張曉君

（山西晉興奧隆建材有限責任公司， 山西 忻州 036300）

引言

隨著各類基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)力度不斷加大，對水泥的需求量與日俱增，因此為滿足巨大的市場需求，各水泥生產(chǎn)企業(yè)對水泥生產(chǎn)的效率和質(zhì)量要求不斷提高[1]。目前各大水泥生產(chǎn)企業(yè)的水泥粉磨控制系統(tǒng)自動化程度較低，粉磨過程嚴重依賴于操作人員的熟練程度，不僅生產(chǎn)效率低下而且導致水泥產(chǎn)品的質(zhì)量波動較大，嚴重限制了水泥生產(chǎn)企業(yè)的進一步發(fā)展，因此如何對現(xiàn)有粉磨控制系統(tǒng)進行優(yōu)化，提高粉磨生產(chǎn)過程的自動化程度和水泥產(chǎn)品質(zhì)量，是擺在水泥生產(chǎn)企業(yè)面前的一道難題。

1 水泥粉磨生產(chǎn)線工藝流程

本文以某水泥廠的粉磨生產(chǎn)工藝為例，其粉磨過程主要包括原料段、輸送段以及磨機段三個過程，在實際生產(chǎn)時，首先水泥熟料等原料在原料段經(jīng)過混合處理后由升降送料機將其送入到粉磨的原料料倉內(nèi)，水泥熟料在料倉內(nèi)首先經(jīng)輥壓機對其進行碾壓、稱重，然后將原料傳送到烘干機進行烘干處理，最后再由輸送設(shè)備將其轉(zhuǎn)入到選粉機內(nèi)進行分選，將水泥熟料粒度超標的部分篩選出來再將其傳送到球磨機處進行碾磨處理后進行再次分選，將其中粒度符合要求的部分直接傳送到成品區(qū)進行打包處理，其中粒度不符合要求的再次進入到球磨機內(nèi)進行碾磨處理，如此反復循環(huán)，直到所有的水泥熟料均完成磨粉處理[2]，水泥熟料的粉磨生產(chǎn)過程如圖1所示。

由圖1可知，料倉位于線體的原料段，在料倉的下端設(shè)置有一個自動控制閥門，該處設(shè)置的傳感器設(shè)備可以根據(jù)監(jiān)測到的料倉質(zhì)量精確換算出水泥熟料在料倉內(nèi)的粒位，然后根據(jù)系統(tǒng)整體的水泥粉磨速度，控制料倉的開啟和閉合，實現(xiàn)連續(xù)供料。球磨機是用于將大直徑的水泥熟料進行碾磨的設(shè)備，主要用于將進入球磨機內(nèi)部的物料進行碾壓和研磨，使其滿足生產(chǎn)時設(shè)定的水泥顆粒的直徑要求，球磨機的工作情況直接關(guān)系到了水泥產(chǎn)品的質(zhì)量。

圖1 水泥粉磨生產(chǎn)線工藝流程圖

2 基于SIMATIC的粉磨控制系統(tǒng)

在對水泥生產(chǎn)的粉磨工藝流程進行分析的基礎(chǔ)上，基于目前自動控制、監(jiān)測、信息化技術(shù)的飛速發(fā)展，本文提出了基于SIMATIC的水泥粉磨自動控制系統(tǒng)，其包含了工藝過程控制對象、自動化控制站、優(yōu)化控制決策模塊等，整體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 基于SIMATIC的水泥粉磨自動控制系統(tǒng)

在該控制系統(tǒng)中，核心為工程師控制站，它是系統(tǒng)對整個水泥粉磨工藝流程進行控制的核心，在該控制站點，利用集成的SIMATIC控制軟件對各監(jiān)測和控制工作站進行集成控制。

3 粒位監(jiān)測控制系統(tǒng)的設(shè)計

在水泥粉磨處理時如何對料倉內(nèi)的水泥熟料量進行監(jiān)測，直接關(guān)系到水泥粉磨的效率和質(zhì)量，料倉內(nèi)的水泥熟料過多說明下料過少，造成水泥粉磨的效率低下，如果水泥熟料在料倉內(nèi)過少，則說明同時涌入選粉機內(nèi)的水泥熟料過多，將導致分選效率下降，造成水泥成品粒度超標，嚴重影響水泥產(chǎn)品的質(zhì)量，因此需要對水泥料倉內(nèi)的水泥熟料的粒位進行精確監(jiān)測和控制，其整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 水泥粒位控制流程示意圖

在工作時，如果系統(tǒng)實際監(jiān)測到的物料位置信號為Dact，系統(tǒng)設(shè)定的料位信號為Dset，則實際的粒位的偏差為△Dact，由于料倉開啟后物料從下落到進入輥道之前仍有距離，因此物料在運輸時的速度是一個非常重要的控制值。將△Dact和物料的輸送速度設(shè)置為粒料控制器的控制參數(shù)，經(jīng)過SIMATIC控制系統(tǒng)的運算后把料倉的控制閥門的調(diào)節(jié)量△O和水泥熟料的入料速度設(shè)置為系統(tǒng)的關(guān)鍵控制信號，實現(xiàn)對料倉控制閥門的動態(tài)閉環(huán)調(diào)整，滿足△Dact趨近于零的控制要求。由其控制邏輯可知，料倉的控制閥門在調(diào)整的時候必須根據(jù)物料下落時的傳輸速度來確定，避免只保證料位而忽視了下落物料溢出的情況，當物料下落速度為零時，即便是在料倉內(nèi)處于一個高位，那么為了避免下落物料的溢出，也必須保持料倉處于關(guān)閉的狀態(tài)[3]。

4 出料閥給定與稱重倉料位的控制

水泥的粉磨過程是一個非常復雜的基于多變量的耦合生產(chǎn)流程，各流程工序之間需要控制的變量多，傳統(tǒng)的僅靠工作人員根據(jù)工作經(jīng)驗調(diào)節(jié)極易導致生產(chǎn)過程的波動，影響產(chǎn)品品質(zhì)，特別是在粉磨生產(chǎn)過程中出料閥的給定和稱料倉位的聯(lián)合控制方面[4]，直接關(guān)系到水泥粉磨生產(chǎn)的穩(wěn)定進行。

稱重倉料位智能化控制的意義在于確保粉磨生產(chǎn)過程中整個工藝流程物料供應(yīng)系統(tǒng)的有機平衡，實現(xiàn)球磨機和選粉機之間物料的連續(xù)動態(tài)供應(yīng)，實現(xiàn)水泥熟料連續(xù)、穩(wěn)定的分選，確保水泥分選后的粒度滿足生產(chǎn)要求，因此在現(xiàn)有控制流程基礎(chǔ)上對料倉出口控制閥門的設(shè)定總量給定和料倉料位的關(guān)系進行了研究，實現(xiàn)了對整個出料閥給定與稱重倉料位的動態(tài)平衡控制，其整體控制流程如圖4所示。

圖4 出料閥給定和稱重倉料位動態(tài)控制流程

在實際的生產(chǎn)中，因位于料倉內(nèi)的水泥熟料由多種直徑的塊狀物組成，在根據(jù)系統(tǒng)反饋信號對料倉的控制閥門進行調(diào)節(jié)后，其入料的速度將會根據(jù)閥門調(diào)節(jié)的大小進行一個短時間的流速緩存，在流速穩(wěn)定后才會進入到一個實際的供料平衡狀態(tài)，因此為了確保供料系統(tǒng)調(diào)節(jié)的準確性，需要在調(diào)節(jié)控制閥門的時候，根據(jù)開口的大小對其設(shè)定一個延時保護時間。由圖4可知，當料倉的物料料位位于系統(tǒng)設(shè)定的料位上限時，需要控制機構(gòu)控制降低閥門開啟的大小，并根據(jù)設(shè)定的延時保護時間在保護時間內(nèi)對其流量進行觀察確認，當系統(tǒng)檢測到的物料料位的均值小于系統(tǒng)設(shè)定的料位下限時，同樣由控制系統(tǒng)控制調(diào)節(jié)閥門的給定量，并進行相應(yīng)的延時觀察，實現(xiàn)物料給定的連續(xù)和平穩(wěn)性。

5 結(jié)論

水泥廠的粉磨機是將小的水泥物料顆粒研磨成粉的設(shè)備，其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到水泥的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，針對水泥廠現(xiàn)有的粉磨控制系統(tǒng)在實際應(yīng)用中存在的自動化程度低、效率低下，產(chǎn)品質(zhì)量嚴重依賴于工人操作的難題，提出的基于SIMATIC的水泥廠粉磨控制系統(tǒng)的優(yōu)化方案，對水泥生產(chǎn)過程中的各工藝參數(shù)及系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，極大提升了水泥廠粉磨過程的自動化程度和產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，使企業(yè)達到降本增效的目的。