水泥原料入磨組控制系統(tǒng)的設計及應用

王希娟++馮京曉++呂海利+++楊志

摘 要：文章對水泥生產系統(tǒng)原料入磨組部分工藝流程和現(xiàn)場執(zhí)行層應用設備進行介紹，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敘述，通過對水泥原料入磨組控制系統(tǒng)實際應用，具有較好的效果。

關鍵詞：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

隨著我國經濟的快速發(fā)展，國家綜合實力得到迅速提高?；A設施、公路、鐵路、房地產等行業(yè)取得長足進步，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)內的潛在隱患，產能過剩已成為必然。怎樣使水泥生產線高效、低能耗生產，工藝線合理、可靠、安全運行顯得日益重要。原料立磨作為水泥原料生產的重要設備直接影響著水泥線的生產和產量，其正常工作對水泥生產線至關重要。而原料入磨組控制系統(tǒng)的優(yōu)劣直接影響產量和質量。基于此，根據國內某5000t/d生產線本文對原料入磨控制系統(tǒng)的設計作以詳細敘述，并就實際應用進行探討。

2 水泥原料入磨組工藝

各種原料按設定的配比，由各自的計量皮帶秤計量后，由膠帶輸送機輸送至原料粉磨系統(tǒng)進行粉磨。入磨膠帶輸送機采用變頻調速，可短時間內調節(jié)入磨物料量，穩(wěn)定磨內料層厚度。同時在皮帶機的上方設電磁除鐵器（鐵粉卸料點的前面）和金屬探測儀（皮帶輸送機頭部），防止鐵塊等金屬進入磨內。入磨前設排除金屬異物的三通閥（05.01），該閥也作配料皮帶秤實物標定出料口用。各原料的配比由質量值班人員設定。生料粉磨采用LGM5426立磨（05.03），磨機入口采用回轉喂料鎖風閥（05.02）。入磨膠帶輸送機送來的原料通過回轉喂料鎖風閥喂入生料磨，物料在磨內被研壓粉碎、烘干并被選粉機分選，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%，產品細度為88um篩篩余≤12%，0.2mm篩篩余≤1.5%，臺時產量為500t/h。生料粉磨設置有物料外循環(huán)系統(tǒng)。磨內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（05.12）、提升機（05.14）送至入磨皮帶機上，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)可增加磨機的產量，降低能耗。生料磨內置動態(tài)選粉機，生料細度可通過選粉機轉子速度調節(jié)。入磨皮帶輸送機采用變頻調速，生料磨入磨物料量根據磨機進出口壓差調節(jié)；磨內通風量根據旋風筒出口流量調節(jié)，由磨系統(tǒng)風機閥門控制；根據磨機入口負壓變頻調整廢氣風機轉速控制風量；根據磨機出口廢氣溫度控制磨機噴水量。設生料質量控制系統(tǒng)，對出磨生料及入窯生料質量進行及時監(jiān)測、控制和調整。

3 原料入磨組控制系統(tǒng)設計

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

3.1 現(xiàn)場執(zhí)行層設備

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

3.2 中間控制層

中間控制層主要包括硬件部分設計和軟件部分設計，該部分主要完成對現(xiàn)場執(zhí)行層設備的工藝操作，起著銜接上位機監(jiān)控層和現(xiàn)場執(zhí)行層設備的作用。通過中間控制層PLC，將現(xiàn)場數據傳輸到中控監(jiān)控畫面，完成對設備的整體監(jiān)控。另外，操作人員將一些操作指令通過畫面發(fā)出經過中間控制層PLC程序運行，將指令發(fā)送給現(xiàn)場執(zhí)行層設備，完成既定的工藝操作。

3.2.1 中間控制層部分硬件設計

原料入磨組中間控制層采用西門子S7-400 PLC，通過遠程I/O站同現(xiàn)場執(zhí)行層設備進行數據交換；PLC同遠程I/O站之間采用DP通信。遠程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數字量輸入模塊和6ES7 322-1BH01-0AA0數字量輸出模塊組成。

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

（1）主站部分通信參數設置

圖2主站地址設為2，通訊速率為1.5Mbs。在進行通訊數據配置時，要確保主站與從站通訊參數一致。

（2）從站部分通信參數設置

DCS遠程柜有多個I/O從站，連接不同的設備。這里只對從站3作以介紹，其他站通訊參數設置同3，這里不再一一介紹。通過以上通信參數設置，完成主站同從站的通訊組態(tài)，實現(xiàn)遠程站同主站PLC數據交換。

3.2.2 中間控制層部分軟件設計

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

圖5為電機控制塊，上邊對控制塊引腳做了詳細注釋。對于原料入磨組設備來說，具有電機的設備大部分都采用此塊，根據設備與中控通訊及工藝控制需要可選擇不同的引腳加以運用。其中對于AutModLi和ManModLi兩個引腳，只有在ModLiOp引腳值為1，AutModLi值為1，ManModLi值為0時，StartAut和StopAut引腳輸入才有效。Permit為電機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為設備的相關保護輸入，任一保護條件不具備，其值為1，跳停電機；輸出端具有脈沖啟停引腳和長驅起停引腳，另外根據編程需要可對一些引腳進行添加和隱藏。

3.3 上位監(jiān)控層

上位監(jiān)控層畫面主要完成對設備運行狀況的監(jiān)控，通過該畫面可以完成原料入磨組設備的操作，按工藝控制流程進行啟停設備。并可對各個設備的運行參數進行觀察，通過設備運行參數判斷設備運行狀況是否正常，以便對設備進行及時維護。畫面具有良好的人機交互性，可以根據工藝、生產、維護要求對設備進行操作。也可查看設備的操作、運行、報警、故障等歷史記錄，通過歷史曲線可以查看設備歷史運行狀況，方便查詢、分析設備及工藝運行情況。

4 結束語

通過上邊敘述，對原料入磨組控制流程及控制系統(tǒng)的設計做了詳細介紹，通過該文介紹使我們對整個原料入磨組的設備有了大致了解，也對入磨組控制流程和控制系統(tǒng)的整體有了進一步認識，可以為初學者提供一個學習資料，也能為相關技術人員提供一定參考。