电气自动化技术在水泥生产设备中的应用和发展

摘要：随着社会进步和科学技术的发展，我们已经步入了工业现代化的发展进程中,在工业社会中，电气自动化的技术进步和快速发展对现代水泥业发展有着重要的影响，电气自动化技术已经成为了现代先进科学发展的核心技术和现代水泥业的重要标志，水泥企业的现代化发展更是离不开电气自动化技术。下面我们就电气自动化技术在水泥企业生产中的应用进行简单进行阐述，并分析电气自动化技术在现代水泥企业生产中的发展趋势。

关键词：电气自动化、水泥生产设备、应用与发展

中图分类号： F407.6 文献标识码： A

提高水泥企业的电气自动化水平，对工业生产过程实现检测、控制、优化，寻求管理模式的突破，使电气自动化技术发挥其应有的作用，是现代化水泥厂发展的必然趋势。近20多年来，我国水泥工业取得了飞速发展和巨大成绩，己经奠定了现代化水泥工业的基础。当前我国水泥工业正在进行产业结构调整，在向大型化、高水平、现代化迈进的同时，还要逐步淘汰一批落后的小水泥企业和改造提升一批传统的水泥企业，因此，水泥生产的高新技术、自动化与信息技术将起养非常重要的作用。

一、水泥厂电气自动化系统分类

1、PLC集成控制系统。水泥行业的特点决定了其开关量逻辑控制的主导地位，同时模拟量的处理多为简单的显示和给定，控制回路基本上也多为并不复杂的单回路调节，这些特点决定了传统意义上DCS系统的逐渐淡出。传统DCS厂商纷纷推出其相应的PLC产品，目前新设计的大中型水泥厂相当一部分采用了这些系统。控制系统的结构发展至今已相当成熟，PLC集成控制系统处理开关量的能力、较快的速度、灵活的结构为系统的升级和扩展留有很大的余地，还有不可忽视的价格优势使其得到迅速的发展。控制系统多采用对等式或客户机/服务器方式，在网络上大多采用工业以太网，使系统更灵活，组态更易扩展，具有较高性能价格比的PLC集成控制系统推动了水泥企业中计算机控制系统的应用和发展。

2、全集成自动化系统。随着水泥生产自动控制水平越来越高，大型水泥厂电气自动化的设计优化正在向控制智能化，系统集成化和管理信息化的方向发展。将过程控制、信息管理、通信网络融为一体，从而形成控制、管理为一体的集成化网络环境，实现主要生产过程的综合优化、集成化控制，不但可以稳定运行、提高产量和质量，有利于企业获得更大的综合效益，而且对节能降耗、环境保护意义重大。为使管控一体化，控制系统也应大大简化结构，从而采用统一的系统开发平台。统一的系统开发平台可以支持一个自动化项目周期中的设计、施工和调试和开机、运行及维护等各个阶段和环节。

二、我国水泥工业电气自动化存在的问题

虽然目前我国已开发研制了适合国情的自动化控制系统，但由于我国水泥企业众多，规模和技术水平差异很大，因此，在电气控制和自动化技术方尚存在不少问题，亟待努力解决。

1、在我国水泥工业电气自动化方面，注重系统硬件先进性而忽视软件重要性的现象较为普遍。我国的新型干法水泥生产线普遍拥有了性能良好的计算机控制硬件系统，但软件系统的开发严重滞后，控制软件仍停留在较低的水平，系统的投运率较低，影响了水泥生产过程电气自动化控制系统能力的发挥，远未实现生产过程的优化控制。

2、我国水泥工业自动化检测技术以及运行的可靠性尚不能满足生产工艺要求，有待提高。我国水泥厂中许多控制系统本身并不复杂，但各开关器件、执行机构的误动作不仅影响了控制系统的可靠性，还可能引起设备事故。因此，我们一方面要提高现有水泥业中自动检测仪表、电动执行机构、电气元器件的质量，另一方还要引导中小型企业的技术改造和技术水平的提高，大力开发满足水泥生产工艺要求的检测和执行机构。

三、案例分析

本装置共有四个低压配电室，各种大容量低压开关11台，分别控制着石灰石预均化堆场、石灰石破碎及输送、辅料破碎及输送和生料入磨等工序的堆料机、取料机、石灰石破碎机、辅料破碎机、皮带机及袋收尘器等关键设备100多台。另外，电气专业还负责原料配料工艺的PLC自动化控制系统S7-300，该系统由电源、CPU、A/I、A/O、D/I、D/O模块、及触摸屏组成，在24V直流电下，数字I/O模块具有最小的断开容量（0.5A），每个由一个安全“0”位置以防其模块不能收到任何来自控制器的信息。如有需要，这个位置可设计到“1”。模件均是固态电路，标准化、模件化和插入式结构，具有灵活性和开放性。所有模件（包括控制器模件和I/O模件）均能带电插拔而不损坏，且不影响其它模件的正常工作。

1、控制规则：

现场设备配套的控制箱/柜，在其控制面板上，要有红色-蘑菇状紧急停止按钮。

现场设备的控制可采用“集中优先”的方式，机械设备原则均不配现场控制箱。如设备确实需要，如收尘器、 检修油站可以配有现场控制箱。出于安全要求考虑，无论在中控方式还是机旁方式，现场停止按钮始终有效。对于皮带机、破碎机、板喂机等辅机设备的保护电气元器件需连接至现场控制箱内，由一条控制电缆引至控制系统。

工厂控制系统的开关量信号DI、DO为24V DC电源，模拟量信号AI、AO为24V DC电源，信号为标准的4-20mA信号。

2、接口信号的规定：

所有接口信号均为无源点，如果是有源接点时，则必须转换成无源接点；

使用24VDC电源的二线制接近开关可直接接到DI点；

驱动点（DO）为无源接点，输出至少可接50VA容量继电器一个；

3、信号类型说明：

驱动：所有的驱动信号均采用电平信号，当信号为高电平时驱动，低电平时停止；禁止使用脉冲信号作启动/停止。

备妥：信号为“1”时备妥，信号为“0”时不备妥，备妥时表示：①主电源馈电正常；②控制电源馈电正常；③控制回路及主回路元器件均工作正常，处于待启动或正常运行状态；④如果有小型PLC，则PLC工作正常；⑤设备处于远控状态。

运行：信号为“1”时设备运行（中控或现场驱动），信号为“0”时设备停止。

远控（触摸屏）/机旁：中控室选择控制方式，远控为“1”，机旁时为“0”。

故障：故障继电器的触点为常闭点。触点闭合，信号为“1”时正常，触点断开，信号为“0”时故障，可以造成设备停止运行或无法启动的故障信号，如：电源主回路失电或缺相；控制电源失电；过热保护继电器动作；PLC系统出现无法正常运行的故障；控制设备故障或危险运行；等等。

报警：报警继电器的触点为常闭点。触点闭合，信号为“1”时正常，触点断开，信号为“0”时报警，设备处于停止状态时出现报警则设备无法启动，设备在正常运行状态时出现报警不会造成设备停机，如：设备电流略高于正常状态但不至于跳闸；设备给定与反馈出现小的偏差；设备温度略高于正常范围等。

压力、温度、流量等开关信号：信号为“1”时正常，信号为“0”时报警，表示设备在正常运行中，压力、温度、流量等均为正常时为“1”状态，反之则为“0”。对于不表示报警信息只作为状态监视的信号不受此规则限制。

模拟量信号：采用标准4-20mA信号，4-20mA表示0-100%。当AI、AO负载能力不够时，应使用隔离器已增加负载能力。

要实现如此复杂系统的过程控制，单纯依靠智能开关和现场监控是无法办到的，必须依靠现代网络通讯技术和可靠的低压系统自动化软件，通过工业以太网将传统的智能元件与微机系统进行有效的结合，才能够真正实现自动化系统的集中统一管理。低压自动化系统的智能元件不仅要连接不同的自动化部件，还要提供一个共同的软件环境，使所有部件和任务集成为一个系统。经过与有关公司的交流，最终我们选中了西门子公司的3WN6智能低压断路器、S7-300PLC和低压系统自动化软件。 

3WN6低压智能断路器是低压系统自动化的核心，它不仅具备普通开关的过流、短路、欠压和过压保护，而且在本体单片机的控制下，可通过液晶屏幕，现场完成参数设定、显示动作报警和故障记录等功能。所有工序的配电及控制任务均由3WN6开关来完成。另外，SIMATICS7-300 PLC系统本身就是一套完整的自动化控制装置，它体积虽小，但功能强大，在CPU及STEP7软件的控制下，280多个A/I、A/O、D/I和D/O输入输出点协调工作，实现从石灰石破碎、堆料、预均化、取料、输送至配料站等等全部工序的电气控制自动化。通过先进的现场总线系统PROFIBUS，利用一条通讯电缆——屏蔽双绞线以及RS485通讯端口，将3WN6低压智能断路器的DP/3WN6通讯端口和S7-300PLC系统的MPI通讯端口有机地融为一体，在后台计算机软件的集中统一管理下，完成整个石灰石破碎至原料配料过程的低压系统自动化控制。

四、电气自动化技术在水泥生产领域的发展趋势

随着现代的开放式、分布式技术发展应用，电气自动化技术的应用范围越来越广泛，己经渐渐成为了现代水泥工业电气自动化的主流发展趋势。信息化技术是将生产设备与网络技术相结合，建立一体化管理控制的自动化网络结构，开放式是指将各方面网络系统连接起来，实现系统与外界的实时联系，大大提高系统信息处理的能力，为避免分散系统的危险，使系统正常运行，一般采用在网络中建立独立网络的分布式结构，保证系统安全平稳运行。

电气自动化技术在我国的发展应用，大大加快了水泥工业的发展进程，不仅节省资源，降低成本，为企业创造了良好的社会效益、经济效益，同时也大大缩短了与先进工业巨头的技术差距。自主研发，更是实现了我国电气自动化的规模化生产，促进了国民经济的发展，规范了我国电气自动化技术的行业标准。

我国社会经济发展速度的飞跃，各地基础建设的提升，使得水泥资源有了更多的需求量，水泥生产技术己经成为推动我国经济发展，生产制造的关键性因素，因此实现水泥生产设备的自动化运行是顺应当前市场需求的重要措施。就目前我国水泥生产设备自动化技术的发展技术来看，依然存在诸多的不足，尚有很大的进步空间需要进一步的改进完善。同时，也为我国水泥生产设备的安全性能提出了更改的要求，确保系统的安全稳定运行，维护水泥生产工作者的生命安全己经成为当前的重要问题。因此，在未来的发展中，国家要对水泥生产设备的自动化技术投入更多的重视，加大在这一领域的资金投入、人才培养以及技术提供，从而实现我国水泥生产工作安全高效的开展。

总之，我们应密切关注国内外电气自动化先进技术的发展趋势，结合国内实际情况继续创新和发展，使控制思想和设计理念实现创新和优化。在技术先进、经济合理的前提下为水泥工业的结构调整，为水泥工业新的跨越式发展做出贡献。

参考文献:

[1].梁凤珍.赵慧峰.浅析电气自动化技术在水泥生产中的应用及发展趋势.[J].科技创新导报.2012.

[2].何贤义.浅谈数字技术在工业电气自动化中的应用与创新.[J].中国电力教育2010.