隨著中國經濟的迅速發展，各行各業對水泥的需求日益增加。目前國內外各大水泥企業紛紛在華興建大型干法旋窯水泥生產線，這為水泥行業的發展提供了前所未有的機遇。ABB公司已經為水泥生產線準備了最佳的工業自動化解決方案，幫助建設具有國際先進水平、高產出、低消耗、環保高效的生產線。

水泥生產工藝簡述

一般來講，水泥行業生產的是硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥是一種通常為灰色的細致粉末，它由鈣( 來自石灰石)、硅酸鹽、鋁酸鹽( 黏土) 以及鐵酸鹽組成。在一個硅酸鹽水泥工廠中，水泥生產工藝的主要過程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高溫窯爐中用燃料將其煅燒成熟料，最后將熟料與適量石膏混合磨細制成水泥，需要經過礦山開采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅燒、熟料冷卻、水泥粉磨及成品包裝等多道工序，見圖1所示。

圖 1 水泥工廠的典型生產流程

總之，其生產過程通常可概括為“三磨一窯”，可分為生產制備、煤粉制備、熟料煅燒和水泥粉磨及出廠四個步驟。

1.生料制備

將石灰質原料、粘土質原料與少量校正原料經破碎后按一定比例配合、磨細并調配為成份合適、量質均勻的生料。

2.煤粉制備

水泥生料煅燒所需的煤炭，必須制備成煤粉，提供煤粉燃燒所要求的粒度，以便于充分燃燒，得到足夠的燃燒反應能力。

3.熟料煅燒

熟料球形結塊的直徑必須在3.2~50mm 范圍之內，它們是在原料之間的化學反應中產生的。將生料放在水泥窯內煅燒至部分熔融以得到硅酸鹽水泥熟料，并儲存至熟料料倉。

4.水泥粉磨及出廠

將熟料加入適量石膏、混合材或添加劑共同磨細為水泥，并包裝出廠。粉磨過程在封閉系統中進行，該系統配備了一個空氣分離機，用來按大小將水泥顆粒分開，沒有完全磨細的材料被重新送入該系統。

設計分析

通過對工藝過程的介紹，不難看出這是一個典型的順序控制工程（原材料入庫、輸送—水泥粉磨—水泥出庫及包裝系統）。我們完全可以通過對控制對象——各運轉設備電動機的依次起動、停止和正反轉控制，以及各種報警指示、開關信號和模擬量信號的采集和編程處理來實現對工藝過程的自動化控制。

生產線上主要的設備控制、監視、報警及打印報表等管理功能都由中控室執行，控制硬件分布在原料粉磨、窯尾和窯頭3個過程現場站內，過程站與中控室之間由數據通信系統提供雙向信息處理和信息傳送。

按控制要求劃分，主要功能包括：數據采集功能、開關量控制功能和順序控制功能。

系統配置

系統的構成包括過程控制站、操作員站、工程師站以及通信系統（Modbus，ProfiBus DP/PA）。

AC500系列PLC的功能靈活、可拓展性強。傳統PLC產品的小型、中型和大型的軟硬件差別非常大，系統的拓展性很有局限。而AC500僅通過3、4種不同內存和速度的CPU中央處理單元就可以實現系統的全面升級，這樣可以保護客戶的現有投資。控制系統的網絡原理如圖2所示。

圖 2 水泥廠控制系統網絡原理圖

水泥生產的各個控制站極為分散，此時系統的安全很大程度上取決于控制網絡的穩定性。冗余光纖環網技術的設計與采用使得過程控制網絡極為可靠，大大提高了整個系統的安全系數。

1.第一級——監控管理

由中央控制室的操作站與工程師站實現。選用工控計算機，以TCP/IP工業以太網與PLC系統通信，實行集中控制。通過工控組態軟件實時監視整個生產線工藝參數變化、設備運行和故障發生等情況，同時負責日常報表打印、事故打印和數據記錄等。

2.第二級——過程控制

由現場的各分系統或成套設備的控制系統實現。以AC500 PLC系統作為現場控制核心，按場區配置分站。通過FBP分布式擴展I/O通信對流量、壓力、溫度、電機等參數進行采集和控制。

3.第三級——單機就地控制

由現場電氣控制系統實現。采用ABB公司的S500系列產品組成分布I/O，采集現場參數，執行上一級PLC主站的控制命令。

結束語

以本文的研究結果為基礎的技術方案，已在山西某水泥生產線具體實施。由于采用了計算機控制技術和PLC控制技術相結合的方法，大大提高了水泥生產系統的生產效率，減輕了工人的勞動強度，提高了系統的自動化管理水平，有效地防止了人身意外的發生，也為公司節約了大量的資金。