某集團(tuán)是70年代末我國(guó)三大全套引進(jìn)新型干法水泥生產(chǎn)線之一的淮海水泥廠，由羅馬尼亞提供帶雙列四級(jí)懸浮預(yù)熱器SP型3 000 t/d回轉(zhuǎn)窯，窯型Ø5.8 m×97 m。1985～1989年投料生產(chǎn)期間，由于設(shè)計(jì)、裝備質(zhì)量缺陷，回轉(zhuǎn)窯運(yùn)轉(zhuǎn)率始終徘徊在30%以下，1990年在原國(guó)家建材局局長(zhǎng)率領(lǐng)下，經(jīng)專家組進(jìn)行技術(shù)論證，認(rèn)為必須對(duì)這條生產(chǎn)線進(jìn)行技術(shù)改造才能達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。故我廠下定決心在1991年底停產(chǎn)3個(gè)月實(shí)施窯系統(tǒng)技術(shù)改造。整個(gè)技術(shù)改造設(shè)計(jì)共分三大部分，首先取消窯尾垂直煙道原設(shè)計(jì)的“一把火”裝置，在單系列預(yù)熱器上增加1臺(tái)MFC型窯外分解爐，其次對(duì)篦式冷卻機(jī)改造，第三部分就是對(duì)窯系統(tǒng)電氣自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行全面徹底的改造。改造后窯的熟料生產(chǎn)能力為3 500 t/d，自動(dòng)化控制系統(tǒng)的故障由改造前占總故障停機(jī)時(shí)間的40%下降到目前的幾乎為零，大大提高了回轉(zhuǎn)窯的運(yùn)轉(zhuǎn)率。為了與窯系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)率相適應(yīng)，從1993年起，工廠依靠?jī)?nèi)部技術(shù)力量，自己設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試，陸續(xù)對(duì)全廠其它重點(diǎn)工序的自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行了徹底改造，使我廠從70年代的自動(dòng)化控制裝備技術(shù)水平一躍成為90年代技術(shù)裝備水平。1999年在回轉(zhuǎn)窯77.9%運(yùn)轉(zhuǎn)率情況下，熟料產(chǎn)量96萬t，水泥產(chǎn)量130萬t，電氣自動(dòng)化控制設(shè)備有效運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)99%。目前回轉(zhuǎn)窯已超過設(shè)計(jì)能力，具備單窯熟料產(chǎn)量100萬t/a的能力。至1999年底我們已完成石灰石破碎、生料磨、回轉(zhuǎn)窯、電收塵器、煤磨、水泥磨、4號(hào)包裝機(jī)以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)化系統(tǒng)改造，取得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和改造經(jīng)驗(yàn)，可為老廠技術(shù)改造提供參考，在此作一介紹。
1 自動(dòng)化控制系統(tǒng)技術(shù)改造的設(shè)計(jì)思路
由于原設(shè)計(jì)提供的70年代自動(dòng)化裝備水平，生產(chǎn)過程控制全部采用相當(dāng)于DDZ -Ⅲ型電動(dòng)單元組合模擬儀表。進(jìn)行過程數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)換、顯示、調(diào)節(jié)、記錄、報(bào)警，自動(dòng)調(diào)節(jié)回路采用單參數(shù)模擬儀表控制，原理見圖1。
而機(jī)組設(shè)備的啟停全部采用繼電器邏輯聯(lián)鎖順序控制各工序的運(yùn)行。全廠自動(dòng)化儀表有上千塊（臺(tái)），控制繼電器幾千只，從原料制備到水泥成品入庫全部集中在一個(gè)中央控制室內(nèi)操作、控制，其中95%的模擬儀表、繼電器及其它電氣元件為某家廠商生產(chǎn)，質(zhì)量很不可靠，5%由美、英、德、法、日等第三國(guó)進(jìn)口，給備件的提供也造成很大困難。整個(gè)自動(dòng)化控制線路復(fù)雜，所有的儀表及電器元件有上萬個(gè)繼電器開關(guān)量點(diǎn)、模擬量控剖點(diǎn)及接線端點(diǎn)，全部集中在中央控制室內(nèi)19個(gè)操作控制模擬盤內(nèi)，22個(gè)繼電器柜及現(xiàn)場(chǎng)大量的控制盤柜內(nèi)，有一個(gè)控制點(diǎn)失靈則全線停車，檢查幾個(gè)甚至十幾個(gè)小時(shí)才啟動(dòng)是常有的事，儀表和電氣線路的維修工作量特別大，當(dāng)時(shí)配有專職工程師在現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)維修，直到1988年底最后兩位專家撤走，仍未根本解決問題，嚴(yán)重影響了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和工廠的經(jīng)濟(jì)效益，而當(dāng)時(shí)和淮海同期引進(jìn)的寧國(guó)、冀東水泥廠因技術(shù)先進(jìn)早已達(dá)產(chǎn)達(dá)標(biāo)。科學(xué)技術(shù)水平落后就要被市節(jié)場(chǎng)淘汰，所以我廠自動(dòng)化系統(tǒng)改造已是勢(shì)在必行，針對(duì)上述設(shè)計(jì)及裝備問題，我們內(nèi)部經(jīng)技術(shù)論證決定整體按以下設(shè)計(jì)思路實(shí)施自動(dòng)化系統(tǒng)改造。
(1)參考原設(shè)計(jì)技術(shù)水平及思路，將全廠各工序分為三個(gè)層次的自動(dòng)化控制水平，即窯、生料磨、水泥磨為一個(gè)層次，針對(duì)干法窯的工藝特點(diǎn)，模擬量中以熱工參數(shù)溫度、風(fēng)量、速度、壓力、料位等物理量為控制調(diào)節(jié)對(duì)象，加之大量的開關(guān)量，為保證產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量，配備的自動(dòng)化程度技術(shù)水平最高，其次礦山、煤磨、包裝等主要是開關(guān)量控制設(shè)備啟停，第三個(gè)層次為輔助工序，如空壓機(jī)站、水處理廠等，改用高質(zhì)量的常規(guī)電器元件控制，全線控制回路保留原中控可轉(zhuǎn)換控制方式，保留原機(jī)組聯(lián)鎖啟停順序關(guān)泵，優(yōu)化選擇原設(shè)計(jì)工藝過程檢測(cè)參數(shù)點(diǎn)及重點(diǎn)控制參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)回路，增加改造后窯尾MFC分解爐等熱工參數(shù)檢測(cè)控制點(diǎn)。
(2)自動(dòng)化設(shè)備的選型。由于我們是將70年代的裝備，用儀表加繼電器式的自動(dòng)控制技術(shù)水平改為90年代高科技技術(shù)，經(jīng)反復(fù)論證，決定采用較先進(jìn)的集散型控制設(shè)備，當(dāng)時(shí)DCS技術(shù)較好的ABB．MODICON．HONEYWELL．SIEMENS等公司產(chǎn)品均可選用。但由于窯系統(tǒng)1991年技改時(shí)已選用SIEMENS公司的PLC，因此為了今后全廠技術(shù)水平的統(tǒng)一、配件供應(yīng)統(tǒng)一，方便今后全廠計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)，所以在其它工序自動(dòng)化改造中全部選用SIEMENS公司上下位機(jī)、軟件等成套技術(shù)，以提高可靠性、技術(shù)先進(jìn)性。
(3)自動(dòng)控制系統(tǒng)的裝備配置。根據(jù)以上設(shè)想，為滿足3 500 t/d生產(chǎn)線運(yùn)轉(zhuǎn)率，根據(jù)工廠的經(jīng)濟(jì)能力，決定采用低成本、以PLC為基礎(chǔ)的自動(dòng)化技術(shù)改造的原則，全廠工藝線分工序控制，自成系統(tǒng)，設(shè)就地操作站，各工序之間暫不聯(lián)網(wǎng)，待時(shí)機(jī)成熟時(shí)再聯(lián)網(wǎng)組成大型DCS系統(tǒng)。其中一窯兩磨各自實(shí)施上下位機(jī)二級(jí)聯(lián)網(wǎng)控制，煤磨、包裝等工序采用PLC程序聯(lián)鎖自動(dòng)控制設(shè)備啟停，配以相應(yīng)的操作臺(tái)、模擬盤進(jìn)行顯示操作。各系統(tǒng)配備了編程器進(jìn)行程序編制，檢
測(cè)故障及軟件開發(fā)。
(4)雖然自動(dòng)化控制設(shè)備選型先進(jìn)，但相應(yīng)的控制信號(hào)轉(zhuǎn)換電器元件也必須可靠，因此技術(shù)改造后各工序所有的
控制繼電器及接觸器選用國(guó)內(nèi)合資生產(chǎn)的HH - 52P型繼電器及3TF系列接觸器，其質(zhì)量非常可靠，很少發(fā)生故障。
現(xiàn)全廠已全部取消了原羅設(shè)計(jì)的中控及現(xiàn)場(chǎng)控制盤、儀表、繼電器柜，所有的模擬量及開關(guān)量全部送入計(jì)算機(jī)及PLC
進(jìn)行控制、顯示、調(diào)節(jié)、記錄、報(bào)警等，上下位機(jī)基本無故障運(yùn)行，幾乎沒什么維護(hù)工作量，提高了技術(shù)人員技術(shù)水平及工作效率，把精力轉(zhuǎn)入技術(shù)開發(fā)、研究、技術(shù)攻關(guān)等工作，也大大減少了維護(hù)力量，增加了工廠的經(jīng)濟(jì)效益。
(5)為滿足技術(shù)發(fā)展的需要，改造中也考慮了全集團(tuán)公司的計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)問題，在各工序改造設(shè)計(jì)中，上下位機(jī)均保留了可擴(kuò)展、可聯(lián)網(wǎng)接口，不但工藝生產(chǎn)線可聯(lián)網(wǎng)，而且目前集團(tuán)公司已建立的計(jì)算機(jī)信息管理中心、財(cái)務(wù)、銷售、供應(yīng)等計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)均可聯(lián)網(wǎng)，利用目前先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化管理，進(jìn)一步提高管理水平。
2 自動(dòng)化系統(tǒng)技術(shù)改造的設(shè)計(jì)特點(diǎn)及問題處理
在全廠各工序自動(dòng)化改造中，其設(shè)計(jì)思想及設(shè)備配置各有特色，但基礎(chǔ)則全部為SIEMENS公司產(chǎn)品，下面僅舉窯、生料磨系統(tǒng)為例迸行說明。
2.1窯自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)改造
窯系統(tǒng)因在1991年改造時(shí)，SIEMENS公司的產(chǎn)品還較單一，因此上位機(jī)采用2臺(tái)COMPAQ386微機(jī)互為備用，下位機(jī)采用SIEMENS公司的PLC，軟件為美國(guó)西雷公司的ON-SPEC，組成兩級(jí)聯(lián)網(wǎng)的NCDCS控制系統(tǒng)，通訊采用RS -232C，系統(tǒng)組成的優(yōu)點(diǎn)是具有DCS的特點(diǎn)，但系統(tǒng)價(jià)格較低。系統(tǒng)原理見圖2。
(1)該設(shè)計(jì)由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)水平及自動(dòng)化裝備產(chǎn)品有限，除二級(jí)聯(lián)網(wǎng)控制外，又設(shè)計(jì)1套手動(dòng)操作臺(tái)作為上下位機(jī)備用，一旦故障，隨時(shí)可用手動(dòng)操作臺(tái)操作，操作臺(tái)配有相應(yīng)機(jī)組轉(zhuǎn)換按鈕，風(fēng)門操作，工藝過程模擬儀表等，可滿足人工操作條件。
(2)羅方原設(shè)計(jì)12條PID自動(dòng)調(diào)節(jié)回路，經(jīng)優(yōu)化選擇改為10條，控制分解爐、篦式冷卻機(jī)、預(yù)熱器等的溫度、風(fēng)量、壓力、速度的調(diào)節(jié)。
(3)窯頭喂煤及窯尾分解爐喂煤，生料入窯喂料秤系統(tǒng)因當(dāng)時(shí)信號(hào)轉(zhuǎn)換接口元件無成熟產(chǎn)品，未進(jìn)入上下位機(jī)，在操作站用人工操作，但砍掉了原設(shè)計(jì)中兩個(gè)腦袋控制的問題，即窯頭控制室控制煤粉入窯，而中控室無法控制，操作產(chǎn)生矛盾，改造后則全在中控室控制，取消了窯頭看火工。
(4)在生產(chǎn)調(diào)度室設(shè)1臺(tái)遠(yuǎn)程終端286計(jì)算機(jī)顯示窖系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)工況，但只監(jiān)視不參丁．控制。該系統(tǒng)在運(yùn)行中也遇到一些問題，經(jīng)工廠技術(shù)人員的不斷完善及改動(dòng)，使原設(shè)計(jì)更加可靠，其主要問題有：
①抗干擾能力低。1992年上半年，上下位機(jī)在運(yùn)行中會(huì)突然全線停機(jī)，再全線重新起動(dòng)，有時(shí)1d多達(dá)3～4次，無法正常運(yùn)行，后我們自己將原設(shè)計(jì)的下位機(jī)架又重新進(jìn)行了配置，增加了系統(tǒng)單獨(dú)接地極，并對(duì)上下位機(jī)的程度進(jìn)行了整理優(yōu)化選擇，解決了這一問題。
②由于當(dāng)時(shí)選用的軟件功能不太成熟，上位機(jī)由于干擾或程序問題經(jīng)常死機(jī)，且上下位機(jī)通訊速度很慢，現(xiàn)場(chǎng)采集的信號(hào)進(jìn)上位機(jī)有時(shí)滯后15 s，而且變頻器對(duì)模擬量T擾很大，給操作帶來困難。目前該問題仍存在，有待配置新的SIEMENS上位機(jī)后就可解決。
③由于下位機(jī)輸出至現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)為24 V，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生短路等干擾時(shí)，會(huì)造成PLC模塊燒毀，一年損失近5萬元資金，后將現(xiàn)場(chǎng)控制信號(hào)改為220 V，下位機(jī)仍為24 V，增加了繼電器隔離后解決了該問題。
2.2生料磨自動(dòng)化系統(tǒng)的技術(shù)改造
生料磨及水泥磨自動(dòng)控制系統(tǒng)在1993年后的改造中，也是摒棄了原設(shè)計(jì)的所有自動(dòng)化裝備，應(yīng)用了SIEMENS公司更先進(jìn)的DCS系統(tǒng)產(chǎn)品，上位主機(jī)采用VPB30，下位機(jī)為S5 - 135U棋擬量開關(guān)量模塊，軟件為COROS，沒計(jì)中吸取窯系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用上下位機(jī)二級(jí)聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，使之設(shè)計(jì)更加完善。利用總線通訊，速度很快，上位機(jī)進(jìn)行工況監(jiān)控，包括實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的采集、處理，設(shè)2臺(tái)CRT彩顯進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)、工藝流程顯示，2臺(tái)鍵盤互為備用和操作，機(jī)組啟停、設(shè)備及流程選擇，實(shí)時(shí)趨線顯示，PID控制及顯示，數(shù)值給定，報(bào)警及打印均可通過鍵盤操作完成，系統(tǒng)原理見圖3。
3檢測(cè)及計(jì)量設(shè)備的技術(shù)改造
3.1檢測(cè)儀表的技術(shù)改造
由于是全套引進(jìn)技術(shù)，原現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)儀表均為羅方產(chǎn)品，由于上面所談質(zhì)量原因，我們本著立足國(guó)內(nèi)的原則，將其全部國(guó)產(chǎn)化，主要是一次檢測(cè)元件熱電偶、熱電阻、壓力開關(guān)、溫度開關(guān)、數(shù)字顯示儀表、電動(dòng)執(zhí)行器等，全部選用上海或天津儀表廠的產(chǎn)品，采用西安儀表廠的444型的溫度變送器和1151型壓力變送器。但料位檢測(cè)元件一直無合適的產(chǎn)品，重錘式、螺旋式、射線式、聲波式等，在使用中因受物料沖擊、粉塵下擾等很難正常使用。現(xiàn)場(chǎng)一次檢測(cè)元件雖不會(huì)造成停機(jī)等問題，但若質(zhì)量不好也給顯示、操作造成誤導(dǎo)，因此必須使其穩(wěn)、準(zhǔn)、靈。原使用的窯頭比色高溫計(jì)為西門子ARDOCOL型產(chǎn)品，技改中已使用工業(yè)電視看火，石灰石破碎、生料磨、窯喂料均配置了彩色電視監(jiān)視系統(tǒng)。
窯簡(jiǎn)體溫度檢測(cè)原采用ARDOPYR型輻射高溫計(jì)，因顯示不直觀，技改中已選用澳大利亞藍(lán)圈公司的T - Scanner型窯簡(jiǎn)體溫度掃描儀，采用計(jì)算機(jī)控制，其優(yōu)點(diǎn)是可直觀地觀測(cè)窯簡(jiǎn)體溫度、窯皮分布、耐火磚厚薄、窯速、輪帶滑移量、歷史數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、溫度曲線分析等多種功能，使窯的運(yùn)行狀況一目了然，就減少耐火磚檢修一項(xiàng)每年可創(chuàng)效益上百萬元，因此大型干法窯配備這種檢測(cè)儀還是值得。
窯尾廢氣分析儀原采用H&B公司Uras3G和Magnos5T紅外線分析儀，經(jīng)多年使用，除取樣器需經(jīng)常清理外，使用尚可，為檢修方便后又購置一套南京分析儀器廠的HW - 500型分析儀互為備用。但在技改后窯的產(chǎn)量達(dá)3 500 t/d時(shí)，因窯尾預(yù)熱器出口負(fù)壓增大，分析儀使樣氣抽取能力不足，目前正尋找合適的取樣泵更換。
3.2計(jì)量設(shè)備的改造
隨著產(chǎn)量及效益的提高，計(jì)量設(shè)備對(duì)過程控制中產(chǎn)品質(zhì)量的重要性及計(jì)量技術(shù)的更新發(fā)展也是非常重要的。原設(shè)計(jì)磨、窯及各工序的喂料、配料全部采用schenck公司計(jì)量稱，有調(diào)速式定量給料稱、失重式計(jì)量倉、沖擊流量計(jì)，由予技術(shù)的發(fā)展及更新，備件無法供應(yīng)，對(duì)秤進(jìn)行了改造，且已準(zhǔn)備將原MICRCONT控制器改為INTECONT控制器，秤體也需改造。同時(shí)增設(shè)許多新的計(jì)量裝置。
在生料質(zhì)量控制中，原羅方對(duì)生料率值及磨機(jī)負(fù)荷控制采用計(jì)算機(jī)、配料稱、x-分析儀、電耳組成自動(dòng)控制系統(tǒng)，后在1991年技改中也是因?yàn)樵O(shè)計(jì)及設(shè)備質(zhì)量問題對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了改造，由國(guó)產(chǎn)的Inte1286上位機(jī)及STD工控機(jī)代替羅方設(shè)計(jì)的ECAROM - 800計(jì)算機(jī)，西安二六二廠生產(chǎn)的FJ2810G型X-螢光分析儀代替原PW - 1600分析儀，配有IPC610工控機(jī)計(jì)算、顯示。其控制方法及思想與原設(shè)計(jì)差不多。系統(tǒng)組成見圖4。
水泥窯負(fù)荷控制系統(tǒng)基本也采用了入磨喂料秤配回料流量計(jì)組成新料+回料=常數(shù)的磨負(fù)荷控制系統(tǒng)，配以相應(yīng)的磨內(nèi)噴水控制溫度的自動(dòng)控制回路組成水泥磨自動(dòng)調(diào)節(jié)回路，噴水裝置因噴頭霧化效果不好等原因，后不再應(yīng)用，如果噴頭問題解決好的話，還是應(yīng)該繼續(xù)使用的，以期提高水泥質(zhì)量及產(chǎn)量。
在窯頭窯尾供煤粉計(jì)量裝置的改造中，窯頭喂煤系統(tǒng)采用改電氣控制部分的辦法，該系統(tǒng)由法國(guó)PILLARD公司提供，但失重式計(jì)量倉還是SCHENCK公司的產(chǎn)品，將原控制部分的模姒量插件板改為當(dāng)時(shí)較先進(jìn)的MICROCONT控制器。原窯尾“一把火”喂煤系統(tǒng)與窯頭相似，后因增加了分解爐，但該裝置喂煤量不夠，又全部改為SCHENCK公司的沖板流量計(jì)配以F-K泵向分解爐喂煤，窯頭窯尾這2套計(jì)量裝置在使用中遇到的主要問題是受環(huán)境溫度、煤粉濕度、流化氣質(zhì)量、正壓、反串風(fēng)、負(fù)壓等影響，波動(dòng)較大，使用中經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，給窯的操作帶來一定影響和困難，目前我廠正在調(diào)研，準(zhǔn)備再次改造，采用科里奧利或菲斯特計(jì)量秤代替。在熟料出窯的計(jì)量設(shè)備中，1988年增設(shè)了核子秤計(jì)量熟料產(chǎn)量，但在使用中因受熟料顆粒度、料層厚度、粉塵大影響測(cè)量元件精度，干擾較大，計(jì)量效果不理想，現(xiàn)只作為產(chǎn)量參考計(jì)量，雖然中間又更換了一套核子秤及測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，仍不理想，這個(gè)問題有待研究。
為了適應(yīng)市場(chǎng)，降低成本，加之工廠粘土資源漸匱乏，開發(fā)利用粉煤灰代替粘土及水泥摻加劑已是發(fā)展方向，而且可享受環(huán)保政策，1999年我廠采用粉煤灰配料，與生料一起入窯效果很好，熟料強(qiáng)度大幅上升，且開發(fā)生產(chǎn)了適合核發(fā)電站用的低堿水泥品種，為了提高計(jì)量精度，采用了科里奧利計(jì)量秤，精度和穩(wěn)定性很理想，建議在技術(shù)改造中采用。而2臺(tái)水泥磨粉煤灰糝加劑計(jì)量，據(jù)其精度要求只要能滿足生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量即可，由本廠設(shè)計(jì)配套，采用轉(zhuǎn)子秤配雙管絞刀喂料的方案，成本較低又實(shí)用，其余在全廠各1序配備的電子計(jì)量秤，只作為計(jì)量及產(chǎn)量考核成本用途。
由于電子計(jì)量沒備技術(shù)更新很快，因此企業(yè)在技術(shù)改造中必須采用新技術(shù)，如我廠原70、80年代的Schenck公司電子秤產(chǎn)品早已停止生產(chǎn)，控制部分已經(jīng)采用INTECONT新一代產(chǎn)品，原產(chǎn)品連備件也買不到，因此必須不斷技術(shù)更新，才能加快企業(yè)的發(fā)展，特別是計(jì)量技術(shù)已牽涉到大型水泥企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益問題，應(yīng)非常重視。
三門峽富通新能源銷售顆粒機(jī)、球磨機(jī)、破碎機(jī)、雷蒙磨等設(shè)備。
