爲提高我國(guó)水泥工業的技術水平，水泥技術裝備平台願意與各水泥企業及技術、管理人員一起(qǐ)，逐步解決新型幹法水泥生産線的各種(zhǒng)技術問題，爲水泥企業降低運行成(chéng)本做出努力，并實現與水泥行業人員合作共赢、全面(miàn)拓展。
1水泥工廠智能(néng)化背景分析
随着新一代信息技術與制造業的深度融合,形成(chéng)了新的生産方式、産業形态、商業模式和經(jīng)濟增長(cháng)點。基于信息物理系統的智能(néng)化水泥工廠正在引領水泥制造方式的變革;精準供應鏈管理、全生命周期管理、電子商務等正在重塑水泥産業價值鏈體系。
同時,水泥行業的發(fā)展環境發(fā)生了重大變化。随着我國(guó)經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)入新常态,水泥行業發(fā)展面(miàn)臨着新的挑戰。資源和環境約束不斷強化,勞動力等生産要素成(chéng)本不斷上升,水泥行業利用規模擴張的粗放發(fā)展模式已經(jīng)難以爲繼,水泥行業的轉型升級、提質增效已經(jīng)刻不容緩。因此,急需推進(jìn)水泥生産過(guò)程智能(néng)化,培育新型的生産方式,全面(miàn)提升企業生産控制、管理的智能(néng)化水平。
將(jiāng)智能(néng)控制、智能(néng)物流、信息化管理等技術應用到水泥生産的全過(guò)程,通過(guò)物聯網、互聯網、大數據等的綜合應用,將(jiāng)進(jìn)一步優化生産控制過(guò)程,提升質量控制技術,完善質量管理機制,提高設備管理水平等,實現對(duì)水泥工廠的智能(néng)管控。爲水泥企業轉型升級、提質增效、節能(néng)降耗、減員增效創造條件。
《建材工業發(fā)展規劃(2016~-2020年)》提出堅持融合發(fā)展,推進(jìn)業态和模式創新,促進(jìn)信息技術與建材工業深度融合,強化建材工業與建築業等上下遊産業跨界互動,加快建材工業由生産型制造向(xiàng)服務型制造轉變。規劃要求2020年規模以上企業中智能(néng)工廠數量達到200家以上,應用電子商務開(kāi)展采購、銷售等業務的比例達到40%,關鍵工序數控化率達到60%。深化互聯網、移動互聯網、工業互聯網、物聯網、雲計算、大數據在建材工業應用,加快兩(liǎng)化融合管理體系标準普及推廣。重點推進(jìn)建材企業信息技術的綜合集成(chéng)應用,實現生産制造、經(jīng)營管理等過(guò)程的信息共享和業務協同。促進(jìn)信息技術在節能(néng)降耗減排和循環經(jīng)濟等方面(miàn)的廣泛應用,加快推廣企業能(néng)源管控中心項目建設。支持建材企業開(kāi)展信息物理系統應用,推廣應用大數據、數據倉庫、決策支持系統(DSS)和商務智能(néng)(BI)等信息技術,加強企業信息資源開(kāi)發(fā)利用和市場動态監控預警。鼓勵建設并使用公共雲服務平台。深化智能(néng)感知、工藝分析、在線仿真等技術在生産過(guò)程中的集成(chéng)應用。推進(jìn)數字化車間、工業機器人、智能(néng)傳感器、智能(néng)儀器儀表、在線檢測設備、固體廢棄物智能(néng)化分選裝備、智能(néng)化除塵裝備等應用,推進(jìn)建材工業生産過(guò)程數字化、智能(néng)化、柔性化。重點支持開(kāi)發(fā)适合建材工業高溫窯爐和大流量傳輸實時監測的溫度、壓力、質量、流量、物料成(chéng)分等傳感器,實現建材生産過(guò)程數字化、可視化。開(kāi)展“機器代人”等專項試點,應用智能(néng)制造關鍵技術開(kāi)展智能(néng)工廠、數字礦山、工業機器人試點示範研究,推廣智能(néng)傳感器等,力争到2020年建材企業中達到智能(néng)制造水平的不少于200家。
《建築材料工業“十三五”科技發(fā)展規劃》要求大力發(fā)展智能(néng)制造技術,加速建材行業“兩(liǎng)化”融合。把智能(néng)制造作爲兩(liǎng)化深度融合的主攻方向(xiàng),重點開(kāi)發(fā)智能(néng)化工藝設計、系統仿真、人工智能(néng)操作與管理中的集成(chéng)與應用技術,産品全生命周期數字化設計模式,數字化、智能(néng)化、網絡化爲特征的自動控制系統和裝備,提升智能(néng)制造水平。加快建材行業信息資源開(kāi)發(fā)和公共服務平台建設,采用新一代信息技術與建材工業在裝備、工藝、生産、管理、服務等方面(miàn)的深度融合,實現建材工業的創新發(fā)展、綠色發(fā)展。加強工業互聯網、智能(néng)機器人等智能(néng)化技術在建材工業生産過(guò)程的研究與應用示範,加快建立以智能(néng)工廠爲代表的現代生産體系,建立以産品訂單、産品質量、物料消耗和排放相适應的原燃材料進(jìn)場、生産設備和生産工藝的穩定優化運行的工業互聯網系統,實現智能(néng)轉型。
以上一系列政策要求水泥企業加快智能(néng)化改造,提高企業效益和社會效益。
2實現智能(néng)化工廠需滿足的基本條件及基本解決方案
工廠智能(néng)化高效運行的基礎是設備運行的高運轉率和各傳感器的高可靠性,設備和控制系統正常運行才能(néng)實現智能(néng)工廠節能(néng)、智能(néng)和高效。2.1實現智能(néng)化工廠需滿足的基本條件
1)改造設備現存的結構設計不合理導緻的問題;2)采購質量可靠的零部件、耐磨易損件,提高設備使用耐久性;
3)采購質量可靠的傳感器、執行器,提高計量值和自動控制的可靠性;
4)液壓站、稀油站等液壓元件質量可靠,需保證泵、閥的壽命及密封效果;
5)嚴格遵守計劃檢修,降低設備損傷程度以及降低設備使用過(guò)程中故障導緻的額外維護;
6)改變觀念,先進(jìn)的設計需要許多傳感器和控制系統的支撐,這(zhè)些原件或控制系統和機械零部件一樣會有壽命,損壞時需要的是及時修複而不是直接棄用。
2.2實現智能(néng)化工廠基本解決方案
1)增加測點:增加設備上的測溫、測振、測壓、料位監測,減輕巡檢工的巡檢點數和勞動負荷,尤其對(duì)于一些位置較高的巡檢點,如鬥式提升機、庫頂斜槽及預熱器等,這(zhè)些新增的測點還(hái)是某些專家系統的數據采集基礎。
2)增加必要的攝像頭,實時監控設備運行狀況,減輕巡檢工的巡檢點數和勞動負荷,也可輔助中控操作現場設備。
3)提升設備自動化、智能(néng)化控制:例如實現主機設備無人化控制、增濕塔噴水系統改造、篦冷機液壓推杆的中控操作等。
4)通過(guò)設備管理軟件,提高設備管理的信息化水平,提升設備管理能(néng)力。
3智能(néng)化工廠實施的主要内容3.1智能(néng)化工廠改造的總體内容
總體内容包括:數字化車間設計;質量控制自動化;生産控制智能(néng)化;物流控制智能(néng)化;生産管理信息化;生産過(guò)程可視化;數據中心建設。
實施智能(néng)化工廠目标:穩定生産、提質增效、節能(néng)降耗、減員增效。落實實施智能(néng)化工廠的基礎條件:完善設備的可靠性,基本保證檢測儀表的穩定、準确性,優化智能(néng)控制系統的可靠性、穩定性、先進(jìn)性,保證原燃材料的穩定性等。
1)通過(guò)能(néng)源管理系統,對(duì)企業能(néng)源消耗的過(guò)程數據實時監控、記錄、分析,爲節能(néng)降耗提供直觀科學(xué)的依據。在提升生産系統穩定性的前提下,可直接帶來節煤節電的經(jīng)濟效益,提高企業親谷境急盛基白
2)通過(guò)設備管理系統,包括:設備資産管理、主機設備在線診斷分析、智能(néng)巡檢、備品備件管理、OEE分析等組件,提升設備管理效率,規範設備管理要求,降低勞動強度。
3)專家優化系統連接生産控制系統及管理系統,實現對(duì)工業過(guò)程的控制、穩态及優化,并能(néng)在一定條件下用于幫助或替代操作員控制、管理生産。
4)通過(guò)智能(néng)物流管理系統實現公司日益發(fā)展的物流管理要求,提高物流速度,降低物流和人員成(chéng)本。
5)通過(guò)質量管理信息化手段,提高質量控制、質量分析和質量管理水平,使企業質量管理變得更加高效、有效、可控、可追溯,并能(néng)通過(guò)質量管理信息，提供質量控制和質量管理決策依據。
6)通過(guò)遠程服務平台,可提供有效﹑快捷的遠程服務。
3.2數字化車間設計
1)通用設備增加數據采集要求
①電動機:電動機繞組、軸承溫度,振動檢測,變頻器頻率(若有)(55kW及以上的大電動機檢測功率)。
②減速機:55kW及以上檢測油溫和軸承溫度(高速軸),振動。
③稀油潤滑站:電動機及油泵信号,出口油溫,回油管路中的油溫,出管道(dào)流量,供油壓力,壓差信号,油箱液位,加熱器啓停,備用泵切換信号。
④幹油潤滑站:壓力及幹油分配閥信号(改造使用智能(néng)潤滑油站,每個注油嘴單獨監測)。
⑤液壓站:主油泵信号,油箱液位,出口油溫,供油壓力,壓差信号,加熱器啓停,備用泵切換信号,液壓缸及各測點壓力,液壓缸位移(需改造原液壓控制箱)。
⑥大型風機:軸承溫度、振動值。⑦羅茨風機:油溫。
備注:針對(duì)重要軸承,如大型風機軸承、輕壓機軸承等,建議配置軸承自動檢測及故障診斷系統。
相關檢測信号首先進(jìn)其自帶的子控制系統,其子控制系統采用PROFIBUS_DP通訊方式與DCS系統之間實現數據采集。
2)工藝設備的工藝參數主要設備工藝參數見表1。3.3質量控制自動化
原燃材料的質量控制是通過(guò)智能(néng)物流或智能(néng)物流加在線檢測措施實現。在線檢測措施作爲備選項
永泥技濠質備平台
确認。采用在線分析儀和在線細度檢測儀方式,實現生産過(guò)程質量控制的全過(guò)程。主要有:原料配料站入磨皮帶在線分析儀;生料磨出磨成(chéng)品采用細度檢測儀;水泥磨出磨在線顆粒級配檢測儀;煤粉細度在線檢測儀。
3.4生産控制智能(néng)化
生産控制智能(néng)化包含:計算機控制系統的擴展，燒成(chéng)系統和磨系統的專家優化,水泥包裝自動化(與智能(néng)物流一卡通集成(chéng)),散裝控制自動化(與智能(néng)物流一卡通集成(chéng)),堆取料機無人駕駛自動化,全廠供水、供氣自動化控制,改變部分設備的控制模式如立磨控制、稀油站控制等,進(jìn)一步完善DCS系統控制要求，如增加PID自動回路調節、增加系統顯示信息、增加設備及工藝等報警檢測及預警信息等自動控制水平和控制手段,提升控制的智能(néng)化水平。
1)計算機控制系統改造要求
根據各專業數字化采集要求,原有DCS系統的配置要求已不能(néng)滿足智能(néng)化工廠的設計要求。因此,原有的DCS系統配置需從以下幾個方面(miàn)提升要求:
授權:3增加PROFIBUS_DP主站模塊;4增加雙屏顯示功能(néng)。
2)提高控制軟件處理功能(néng)
提高自動化控制水平和控制手段,是實現生産
控制智能(néng)化的華知金l精制的必要措施。.時
結合傳統的控制系統編程要求,針對(duì)項目的改
造要求,提出如下措施:
①完善傳統的邏輯控制要求;
②增加工藝、設備參數的信息顯示功能(néng);
③完善、修改部分設備如立磨控制箱、稀油站控制箱、堆取料機控制箱等的遠程控制和操作功能(néng);
④4增加和完善PID自動控制調節回路;
⑤建立設備分級和故障分級系統,結合邏輯控
備按車間要求、工藝要求、設備要求劃分爲1類設備、2類設備、3類設備等,根據設備的重要性确定在程序
中的處理過(guò)程。例如將(jiāng)小袋收塵器設爲2類設備,如
做延時判斷,在規定的時間内如處理不好(hǎo),再決定是否停相關設備。
⑥將(jiāng)專家優化軟傳感器技術作爲關鍵測量設備的備份。比如當一個關鍵過(guò)程測量設備失效時,運用軟傳感器,代替設備做出有效的預估。這(zhè)就允許損壞設備維修期間控制和優化系統可以持續工作。
3)PID調節回路
在應用軟件程序編制中,根據工藝、設備要求,完善和增加PID自動調節回路,提高自動控制水平。
PID智能(néng)調節:涉及到物料量、氣流量變化的設備(闆喂機、給料機、秤、閥門等)根據産量設定最佳工作參數點,當工作參數偏離最佳工作參數點時能(néng)自動調節,減少中控人員手動操作的工作量。
主要PID回路控制點有:
①在石灰石、輔料、石膏和混合材破碎機受料皮帶上設置秤計量,將(jiāng)物料量反饋給闆喂機,闆喂機變頻調速,調整闆喂機的給料速度,自動調整輸送量。
②生料配料秤及闆喂機通過(guò)在線分析儀實現自動控制。
③生料磨入口溫度由循環風機轉速控制。4窯尾排風機轉速由高溫風機出口壓力控制。⑤噴水增濕系統由高溫風機入口溫度控制。
⑥生料庫入倉流量閥由小倉倉重控制。⑦生料倉和煤粉倉下流量閥由轉子秤控制。⑧窯頭罩負壓由窯頭排風機轉速控制。主要PID回路控制點的控制方式見表2。
4)水泥包裝自動化
建議部分水泥包裝采用自動插袋、自動裝車功能(néng),可以有效降低勞動定員,提高勞動效率,提升勞動安全。
包裝自動化控制系統與智能(néng)物流一卡通相結合,實現部分水泥包裝車間的智能(néng)化要求。
5)水泥散裝控制自動化
改造原有的散裝控制箱,將(jiāng)散裝的自動控制、結合視頻監控與智能(néng)物流一卡通,實現水泥散裝的智能(néng)化要求。
6)水處理自動化
水泵房不設崗位,自動調壓,壓力在中控室顯示。具體措施:水泵房的控制改至中控室控制,基于能(néng)源管理要求,增設電磁流量計,流量信号(包括瞬時流量和累積流量)通過(guò)總線通訊方式傳至中控室和能(néng)源管理中心。在出水總管上安裝壓力變送器，壓力信号傳至中控室。
建議:各車間進(jìn)水總管設電磁流量計,流量信号(包括瞬時流量和累積流量)通過(guò)總線通訊方式傳至中控室。流量計前設電動閘閥(管徑不小于DN50)或電磁閥(管徑小于DN50)。另外設旁通管。
在中控操作畫面(miàn)編制全廠用水管網監測畫面(miàn)，中控操作員對(duì)全廠用水及各車間用水顯示、監視、調節。提高用水效率,不設巡檢工。
7)壓縮空氣站智能(néng)控制
改變原壓縮空氣控制箱現場控制模式至中控控制,空壓機控制箱按運行時間選擇卸載和運行,保證設定的總管壓力範圍。同時設壓力變送器,信号傳至中控室。基于能(néng)量管理要求,建議加設氣體流量計。保證最遠點壓力在0.5 MPa以上,每個車間壓力在中控室顯示,中控室設壓縮空氣管網的界面(miàn)。
各車間儲氣罐前依次設電動閘閥或電磁閥及截止閥,外設旁通截止閥。儲氣罐後(hòu)加裝壓力變送器,壓力信号傳至中控室,顯示實時壓力。電磁閥(電動閥)可以在中控人工開(kāi)關,停産關,工作開(kāi)。
在中控操作畫面(miàn)編制全廠用氣管網監測畫面(miàn)，中控操作員對(duì)全廠用氣及各車間用氣顯示、監視、控制。提高用氣效率,不設巡檢工。
8)專家優化系統
專家優化是實現智能(néng)控制、減員增效、節能(néng)減排的具體措施。考慮采用:①燒成(chéng)系統專家優化;②生料磨系統專家優化;⑶煤磨系統專家優化;④水泥磨系統專家優化。
水泥專家優化系統是專門針對(duì)水泥生産線的高級自控優化系統,通過(guò)運用模糊邏輯、模型預估、神經(jīng)元網絡等先進(jìn)人工智能(néng)控制技術,可以實現對(duì)水泥工廠的全自動操作,減少中控操作員數量,消除操作員人爲因素對(duì)生産的不利影響,并且在穩定工況的前提下實現降低水泥生産企業能(néng)源消耗,降低碳排放,達到增産保質的效果,提高了生産效率,降低了生産成(chéng)本,提高了企業的核心競争力。
3.5物流控制智能(néng)化
升級智能(néng)物流一卡通系統,結合水泥散裝、水泥包裝的自動化改造,實現原燃材料采購運輸及産品銷售自動處理,融合采購、銷售、質量、财務信息,打造智能(néng)物流系統,并且和ERP系統實現松耦合的集中分布式架構,有效整合ERP、MES系統和智能(néng)物流系統,提升物流系統的運行效率,降低物流運行成(chéng)本。形成(chéng)對(duì)原燃材料等的采購、水泥銷售、質量等的整體管控要求。3.6可視化
3.6.1現場可視化
在原有的現場視頻監控基礎上,根據各專業要求,合理增加部分視頻監控點。
原則:需要人工巡檢的閥門、溜子及相關設備總體情況等關鍵部位設置攝像頭,視頻信号連至中控,由中控人員進(jìn)行監控,減少巡檢人員數量。視頻監控點設備情況見表3。
 
3.6.2生産數據可視化
完成(chéng)對(duì)生産流水線上重要工藝參數.設備狀态、料位、喂料量進(jìn)行監視。所有圖形根據工廠原有圖形站上的生産流程圖進(jìn)行設計,所有顯示值均爲動态數據,實時刷新。可視化具有如下功能(néng):
1)生産工藝流程圖
完成(chéng)對(duì)生産流水線上重要工藝參數.設備狀态、料位、喂料量等的監視。所有圖形根據工廠原有圖形站上的生産流程圖進(jìn)行設計,所有顯示值均爲動态數據,定時刷新。主要有:生産流程顯示、工藝參數顯示、主機設備運轉狀态顯示,報警顯示等。
2)趨勢曲線
以曲線形式顯示生産流程上重要工藝參數的實時及曆史變化趨勢,并將(jiāng)相關的曲線放在一個屏顯示,用于分析對(duì)比。主要有:分類定義曲線、實時曲線顯示、曆史曲線顯示、曲線縮放。
3)生産報表
定時工藝參數報表,生産統計按班/日/月/年報。4)遠程監控
通過(guò)VPN連接,可以實現在任何地方隻要有Internet就能(néng)監控工廠,同時能(néng)查看曆史曲線,分析和優化工廠,進(jìn)行事(shì)故分析。
3.6.3 生産管理可視化
從生産排程、物料庫存、物料消耗、質量情況、能(néng)源消耗、備品備件等各個環節,以圖表的形式提供給相應的管理人員,供管理人員決策。
3.7生産管理信息化MES
在水泥制造企業裡(lǐ),MES系統是面(miàn)向(xiàng)生産、計劃、執行利用的主要信息化手段和工具,管理的核心功能(néng)處于運營管理層面(miàn),但其信息流和部分功能(néng)則橫跨生産控制層和業務管理層,成(chéng)爲一個跨管理領域、跨系統的綜合性管理系統。
1)建立集中扁平化的集團管控模式
在新常态下,我們面(miàn)臨着快速變化、激烈競争的商業環境,從金字塔式的分權管理轉變爲扁平化的集權管理已成(chéng)爲全球領先企業的共同選擇。實施集中管理、分散經(jīng)營的運營模式,公司能(néng)夠在全球範圍内實現制造成(chéng)本的下降和提升整個價值鏈對(duì)市場的響應速度。集中扁平化的管控模式體現爲集中管理、分散經(jīng)營,内部供應鏈高度集成(chéng)的管理體系。
2)建立基于價值鏈的管理流程
集成(chéng)價值鏈管理系統把整條價值鏈上的活動作爲一個連續的、無縫進(jìn)行的過(guò)程來加以規劃和優化,進(jìn)行相應的組織結構設計,而不是按照活動功能(néng)分隔開(kāi)來設計組織結構,推動從科層制的縱向(xiàng)流程轉變爲基于供應鏈的橫向(xiàng)流程。
随着企業規模擴大,縱向(xiàng)流程延長(cháng)信息溝通渠道(dào),導緻效率低下,産生利益本位主義,增加管理成(chéng)本,不利于對(duì)市場變化做出快速反應。在國(guó)際化、信息化時代背景下,流程再造的目标就是打破縱向(xiàng)流程,建立基于供應鏈的橫向(xiàng)流程,提升公司對(duì)市場的響應速度,從而降低成(chéng)本。不僅是總部職能(néng)部門之間,而且在總部與子公司、事(shì)業部之間都(dōu)要有清楚并且順暢的業務流程關系。在信息系統的支撐和控制下,流程運行高效快捷。
通過(guò)MES系統,進(jìn)一步提升生産管理、設備管理、質量管理水平,通過(guò)大數據分析處理,給生産管理者提供決策依據。
生産管理信息化設計了以下管理模塊:生産計劃管理;生産執行管理;庫存管理;生産過(guò)程監控管理;質量管理;設備管理;備品備件管理;生産對(duì)标管理;APP移動查詢。
系統上線的過(guò)程也就是流程再造和管理變革提升的過(guò)程,解決方案的實施必須和流程再造緊密結合,才能(néng)取得成(chéng)功,才能(néng)真正實現商業模式的轉型。3.8能(néng)源管理中心
能(néng)源管理系統是企業信息化系統的一個重要組成(chéng)部分,它的主要功能(néng)是實現能(néng)源系統分散的數據采集和控制、集中的管理調度和能(néng)源供需平衡,以及實現所需能(néng)源預測,爲在生産全過(guò)程中實現較好(hǎo)的節能(néng)、降耗和環保的目标創造條件。
集成(chéng)、融合是能(néng)源管理信息系統的基礎,數據處理、數據分析是手段,節能(néng)、降耗、降低成(chéng)本是目的。3.9建立生産數據中心
根據每個工廠的實際情況,設置一套數據服務器,該服務器的重要功能(néng)完成(chéng)設備數據、質量數據、能(néng)源數據、生産數據、供應數據、銷售數據等的采集與管理,建立一套完整的數據采集與數據處理中心，將(jiāng)數據中心和MES系統共用統一平台。
4結論及建議
1)水泥工廠智能(néng)化是經(jīng)濟發(fā)展的必然趨勢,是實現《建材工業發(fā)展規劃(2016~2020年)》的必要措施。
2)將(jiāng)智能(néng)控制、智能(néng)物流、信息化管理等技術應用到水泥生産的全過(guò)程,通過(guò)物聯網、互聯網、大數據等的綜合應用,進(jìn)一步優化水泥生産控制過(guò)程,提升質量控制技術,完善質量管理機制,提高設備管理水平等,實現對(duì)水泥工廠的智能(néng)管控,技術上是可行的,國(guó)内已經(jīng)有多條示範生産線。
3)水泥工廠智能(néng)化將(jiāng)有利于企業提高勞動生産率,節能(néng)降耗,降低成(chéng)本,提高企業經(jīng)濟效益。
4)建議水泥工廠根據企業各自設備維護情況及管理水平,對(duì)近年投産的生産線優先升級改造,也可以分步實施,先從智能(néng)物流着手;企業應事(shì)先做好(hǎo)可行性研究及風險防範,與地方政府充分溝通,做好(hǎo)轉崗分流人員預案,減少失業人員,保持社會穩定。