带起的高度也不同。熟 料温度高,被带起的量多;反之,则少。因此,熟料温度高,窑转矩大,但 是在窑内掉砖以及窑喂料量变化情况下,同样也会影响窑转矩的值。因此, 当窑转矩与 NOx 浓度值、比色高温计测量的值发生逆向变化时,应考虑到窑 内热平衡被某种因素所干扰,要么是窑喂料发生变化(人为的或窑喂料控制 系统故障),要么是掉窑皮(或砖)。掉窑皮可通过窑胴体扫描装置检测 3、 窑尾气体温度 合适的窑尾温度对于物料均匀预热,防止窑尾烟室、上升烟道以及旋风 筒因温度过高而发生的物料粘结和堵塞非常重要, 一般控制在 900~ 1100℃ 之间。 4、分解炉出口或最下一级旋风预热器出口温度 这两个位置的温度,均能反映物料在分解炉内的分解情况,一般控制在 850~900℃之间。但是在无分解炉的状态下,出最下一级旋风预热器的气体 温度通常控制在 800~850 C 范围,因为在这个温度范围内,可保证物料在 分解炉内的分解状况稳定,从而使窑系统的整个热工制度稳定。否则不但会 影响窑系统的热工平衡,还会造成分解炉及预热器系统物料结皮和堵料。 5、 一级筒出口温度 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。 6、窑头电收尘器入口温度 这对电收尘器安全正常工作十分重要。在窑系统出现不稳定时,从窑头 掉下的熟料量变化较大,出现冷却机无法及时将熟料冷却,这时从冷却机抽 出的热风温度就高,则需采取冷却机内喷水降温,一般要求废气温度小于 200℃。 7、 二次空气温度 从工艺角度要求二次风温度必须稳定。因为二次风对于窑内燃烧的好 坏、工作的稳定和煅烧过程中燃料的消耗都有较大的影响。 8、窑尾、一级预热器出口气体成分分析

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一般均分析 O2、CO 浓度,从而可了解窑内、分解炉内燃料的燃烧及通 风状况 一般窑尾 O2 控制在 1. ~1. 0 5%, 一级桶 O2 控制在 3 一 5%左右, 为的是既不能使燃料在过剩空气系数很少的情况下燃烧,产生大量的 CO,危 及窑尾电收尘器的安全; 又不能在过剩空气量过大的状况下燃烧, 增加热耗。 而在正常生产过程中,风量、喂料量以及燃料量都是相对稳定在某一值,相 互匹配,整个窑系统是平衡的。因此,当 O2、CO 浓度发生变化时,在综合 分析原因后,适当调整喂煤量(窑头或分解炉)就可控制 O2、CO 值在设计 范围内。 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。如控制 线路故障,会致使循环式冷却系统不能正常开启,这是需手动开启。

5.1.3 水泥生产线 DCS 自动回路优化控制
水泥生产线控制回路的优化控制系统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。

5.1.4 窑尾喂料调节控制
一般为两条回路。一条回路检测生料小仓重量,控制生料均化库下料流 量阀的开度,保持生料小仓的料位稳定,减少调节回路的计量误差。另一条 回路是通过测量冲击(或滑槽)流量计的物流量,调节生料小仓下料流量阀 的开度,确保生料人窑量的稳定。即: (1)生料小仓重量=生料均化库下料流量阀开度 (2)冲击流量计:生料仓下料流量阀开度。

5.1.5 分解炉喂煤量控制
分解炉内温度的稳定,有利于保持一定的分解率。一般通过测量最下级 旋风预热器出口温度来控制喂煤调节阀。不太常在分解炉出口测温度,主要 是该处的废气粉尘浓度太大,测温装置的使用寿命受到影响。 分解炉最下级旋风筒出口温度: 喂煤流量调节阀开度 (或分格轮速度) 。
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5.1.6 增湿塔出口废气温度控制
根据湿塔出口气体温度自动控制增湿塔喷水量。 增湿塔出口温度=喷水流量阀(喷水喷头数量)

5.1.7 窑头罩负压自动控制
稳定窑头罩负压,保持二次风入窑相对平衡,有利于窑热工制度稳定。 窑头罩正压会弓 I 起窑口喷火,损坏设备。但窑头罩负压过大,窑内通风过 大,粉尘大,降低窑内温度,增加热耗。一般要求控制在微负压(一 50Pa 左右)。 窑头罩负压:篦冷机余风排风机阀门开度。

5.1.8 冷却机篦速自动调节
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,入 窑二次风温稳定,且保持冷却机安全运行。然而直接测量料层厚度相对来说 比较困难,核放射测量仪( 一辐射器)大多数工厂不愿使用,主要担心放 射性辐射。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,因此可用一室篦下压力来间接反映料层的厚度。篦床速度的检测主要根 据篦冷机的篦下压力变化调节,以实现稳定料层的要求。低但是,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,这时篦下压力非旦 没有增加,反而下降。如根据上述方法调节,篦板速度也随之放慢,以致使 篦板料层越积越厚,将会造成篦板烧坏,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,迫使篦板速度提高,不致造成以上事故。

5.1.9 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,保持一~五室的风量稳定是非常必要的,故采 用一~ 五室冷风风量自动调节各自的阀门开度。冷却机入口风量=相应的冷 却风机入口阎门开度

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5.1.10 窑头喂煤自动控制
它是窑热工制度稳定的不可缺少的关键环节,可根据窑尾冷烟室温度来 调节回转下料器的转速,从而保证定量给煤。 窑尾冷烟室温度:回转下料器转速

5.1.11 旋风预热器锥部自动吹堵控制
当预热器锥部下料口负压值由于热工不稳定造成锥部堵料而下降时,自 动启动压缩空气电磁阀,以防止或消除下料堵料现象。 锥部负压:相应电磁阀开关 另一方法,是采用 PLC 程序控制,实施连续循环吹扫,同样也可防止和 消除堵料现象。

5.1.12 冷却机喷水控制
根据工艺设计,有时不需要冷却机喷水,另外,冷却机喷水系统设置形 式也较多,因此,操作人员可根据具体的实际喷水控制系统了解和掌握。 根据上述热工参数的检测和水泥生产线 DCS 自动回路优化控制的阐述, 在烧成系统中设置两个现场控制站对烧成系统得设备进行监控和调节。可好 为水泥企业带来以下几方面的效益: (1)稳定了产品质量 (2)提高了设备生产率 (3)减小了人为误差 (4)增强了调节的实时性 (5)保证了整个热工制度的稳定 (6)节约了大量能源

5.1.13 压力控制
1、各级旋风预热器出口压力 各级旋风预热器的压力测量,可帮助操作人员了解各级预热器工作是否 正常,判断生料流动是否正常,有无漏风或堵塞现象。某级筒负压值低于设 定值,说明该级或该级以下发生料粘结或堵塞,需尽快处理,严重的要立即 停料。
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2、 三、四、五级旋风筒锥部压力 测量三、四、五级筒锥部压力,可掌握它们的下料状况的好坏。当旋风 筒温度过高发生料粘堵塞时, 其锥部负压值就会下降。 此时需立即采取措施, 如用空气炮吹堵或人工捅料,但一定要做好防护安全措施,保证人身安全。 3、窑尾压力 窑尾压力一般控制在一 300Pa 左右,通过检测窑尾负压值能帮助操作人 员了解回转窑内气流阻力的变化情况。当负压值高于设计值范围,窑内可能 出现结圈,并借鉴胴体扫描做出综合判断。 4、窑尾排风机出口压力 在窑系统与生料磨系统联合操作运行时,窑尾排出的废气用于生料磨系 统烘干等,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 电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。 5、窑头负压 一般要求保证窑头微负压,防止窑头喷火。另一方面,窑头负压稳定, 也表征窑内通风及冷却机人窑二次风之间的平衡。通常增加篦冷机余风排风 机风量,窑头负压增大;反之减小。但是,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 头电收尘出口阀门的开度来保持窑头罩为微负压。正常生产时,窑头负压一 般保持在一 0.1~ 一 0.05kPa。如产生正压,导致喷火,将危及窑头比色 高温计及看火电视等仪器。

5.1.14 料位控制
水泥生产中的原料、半成品、成品均为粒块状或粉状固体物料,对其进 行料位测量的场合很多,除生料、煤粉、水泥、混合材库外,篦冷机下料、 立窑的卸料等工艺环节都有应用。随着水泥生产自动化水平和控制系统可靠 性要求的提高,料位测量控制的作用日益突出。按生产工艺要求,雷达料位 计料位测量装置有 2 类,一是极限料位检测,即料位开关,一般有上、下限 2 个检测点。一旦料面达到预先设定的料位,即发出控制信号,使喂料或卸 料设备进行相应的动作。二是连续料位测量,有定时测定和需要时进行测定 2 种工作方式,用于较精确掌握料面高度的场合。有时为较好满足工艺要求, 在一个料库上既设置连续测量的料位计,又配置固定高度的料位开关,即 2 种料位计各司其职,互相补充。

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雷达料位计实际采用的料位计种类很多,必须针对不同工艺物料要求、 不同料库,选用不同的料位计。本文对水泥厂常用料位计的原理和应用进行 介绍。 (1)电容式料位计 雷达料位计电容式料位计原理是插入料仓中的电极与料仓壁之间构成 电容器,当仓内物料料位变化引起电容量的变化时,通过转换电路得到相应 的控制信号。因为电容量是连续变化的,因此该料位计可以用作连续式料位 测量,也可用作料位开关,作为报警或喂料、卸料设备的输入信号。该料位 计有造价低、无机械磨损、安装和维修方便等特点。传统的方式是通过调频 振荡电路实现电容量到频率的转换,又经限幅放大及鉴频器的线性化,得到 相应的电压或电流信号。若使用一段时间后电极(探头)上粘有物料,则往往 会导致控制器误动作,现已由传统的检测电容量发展为检测探头与仓壁间导 纳的方式。 依据量程的大小和控制方式的不同,电极设计成杆(棒)式或钢缆(重型 钢缆)式,可应用于各种料仓。现在的新型产品为全密封一体化安装结构, 采用射频振荡器和数字集成电路,无运动机械部件,“数字标定技术”使得 用户可以在空仓的状态下一次完成标定,功能齐全、性能可靠、控制及时、 显示直观。 安装此类料位计时应注意选取合适的安装点,避开下料口;注意信号线 的屏蔽和接地,防止干扰。但仓内物料温度、湿度、运动速度的变化以及物 料粘挂仓壁和电极等因素的影响,引起电容介电常数的变化。因此,若用作 连续料位检测,其测量精度不高,通常用作料位开关。必须定期检查探头和 料位开关动作情况并进行校验。 (2)雷达料位计阻旋式料位计 阻旋式料位计是一种料位开关。它也有不同的检测控制方式,如某产品 的基本原理是同步微电动机经减速后,带动检测叶片以 2.5~5r/min 的转速 旋转,当被测物料的料位上升使叶片的转动受到阻碍时,检测机构便围绕主 轴产生旋转位移。此位移首先使一个微动开关动作,发出有料位信号。随后 另一个微动开关动作,切断电动机电源使其停转。只要此料位不变这种状态 便一直保持下去。当料位下降至叶片失去阻挡时,检测机构便依靠弹簧拉力 使其恢复原始状态。一个微动开关先动作,接通电动机电源使其旋转,随后 另一个微动开关动作发出无料信号,只要没有物料阻挡检测叶片的转动,此 种状态也将一直保持下去。为防止使用中物料的冲击,库侧安装时应在检测 叶片上方的料仓内壁上方安装防护板;如采用加长轴顶置垂直安装时,则应

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在轴套外安装保护套筒。此种料位开关结构简单、价格低廉、维护方便,多 用作粉状物料料仓的料满开关,但不适合高温下工作。 (3)γ 射线料位计 γ 射线料位计常用作料位开关。工作原理是在料库的一侧设置同位素 源,在另一侧设置探测器,同位素源向探测器定向发射 γ 射线,若库内料 面低于它,探测器检测得出料空信号;若库内料面高于它,则物料遮挡、吸 收 γ 射线,探测器检测得出料满信号。依据料仓的形状和工艺要求,γ 射 线料位计可安装在不同的位置。它是非接触式测量,常用于工作环境恶劣的 大型混凝土料库,如水泥熟料库。此时,要求所用的同位素源强,常用 Co60 源,源强达 50~100mCi。γ 射线料位计还广泛用在立窑的卸料料封控制上。 γ 射线被管中的熟料所吸收,探测器发出料满信号启动下面的卸料电振机。 此时 γ 射线料位计的同位素源常用源强较低的且半衰期很长的 Cs137 源。 它还可以用作窑尾预热器防堵的料位报警或者选粉机下料管的锁风。因 有时接收器靠近热源,易导致信号失真和仪器寿命缩短,因此在高温环境工 作时应重视冷却问题。它的特点是日常运行维护工作量小,操作简单,但也 存在 γ 射线料位计放射源污染环境,放射源的衰减使料位控制不可靠等不 足。 (4)超声波料位计 超声波料位计装置是利用声纳原理来确定容器内物料料位的,是一种在 线声纳定位设备。超声波换能器发出的超声波脉冲,通过空气传到物料的界 面并被反射,测出超声波脉冲从发射到换能器接收所用的时间,再根据空气 中的声速,就可计算出换能器到物料面的距离,从而确定料位。物料表面的 松散程度,对超声波信号的衰减影响很大;若料仓中弥漫料尘时,超声波会 被料尘吸收,从而使信号有所衰减,且粉料粘附在换能器表面等原因都严重 影响料位测量的准确性。因此,超声波料位测量装置适合块状物料的连续料 位监测。 为解决该类仪器的不足,某些生产厂家,通过采用新材料、新技术,提 高了换能器发射强度,避免了换能器的挂料、堵塞现象,并能应用于高温环 境。在控制电路设计中,增加鉴别真伪信号的功能,使研制的超声波料位计 成功应用于水泥仓。笔者曾到北京某混凝土搅拌站现场考察过某大学声学研 究所的仪器,发现它安装和使用方便,测量数据精确。 (5)雷达料位计 雷达料位计工作原理和超声波料位计类似,它发射的微波是一种电磁 波,其传播速度不受介质的特性影响。它是利用电磁波回波测距原理来实现

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料位测量的。微波从天线出发,到达被测目标经反射再被天线接收,按微波 来回传播时间来计算的距离反映了料位。一般有脉冲雷达和调频连续波雷达 2 种。由于受粉尘、料面坡度及物料松散程度的影响,微波在传输过程中会 有衰减,影响其准确性和可靠性。某公司生产的缆式导波雷达可以解决传统 雷达料位计的上述缺点。它的原理是高频脉冲从探头发出后沿缆绳传播,当 脉冲遇到料位表面时将会反射回来,由接收器接收,信号经转换成料位信 号。由于微波沿缆绳传播,脉冲的强度及方向性均不受粉尘及料面松散程度 的影响。同时可通过软件设计对干扰进行抑制。其传播缆绳经过耐磨性、下 拉力试验,可以适应水泥厂的工况,此种料位计测量精度高,已在水泥厂成 功应用。但产品价格高使应用范围受限制。

5.2 生料粉磨中的过程控制 5.2.1 磨机负荷控制
水分、硬度发生变化时,系统通过入磨喂料量来保证磨机处于负荷稳定 的最佳粉磨状态,避免堵塞和空磨发生。负荷自控系统通常采用的调节方法 一是设置一个入磨常数,稳态下的选粉机入磨量加新喂料量与之相等;二是 以提升机功率或者磨机电流信号分别作为主控或监控信号实时调节;三是以 选粉机回灰、提升功率、电流等信号进行数学模型分析控制或者极值控制。 水泥磨大多采用常数控制调节,生料磨多采用电流或提升机功率信号调 节。因为,熟料硬度较大,磨音清脆,与钢球撞击声无明显差别,使电信号 的灵敏度变差。

5.2.2 磨机温度控制
根据入料和成品的水分要求,烘干粉磨系统温度可通风机风口开度调节 入磨热风量,也可通过热风入口管道上的冷风阀调节入磨温度。后者更有利 于保持系统的生产稳定。对于利用选粉机等设备同时进行烘干的粉磨系统, 上述调节热风进入量和渗入冷风改变入磨风温的两种方法也为适用,对此的 控制大多采用单回路自动控制系统。

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5.2.3 压力控制
压力控制可检测并及时调节磨机的通风。磨内的工作状况可根据磨机的 出、入口的负压差进行判断和调节。压差增大,与磨机负荷过大、隔板仓堵 塞等原因有关,都由磨内通风阻力增大所致。

5.2.4 系统设备启动程序控制
系统各环节的启动需要合理、有序的进行。如磨机启动时,喂料调节器 控制喂料量逐步增大至目标值;正常负荷下的喂料均匀、稳定以及系统联动 的开、停机程序等。

5.3 水泥厂常见设备的控制方法 5.3.1 普通电机的测点
备妥(RD):DI 点,备妥,设备是否具备启动条件; 应答(RN):DI 点;应答,设备是否运行; 驱动(DR):DO 点;驱动,DCS 是否给设备驱动;

5.3.2 基本控制原理
设备有备妥后可以驱动,驱动后设备运行。其中要加各种联锁保护。 启动故障:设备驱动后在规定时间内没有返回应答,计算机自动产生故 障,报警并停止驱动; 运行故障:设备驱动后,返回应答,驱动自保,运行期间应答丢失,超 过规定时间,自动产生故障,报警,停止驱动; 安全联锁:电机本身的安全保护:如包括:综合故障;温度开关;速度 开关;跑偏开关;撕裂等; 上位联锁:又名启动联锁,确保设备按照工艺顺序启动; 下位联锁: 又名运行联锁, 确保设备按照工艺顺序运行; 如下位设备 (参 与顺序联锁)出现异常故障,将自动联锁停止本设备的驱动; 停车联锁:确保设备按照工艺顺序停车;允许停车命令的有效;

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抖动:由于现场各种原因所引起的、进入计算机系统的测点信号出现异 常现象。具体包括:测点信号瞬间间断、瞬间闭合、测量值超出正常范围等。 延时保护:安全联锁可以加延时输出保护;延时的时间可以定为 1 秒或 适当的时间;在规定的延时内测点的抖动可以忽略不计,不参与联锁控制, 一但超出规定时间,计算机系统将执行相应的联锁控制。同理下位联锁可以 加延时断开保护。

5.3.3 组操作
将相关设备按照工艺要求合理分成若干组, 进行成组控制, 即成组启动、 成组停车。 组的九种表示方式如下: 组备妥; 组启动命令; 组启动进行; 组停车命令; 组停车进行; 组故障; 组运行; 组解锁; 组状态。 例如,根据工艺流程,可以将粉磨工段分成若干组进行控制: 第一组:稀油站组 第二组:系统风机组 第三组:成品输送组 第四组:选粉机组 第五组:提升机组 第六组:磨主电机水电阻组 第七组:磨主电机组 第八组:喂料组

5.3.4 解锁
解锁后电机可脱离组控制,可以单独控制开停。

5.3.5 电机正反转
如电动液压推杆、翻板阀等,属于正反转的设备。其测点包括: 妥(RD);正向应答(RNF);反向应答(RNR);正向驱动(DRF); 反向驱动(DRR);正向限位(LMF);反向限位(LMR)。 另外每个正反转的电机应该有正反转选择(SEL)。

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第 5 章 DCS 控制技术在工艺中的应用

联锁保护:正反转电机用正反应答做保护,就是正转选择和正向应答与 上或上正反转选择和反向应答与上做联锁;但电动液压推杆和闸板阀等电机 应该特殊考虑, 一般应该用正转限位或反转限位做联锁, 但由于现场很复杂, 由于多种原因,多数的限位开关都经常失灵,所以进入计算机系统的限位测 点很难及时、准确;这时我们在做联锁的时候,就应要特殊考虑,用正反转 选择做联锁保护,不要用限位做联锁,否则将会带来不必要的麻烦,还有一 点也应注意,一般是驱动到限位后,应答先丢失,大约 2 秒后,限位才上来, 这期间,不应该让设备产生运行故障,所以还应该考虑时间问题。

5.3.6 高压电机控制
闸板阀随组启动打开;随组停车关闭; 高压电机和低压电机的控制比较接近,不同的是增加了一些高压控制保 护: FT1 FT2 FT3 FT4 FT5 事故跳闸 综合过电流继电器故障 失电报警 跳闸回路断线 热过载

高压电机出现故障时,可以从计算机上查找这些高压保护动作了没有。 另外高压电机还增加了电机轴承、转子、定子等温度监视,当温度超过规定 值时,计算机保护动作,将自动取消高压电机的驱动,各种保护的数值为: 轴承温度保护:75℃ 定子温度保护:120℃ 转子温度保护:120℃ 高压风机启动加相关阀门关限位联锁为启动联锁。

5.3.7 变频电机控制
变频调速电机一般有原料选粉机、喂料皮带电机等。这些电机都有自己 的变频控制装置,只需要计算机系统的驱动和速度给定,且在驱动之前,速 度给定要回零。

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5.3.8 直流调速电机的控制
窑主电机、篦冷机篦床一段、二段电机、高温风机等,可以选配直流调 速电机。先驱动主回路,应答返回,按照规定时间延时,再驱动控制回路。

5.3.9 阀门的控制
1、模拟量阀门:有模拟量的给定和反馈; 2、混合控制阀门:是有模拟量的反馈和阀门的开、关驱动; 3、电动门:是电动阀门只有开和关驱动; 软件控制可以取消绝大多数的硬伺服放大器及硬手操器,对电动阀门的 控制,常用方法是执行机构+硬伺服放大器+硬手操,然后由 DCS 输出 4~20MA (0~10MA)信号给硬手操。MACS 系统的软件设计,完全可以取消硬伺服及硬 手操,改由它提供的软伺服+软手操代替。直接用设定值和阀门的反馈进行 比较,将偏差再和死区比较来决定阀门的开和关,控制反馈值和设定值的偏 差在死区范围内。 对于行程时间在 30 秒以上,或定位精度不高于 1%的执行机构,建议: 取消硬伺服及硬手操,改由 MACS 系统提供的软伺服加软手操代替。对于行 程时间在 10 秒以下,或定位精度高于 1%的执行机构,可选择使用回路控制 板。

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第 6 章 个工段控制方案

第 6 章 各工段控制方案
6.1 生料粉磨
生料配料调速皮带秤定量给料的自动控制。可取消机旁的秤体控制器, 由 DCS 完成标定、计量功能。 生料 X 荧光分析仪与生料配比的闭环自动控制。 生料磨机负荷与产量的闭环自动控制。 生料磨机出口风温与入口冷热风阀的闭环自动控制。 各分组设备的解/联锁启停控制及保护。 各稀油站的启停控制及保护。

6.2 煤粉制备
窑头和窑尾给煤的自动稳流。 煤磨出口风温与入口冷热风阀的闭环自动控制。 煤粉称重仓的自动稳流。 各分组设备的解/联锁启停控制及保护。

6.3 烧成窑尾
生料均化库定时充气和卸料自动控制。 生料称重仓重量与均化库底卸料的闭环自动控制。 电收尘与 C1 筒(或 C5 筒)CO 含量的联锁保护。 增湿塔出口温度与喷水量(或回水量)的闭环自动控制。 C1 筒出口风压与高温风机转速的闭环自动控制。 窑尾预热器的自动定时吹堵和堵料预报警。 分解炉出口温度与窑尾给煤量的闭环自动控制。 各分组设备的解/联锁启停控制及保护。

6.4 烧成窑头
窑头罩压力与窑头排风机转速(或排风阀开度)的闭环自动控制。

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篦冷机一室篦下压力与篦速的闭环自动控制。 各分组设备的解/联锁启停控制及保护。 篦冷机灰斗卸料的手自动控制。 各分组设备的解/联锁启停控制及保护。

6.5 水泥粉磨
水泥配料调速皮带秤定量给料的自动控制。可取消机旁的秤体控制器, 由 DCS 完成标定、计量功能。 水泥磨机负荷(球磨机)与产量的闭环自动控制。 辊压机的启停控制及保护。 各分组设备的解/联锁启停控制及保护。 各稀油站的启停控制及保护。

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第 7 章 结论

第七章 结论
综上所述,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控制系统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。

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致谢

行文至此,我的这篇论文已接近尾声;岁月如梭,我的大学时光也即将敲响 结束的钟声。离别在即,站在人生的又一个转折点上,心中难免思绪万千,一种 感恩之情油然而生。 生我者父母。感谢生我养我,含辛茹苦的父母。是你们,为我的学习创造了 条件;是你们,一如既往的站在我的身后默默的支持着我。没有你们就不会有我 的今天。谢谢你们,我的父亲母亲! 育我成才者老师。感谢我的指导老师文晖,这篇论文是在文晖老师的的悉心 指导与鼓励下完成的。 文晖老师为我提供了良好的实验条件, 在申请和开展项目、 参加学术会议、 撰写论文等方面提供了很多专业性的指导。 文晖老师渊博的学识、 严谨的治学态度、精益求精的工作作风和诲人不倦的高尚师德,都将深深地感染 和激励着我。在两年的实验室时光里,文晖老师不仅在学业上给我以悉心指导, 同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀,在此谨向文晖老师致以诚挚的感 谢! 感谢工业网络 2009 级的同学们。两年来,是同学让我的大学生活变得更 加丰富多彩,我们一起亲历了大学的别样生活,愿同窗友谊之树长青。 感谢每一个曾经帮助过我的人,再一次诚挚的说声:“谢谢”。

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参考资料

参考资料
1、周啸 《水泥工程》 2010 年 2 月第一期 主办:南京水泥工业设计研究院 2、刘志江 《新型干法水泥技术》 化学工业出版社 2005 年 12 月 2004 年 6 月 2008 年 8 月 2009 年 9 月 3、苏小林 《计算机控制技术》 北京:中国电力出版社

4、王爱广、王琦 《过程控制技术》 北京:化学工业出版社 5、重庆正阳新材料公司《重庆新型干法生产水泥工艺流程》 6、张德泉、王林《集散控制系统原理及其应用》 7、 《集散控制系统 DCS 学习手册》 8、 《DCS 控制系统》 9、张德泉《DCS 绪论》 10、第四代分布式控制系统(DCS) 道客巴巴 西门子

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