十二、建材行业-水泥控制工程
介绍:
水泥
熟料生产线
水泥粉磨控制
水泥余热发电控制
实时信息系统在塔牌旋窑水泥的成功应用
新型干法熟料生产线控制方案
一.水泥厂常见电气设备的控制方法
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；
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；
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。
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
4．解锁
解锁后电机可脱离组控制，可以单独控制开停。
5．电机正反转
如 电动液压推杆；闸板阀等，属于正反转的设备。其测点包括:
备妥（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）。
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。
闸板阀随组启动打开；随组停车关闭；
6．高压电机控制
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 事故跳闸
FT2 综合过电流继电器故障
FT3 失电报警
FT4 跳闸回路断线
FT5 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。
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。
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。
9．阀门的控制
一、模拟量阀门:有模拟量的给定和反馈；
二、混合控制阀门:是有模拟量的反馈和阀门的开、关驱动；
三、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。
二、各工段控制方案
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。
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。
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。
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。
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。
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。
400万吨/年 水泥粉磨站方案
一。DCS系统结构
→采用可靠性高的双冗余结构。拓扑图如下:
→特点
网络:100M工业以太网、一用一备。
主控单元:一用一备、冗余配置。
IO模块:带电插拔、点点隔离、无需隔离器。
二。 流程画面
1.水泥配料取送画面
2.水泥磨
3.水泥库
三。控制方案
1、 水泥配料取送受控设备:
2、 水泥粉磨受控设备:
3、 水泥入库受控设备:
水泥余热发电生产工艺及控制
水泥余热发电，随着熟料生产工艺线的不同，一般有两种窑型，三种发电模式。
→两种窑型:
余热发电窑
采用立式余热锅炉和补汽式汽轮发电机组的二级余热发电系统。立式余热锅炉彻底解决了卧式余热锅炉漏风及炉内温度场实际分布与锅炉设计时所假想的温度完全不相同的问题，可以大大提高锅炉蒸汽产量；篦冷机或立式余热锅炉排出的200℃左右废气余热可以充分回收并用以发电。这样可使吨熟料余热发电量在熟料热耗不变的前提下提高到195千瓦小时以上，使水泥窑综合能耗达到同规模预分解窑的能耗水平。
预分解窑及预热器窑
为了克服带补燃锅炉的中低温余热发电系统存在的缺点，采用补汽式汽轮机组，充分回收200℃以下的废气余热，同时补燃锅炉应当以煤矸石等劣质煤或垃圾为燃料，除节约优质煤外，还可为水泥生产提供原料，降低发电成本，进一步提高经济效益。
→三种发电模式:
中空窑高温余热发电
预分解窑及带补燃锅炉的中低温余热发电
纯低温余热发电
中低温余热发电主要是回收利用预分解窑或悬浮预热器窑窑头冷却机200℃废气、窑尾400℃废气，用于发电或热电联供。
余热电站一般采用4.5MW（不等）汽机装机容量，所涉及到的控制系统主要是MCS（模拟量控制）和SCS（顺序控制），在控制方案中，逻辑（顺序）控制占多数，主要是各电器设备的逻辑启停；模拟量控制回量以常规PID为主，水位控制以减温水控制回路以串级控制算法为主。
下文简要谈谈纯低温余热发电的控制方案。
一、生产工艺
窑头篦冷机和窑尾预热器来的废气，通过锅炉与锅炉内布置的过热器、蒸发器、省煤器产生热交换，加热水产生高压饱和蒸汽，带动汽轮机转动做功，从而带动发电机发电。一般主机为两台余热锅炉(窑头AQC锅炉和窑尾SP锅炉)和一套汽轮发电机组。为减轻废气对AQC锅炉的磨损，在锅炉前设置了沉降室、AQC炉输灰系统除去烟气中的粉尘，SP炉设机械振打解决粉尘附着问题。AQC省煤器出水分两路:一路进入AQC汽包，另一路进SP锅炉省煤器。AQC锅炉产生的主蒸气和SP锅炉产生的主蒸气混合后进汽轮机进汽口。SP锅炉汽包进水由AQC省煤器供给，当AQC锅炉未投用时也可由锅炉给水泵直接供给而独立运行。两台锅炉都设计有旁路系统，当锅炉停用时水泥生产系统可正常运行。
二、控制方案
1、窑头余热炉:
主蒸汽温度、压力及汽包压力的检测。
汽包水位的三冲量控制:以汽包水位作为主调，以主蒸汽流量和给水量为参考的三冲量液位调节系统。在三参数液位调节时，如果产汽量或给水量发生变化，在液位未变化前就调整给水量，以保证汽包液位稳定，特别是能克服产气量突然增加造成汽包假液位现象。
窑头余热锅炉输灰系统:AQC1炉星型下料器、AQC炉2#链式输送机、AQC炉1#链式输送机间的顺序起停（由后向前开，由前向后关），以及故障保护（当后面的电机出现故障时，前面的电机必须停）汽包水位报警。
2、窑尾余热炉:
主蒸汽温度、压力及汽包压力的检测。
汽包水位的三冲量控制:以汽包水位作为主调，以主蒸汽流量和给水量为参考的三冲量液位调节系统。在三参数液位调节时，如果产汽量或给水量发生变化，在液位未变化前就调整给水量，以保证汽包液位稳定，特别是能克服产气量突然增加造成汽包假液位现象。
汽包水位报警。
3、汽机汽水:
•凝结水泵、给水泵、循环水泵各两台，分别是一用一备的关系，当联锁投上，工作泵出现故障跳闸时，备用泵自动启动。
•热井水位控制（单回路PID）。
•主气门开关报警。
•汽机轴向位移报警、汽机转速报警、汽机润滑油压报警、汽机前后轴承温度报警。
•汽机、发电机前后轴承回油温度检测。
•凝汽器压力报警。
•发电机进风温度、出风温度报警。
•电动油泵与主油泵出口油压间的联锁（油压低的时候起泵，油压高时停泵，使油压稳定在0.49—0.58Mpa之间）
•油箱油位报警。
实时信息系统在塔牌旋窑水泥的成功应用
一、综述
塔牌集团是一家以生产机立窑、旋窑水泥为主业，集科、工、贸于一体的大型企业集团，主业生产能力500万吨。“塔牌”水泥为广东省名牌产品，1997年企业已通过ISO9002质量体系认证，是国家第一批可出口的优质水泥之一， 2003年组建了广东塔牌集团蕉岭鑫达旋窑水泥有限公司，投资7.5亿元兴建年产150万吨新型干法旋窑水泥熟料生产线，并成功投料运行。到“十五”期末，以水泥为主行业的塔牌集团实现年销售收入15亿元人民币以上。