水泥原料入磨組控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用

王希娟++馮京曉++呂海利+++楊志

摘 要：文章對水泥生產(chǎn)系統(tǒng)原料入磨組部分工藝流程和現(xiàn)場執(zhí)行層應(yīng)用設(shè)備進(jìn)行介紹，并對水泥入磨組控制系統(tǒng)中間控制層、上位監(jiān)控層以及控制操作流程做了詳細(xì)敘述，通過對水泥原料入磨組控制系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用，具有較好的效果。

關(guān)鍵詞：原料入磨；工藝流程；現(xiàn)場執(zhí)行層；中間控制層；上位監(jiān)控層

1 概述

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，國家綜合實(shí)力得到迅速提高。基礎(chǔ)設(shè)施、公路、鐵路、房地產(chǎn)等行業(yè)取得長足進(jìn)步，使得水泥行業(yè)也隨之得到蓬勃發(fā)展。但隨著水泥企業(yè)的不斷增多，帶來了行業(yè)內(nèi)的潛在隱患，產(chǎn)能過剩已成為必然。怎樣使水泥生產(chǎn)線高效、低能耗生產(chǎn)，工藝線合理、可靠、安全運(yùn)行顯得日益重要。原料立磨作為水泥原料生產(chǎn)的重要設(shè)備直接影響著水泥線的生產(chǎn)和產(chǎn)量，其正常工作對水泥生產(chǎn)線至關(guān)重要。而原料入磨組控制系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響產(chǎn)量和質(zhì)量。基于此，根據(jù)國內(nèi)某5000t/d生產(chǎn)線本文對原料入磨控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)作以詳細(xì)敘述，并就實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行探討。

2 水泥原料入磨組工藝

各種原料按設(shè)定的配比，由各自的計(jì)量皮帶秤計(jì)量后，由膠帶輸送機(jī)輸送至原料粉磨系統(tǒng)進(jìn)行粉磨。入磨膠帶輸送機(jī)采用變頻調(diào)速，可短時(shí)間內(nèi)調(diào)節(jié)入磨物料量，穩(wěn)定磨內(nèi)料層厚度。同時(shí)在皮帶機(jī)的上方設(shè)電磁除鐵器（鐵粉卸料點(diǎn)的前面）和金屬探測儀（皮帶輸送機(jī)頭部），防止鐵塊等金屬進(jìn)入磨內(nèi)。入磨前設(shè)排除金屬異物的三通閥（05.01），該閥也作配料皮帶秤實(shí)物標(biāo)定出料口用。各原料的配比由質(zhì)量值班人員設(shè)定。生料粉磨采用LGM5426立磨（05.03），磨機(jī)入口采用回轉(zhuǎn)喂料鎖風(fēng)閥（05.02）。入磨膠帶輸送機(jī)送來的原料通過回轉(zhuǎn)喂料鎖風(fēng)閥喂入生料磨，物料在磨內(nèi)被研壓粉碎、烘干并被選粉機(jī)分選，成品生料粉隨出磨氣體帶出立磨。入磨物料粒度為90%<80mm，入磨綜合水分最大6%，產(chǎn)品細(xì)度為88um篩篩余≤12%，0.2mm篩篩余≤1.5%，臺時(shí)產(chǎn)量為500t/h。生料粉磨設(shè)置有物料外循環(huán)系統(tǒng)。磨內(nèi)不能被上升氣流帶起的大顆粒物料作為外循環(huán)物料通過翻板閥、皮帶輸送機(jī)（05.12）、提升機(jī)（05.14）送至入磨皮帶機(jī)上，重新喂入立磨中。正常外循環(huán)物料量150t/h，最大225t/h。外循環(huán)系統(tǒng)可增加磨機(jī)的產(chǎn)量，降低能耗。生料磨內(nèi)置動態(tài)選粉機(jī)，生料細(xì)度可通過選粉機(jī)轉(zhuǎn)子速度調(diào)節(jié)。入磨皮帶輸送機(jī)采用變頻調(diào)速，生料磨入磨物料量根據(jù)磨機(jī)進(jìn)出口壓差調(diào)節(jié)；磨內(nèi)通風(fēng)量根據(jù)旋風(fēng)筒出口流量調(diào)節(jié)，由磨系統(tǒng)風(fēng)機(jī)閥門控制；根據(jù)磨機(jī)入口負(fù)壓變頻調(diào)整廢氣風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速控制風(fēng)量；根據(jù)磨機(jī)出口廢氣溫度控制磨機(jī)噴水量。設(shè)生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，對出磨生料及入窯生料質(zhì)量進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測、控制和調(diào)整。

3 原料入磨組控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

原料入磨組控制系統(tǒng)按工藝要求進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，由各部分設(shè)備合理配合，以滿足正常生產(chǎn)需要。原料入磨組控制系統(tǒng)主要包含現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備、中間控制層PLC和上位監(jiān)控層三部分。

3.1 現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備

對于原料入磨組來說，該部分主要設(shè)備在工藝部分已做介紹，這里不再敘述。由于各個(gè)設(shè)備存在單獨(dú)的控制系統(tǒng)，因此自身存在一定的保護(hù)。對于計(jì)量稱有跑偏、失速、累計(jì)脈沖等報(bào)警保護(hù)信號；皮帶輸送機(jī)具有失速、跑偏等報(bào)警保護(hù)信號；斗提機(jī)具有跑偏、失速、料位等保護(hù)信號；原料立磨自身附屬設(shè)備最多，因此運(yùn)行、報(bào)警、故障以及各種不同的模擬量信號較多。各種不同設(shè)備的信號由現(xiàn)場發(fā)給各自的控制系統(tǒng)，以保證設(shè)備正常運(yùn)行和監(jiān)測。對于立磨組控制部分來說，各個(gè)設(shè)備的控制系統(tǒng)都為中控PLC的現(xiàn)場執(zhí)行層，由中控根據(jù)工藝要求對不同的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)以實(shí)現(xiàn)各設(shè)備的合理配合，完成整個(gè)生產(chǎn)線正常工作的需要，并根據(jù)現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備發(fā)送的各種信號來判斷現(xiàn)場設(shè)備運(yùn)行狀況，并做相應(yīng)的操作或檢修處理。

3.2 中間控制層

中間控制層主要包括硬件部分設(shè)計(jì)和軟件部分設(shè)計(jì)，該部分主要完成對現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備的工藝操作，起著銜接上位機(jī)監(jiān)控層和現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備的作用。通過中間控制層PLC，將現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸?shù)街锌乇O(jiān)控畫面，完成對設(shè)備的整體監(jiān)控。另外，操作人員將一些操作指令通過畫面發(fā)出經(jīng)過中間控制層PLC程序運(yùn)行，將指令發(fā)送給現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備，完成既定的工藝操作。

3.2.1 中間控制層部分硬件設(shè)計(jì)

原料入磨組中間控制層采用西門子S7-400 PLC，通過遠(yuǎn)程I/O站同現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換；PLC同遠(yuǎn)程I/O站之間采用DP通信。遠(yuǎn)程I/O站由IM153-2模塊、6ES7 331-7KF02-0AB0模擬量輸入模塊、6ES7 332-5HF00-0AB0模擬量輸出模塊和6ES7 321-1BH02-0AA0數(shù)字量輸入模塊和6ES7 322-1BH01-0AA0數(shù)字量輸出模塊組成。

對于原料入磨組部分設(shè)備來說，除立磨本體系統(tǒng)控制柜及減速機(jī)控制柜部分通過DP通信直接與DCS遠(yuǎn)程I/O站進(jìn)行數(shù)據(jù)交換外，其他現(xiàn)場執(zhí)行層設(shè)備與DCS遠(yuǎn)程I/O站通過硬接線方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送。通過遠(yuǎn)程I/O站完成設(shè)備操作與數(shù)據(jù)接收。

（1）主站部分通信參數(shù)設(shè)置

圖2主站地址設(shè)為2，通訊速率為1.5Mbs。在進(jìn)行通訊數(shù)據(jù)配置時(shí)，要確保主站與從站通訊參數(shù)一致。

（2）從站部分通信參數(shù)設(shè)置

DCS遠(yuǎn)程柜有多個(gè)I/O從站，連接不同的設(shè)備。這里只對從站3作以介紹，其他站通訊參數(shù)設(shè)置同3，這里不再一一介紹。通過以上通信參數(shù)設(shè)置，完成主站同從站的通訊組態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程站同主站PLC數(shù)據(jù)交換。

3.2.2 中間控制層部分軟件設(shè)計(jì)

圖4為原料入磨部分設(shè)備控制聯(lián)鎖流程圖，從圖上可以看出在進(jìn)行入磨組控制系統(tǒng)操作時(shí)首先將入磨三通0501打在緩沖倉位置，直到系統(tǒng)入磨組除給料系統(tǒng)外其他設(shè)備都運(yùn)行正常，且后續(xù)工藝設(shè)備運(yùn)行正常情況才將0501入磨位置，且0502回轉(zhuǎn)喂料鎖風(fēng)閥運(yùn)行情況下，才允許給料系統(tǒng)運(yùn)行。整個(gè)原料入磨部分設(shè)備操作控制流程，中間控制層部分控制程序編寫依此進(jìn)行，以保證工藝控制合理，操作簡便，安全可靠。

圖5為電機(jī)控制塊，上邊對控制塊引腳做了詳細(xì)注釋。對于原料入磨組設(shè)備來說，具有電機(jī)的設(shè)備大部分都采用此塊，根據(jù)設(shè)備與中控通訊及工藝控制需要可選擇不同的引腳加以運(yùn)用。其中對于AutModLi和ManModLi兩個(gè)引腳，只有在ModLiOp引腳值為1，AutModLi值為1，ManModLi值為0時(shí)，StartAut和StopAut引腳輸入才有效。Permit為電機(jī)起動前所必需的前提條件具備，輸入信號1；Intlock為工藝連鎖；Protect為設(shè)備的相關(guān)保護(hù)輸入，任一保護(hù)條件不具備，其值為1，跳停電機(jī)；輸出端具有脈沖啟停引腳和長驅(qū)起停引腳，另外根據(jù)編程需要可對一些引腳進(jìn)行添加和隱藏。

3.3 上位監(jiān)控層

上位監(jiān)控層畫面主要完成對設(shè)備運(yùn)行狀況的監(jiān)控，通過該畫面可以完成原料入磨組設(shè)備的操作，按工藝控制流程進(jìn)行啟停設(shè)備。并可對各個(gè)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行觀察，通過設(shè)備運(yùn)行參數(shù)判斷設(shè)備運(yùn)行狀況是否正常，以便對設(shè)備進(jìn)行及時(shí)維護(hù)。畫面具有良好的人機(jī)交互性，可以根據(jù)工藝、生產(chǎn)、維護(hù)要求對設(shè)備進(jìn)行操作。也可查看設(shè)備的操作、運(yùn)行、報(bào)警、故障等歷史記錄，通過歷史曲線可以查看設(shè)備歷史運(yùn)行狀況，方便查詢、分析設(shè)備及工藝運(yùn)行情況。

4 結(jié)束語

通過上邊敘述，對原料入磨組控制流程及控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)做了詳細(xì)介紹，通過該文介紹使我們對整個(gè)原料入磨組的設(shè)備有了大致了解，也對入磨組控制流程和控制系統(tǒng)的整體有了進(jìn)一步認(rèn)識，可以為初學(xué)者提供一個(gè)學(xué)習(xí)資料，也能為相關(guān)技術(shù)人員提供一定參考。