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陈慈明：水泥工厂智能技术的应用

水泥中国水泥网信息中心 2018-11-01

广东塔牌集团股份有限公司，积极抓住这一向智能化转型的机遇，从创新驱动、强化基础、智能转型、绿色发展四个方面谋篇布局。不断探索新技术的应用，将信息技术和自动化技术全面融入到水泥生产经营管理中，使生产过程的物料流、信息流、能源流和资金流更加协调顺畅，进而降低资源能源消耗，提高生产经营管理效率，提升企业市场的竞争力。

　　随着《中国制造2025》的发布，智能制造已是未来几年我国制造业发展方向，面对信息技术和工业技术的革新浪潮，德国提出了工业4.0战略，美国出台了先进制造业回流计划和产业互联网，中国加紧推进两化深度融合，并发布中国制造2025战略。这些战略的核心都是利用新兴信息化技术来提升工业的智能化应用水平，进而提升工业在全球市场的竞争力。

　　广东塔牌集团股份有限公司副总工程师陈慈明　　

　　新型干法熟料水泥生产线自动化技术

　　新型干法熟料水泥生产线采用集散控制技术，即分散控制、集中管理，生产线设备自动运行，现场生产管理采用巡检方式，无需设置岗位操作，自动化程度较高；生产线安装了数百块自动化仪表，对生产过程和设备运行数据进行实时测量，实现工段、车间数字化；同一工段设备有关联连锁关系，当某一台设备出现异常时，会自动跳停并连锁相关联设备停机，避免发生生产事故和设备损坏；中央控制室窑、磨操作员对生产进行集中操作和监控。

　　智能工厂

　　智能工厂是在数字化工厂基础上，集初步智能手段和智能系统等新兴技术于一体，利用物联网技术和监控技术加强信息管理服务，提高生产过程可控性、减少生产线人工干预，以及合理计划排程，构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

　　根据智能工厂的定义，在新型干法熟料水泥生产线集散控制系统基础上升级为智能工厂，需要采取的智能手段有：

　　1、生产控制智能化：实现窑磨生产过程自动化；2、质量控制自动化：实现产品检验由人工分析到在线自动分析；3、管理信息化：实现生产经营信息互联互通；4、物流控制智能化：实现工厂进出物资无人值守；5、生产过程可视化：实现远程集中监视。

　　智能技术

　　塔牌集团高度重视技术进步，积极引进市场上先进、成熟、可靠的智能技术，通过进行有效的信息化和智能技术的应用，打造水泥工厂应用特色的工业互联网平台，将传统水泥生产逐步向智能化生产转型升级，引进了以下五项智能技术。

　　一．MFA无模型自适应控制技术

　　引进先进控制技术MFA无模型自适应控制技术，实现窑、磨生产控制智能化，通过寻找最佳效益运行点，减少人为干预和波动，稳定生产、安全运行、保证质量、提高产量、降低单位能耗。

　　系统特点：

　　先控软件安装在工业PC平台上构成先控站，通过现场总线连接DCS控制系统，对原有设备和仪表没有特殊要求，其设备安装与调试均可于数天内在线完成，生产线无需停产；先控软件可具有水泥生产线全程控制功能，包括回转窑系统、磨机、余热发电及脱硝等，能够快速建立和维持系统的动态平衡，兼顾风-煤-料的运行，协调分解炉-回转窑-篦冷机中各个热工环节的操作，控制方案完整而实用；先控软件的核心技术突破PID等传统控制技术的局限性，有效解决水泥熟料烧成过程中的多变量、大滞后、非线性、时变等控制难题，尤其强化自动控制的自适应能力，有效抑制原燃料成分的波动，维持稳定的控制品质而无需人工干预，自动控制的投运率高，可实现生产运行操作的优化。

　　控制项目：

　　烧成工段：窑尾煤、高温风机、窑头风机、篦冷机篦速等自动控制；原料磨工段：入磨喂料量、磨尾排风机、磨出口温度等自动控制；煤磨工段：煤磨冷热风阀、煤磨喂料量等自动控制；水泥磨工段：磨机台时、循环风机等自动控制；余热发电：SP炉高压汽包水位、AQC炉高压汽包水位、AQC炉低压汽包水位、冷凝器液位、主汽压力、给水压力、均压箱压力等自动控制；脱硝系统：脱硝NOx自动控制。

　　二．在线分析技术

　　跨带式原料在线分析仪

　　引进先进在线分析技术--跨带式原料在线分析仪和粒度分析仪，实现生产过程质量自动控制，改变传统产品质量事后分析变为事前实时分析和控制，对保证生产质量稳定、安全运行具有重要意义。

　　跨带式原料在线分析仪：仪器安装在入磨皮带机上，每一分钟检测出物料的化学成分，并计算出物料的KH、SM、IM三个率值，通过和生料质量计算机控制系统KH、SM、IM三个率值的目标值比较，连续不断地调节各原料下料配比，使得入磨原料的KH、SM、IM三个率值不断地逼近目标值。由于这个闭环控制几乎是实时进行的，这就使得出磨生料的KH、SM、IM三个率值控制非常稳定，并提高了出磨生料KH、SM、IM三个率值的合格率。

　　粒度分析仪

　　粒度分析仪：在生料磨和水泥磨使用了在线粒度分析仪。

　　出磨生料细度分析仪安装在生料入库提升机上，实时分析生料细度使生料的均匀性显著提高；水泥在线粒度分析仪安装在水泥出磨输送斜槽上，实时检测出磨水泥细度和颗粒级配，提升水泥质量控制，提高水泥磨运行的能效水平。

　　使用在线粒度分析仪一是可以实时监控细粉料的粒径分布和变化趋势，提高产品质量的管控；二是可以减少化验室对出磨生料细度、水泥比表面积的检测次数，减轻员工的劳动强度，提高工作效率。

　　三．信息化

　　引进管理应用软件，搭建数据高速集中管控、高效协同的业务信息化系统，集成生产管理、供应链系统、销售系统、财务系统、人事管理等数据建立大数据中心，打造全公司一体化的信息化平台。集中管控模式主要体现在:集中营销，分散执行；集中采购，分散收货；集中计划，分散排程；集中财务，分散结算；集中物流，分散仓储；统一工艺，分散制造。

　　CPS系统平台采用J2EE架构，融合BS和CS的优点，平台架构技术领先，具有以下特点：融合SOA理念的架构平台和系统框架，具有跨平台、易维护、可集成、可扩展、分层设计、可配置的特点。

　　1.信息化--CPS系统平台特点

　　系统平台采用分布式的系统架构,集团平台和分公司平台共同构建了集中一体化的私有云平台。

　　系统平台全面支持与设备的互联互通。分布式的工业平台架构支持海量工业数据的采集，确保现场设备运行的稳定性和数据采集的及时性，即使在互联网异常情况下，也不影响工厂本地的生产运行。

　　系统平台全面支持系统与系统之间的集成整合。系统平台为ERP系统、智能物流系统、生产系统、质量系统、设备系统、能源系统等提供统一的基础数据源和平台接口，实现工业大数据的互联互通。

　　系统平台支持集中扁平化的集团化管控建设，全面实现业务数据的一体化，真正实现集团总部对各分公司工厂的实时监控，提升管控水平。

　　2.信息化-建设水泥行业特色的工业互联网

　　建设水泥行业特色的工业互联网，销售系统的互联互通。

　　3.信息化--销售系统的互联互通

　　互联网应用包含客户订单APP和销售管理APP。其中，自电商平台上线后80%的订单已由传统电话报单及现场报单模式转为网上下单模式，极大的提高了销售下单效率以及准确性，并且下单过程有据可查避免不必要的争端，减少了业务室人员的工作量。

　　智能发货系统和销售订单无缝整合，客户代理司机持提货码在自助终端自助发货，系统会对客户资金进行校验。

　　销售智能发货系统通过使用RFID卡流转，将整个现场流程从进厂刷卡、业务开单、称重放料、门卫收卡，各阶段流程进行时时管控、防作弊、防疏漏。

　　销售结算系统在销售订单、销售发货、销售出库以及资金管理的互联互通基础上，实现销售结算的自动化。结算由原来三个部门手工结算改为系统根据出库数量销售结算政策自动结算，将原3批人4-5天的工作量压缩至半天，并极大的提高了结算的准确性。

　　结算后自动形成结算报表以及各客户对账单，对账单可通过邮件自动发送至客户指定邮箱，客户亦可在电商平台进行自助查询。

　　销售开票智能化。原销售开票为业务人员根据客户发来的开票要求核对每一车发货信息后，手工计算数量单价等进行开票且一张票只能一个强度等级，造成开票时间长工作量大且容易出错，通常开票需要三到五天时间。系统根据销售出库情况以及结算模块回填的结算单价计算出可开票的数量和金额，业务人员对照客户发来的开票申请便可直接开票，一切数据由系统得出。

　　系统实现了业务与财务系统的无缝集成，将发票、收款单等自动集成至财务系统生成凭证。

　　销售工业互联网的价值呈现：提升销售接单以及销售发货和销售结算效率，降低销售发货成本，减少销售管理人员，提高了客户的满意度，减轻销售管理工作人员的工作强度。

　　4.信息化--采购系统的互联互通

　　采购系统的互联互通：采购系统实现了与仓库系统、招标系统、物流系统、质量管理系统、财务系统的互联互通。

　　实现全集团物料统一编码，从源头实现一物一码，实现各分公司仓库系统数据互通。

　　实现从申报到签收、询价竞价、供应商供货、验收入库，再到领用出库，系统进行了严谨的逻辑控制和数据共享，以及将供货清单的核对和发票号码录入工作前移给供应商，减少了数据的重复核对，也减轻了仓库和物资供应部相关人员的工作量。

　　搭建塔牌集团物资招采平台，与ERP系统无缝集成，采购员可以根据申报内容直接生成询价单发布到招采平台，供应商报价，开标前任何人都无法查看报价内容以及报价附件，开标后统一查看，且在专家池随机抓取评标人员。中标公告以及订单（合同）信息直接发送给供应商，供应商根据订单（合同）备货配送，仓库验收后供应商可以根据物供部开出的开票通知单在招标平台开具发票。

　　5.信息化--生产系统的互联互通

　　生产系统的互联互通：生产监控系统的互联网，通过互联网，可以对生产系统实施远程监控。

　　生产过程管理

　　包括生产计划、生产报表、物资采购验收、进厂材料检验、生产过程及成品检验、质量报表等。根据生产、采购和销售实际进行数据关联，减少人工统计的繁琐工作，各物料的购进、消耗、库存数据清晰可查，实现了数据的实时传递和远程共享。

　　与DCS系统集成，采集并结合生产系统运算得出各工序、各设备投入产出数据，根据库存算法自动生成原材料库、生料库、熟料库、成品库的库存信息，并将数据自动集成到成本管理系统。

　　6.信息化--设备系统的互联互通

　　设备系统的互联互通

　　通过设备管理系统，建立系统和动态的设备台账，用户可直接查询设备的档案资料、维修保养历史、故障历史、润滑记录、油液检测记录等，实现对现场设备全生命周期的管理。

　　四．智能物流

　　智能物流系统由电子汽车衡、自动打印系统、视频监控、红外监控、智能道闸、LED大屏显示器、一卡通系统组成。主要包括以下流程：发货、收货流程管理；一卡通发卡管理；车辆排队管理；票据打印审核；无人值守地磅；散装、袋装装车控制；手持终端管理装车、卸车。

　　系统贯穿于车辆进厂到车辆出厂，使用一卡通系统和智能道闸规范车辆的行车，使用红外监控和视频监控实现对车辆过磅行为的控制和监控；使用自动包装控制与一卡通集成完成自动喷码、自动计数；使用散装下料控制与一卡通集成实现自动装车功能。通过与系统平台结合，最大幅度的减少水泥厂由于人员或流程的因素出现的作弊现场和操作问题，从而达到减少人员配置，提高称重效率，减少过磅给企业带来不必要的经济损失。

　　五．可视化技术

　　针对水泥生产线监控区域的需要，采用网络红外IP高清摄像头的方式，来实现对整个水泥线生产范围内的监控覆盖。再以光纤和网线为传输媒介，通过光纤收发器实现从前端采集的视频信号传入汇聚中心，再通过交换机汇聚至中控室集中管理中心。

　　通过所架设的局域网在控制中心利用总控服务器、视频解码器、网络视频监控系统软件接大屏对前端采集来的视频信号进行切换、分割显示上墙，同时实现对前端摄像监视点的控制。

　　通过所配置CVR网络存储磁盘阵列进行存储录像及网络传输，方便日后调看监控录像资料。系统集视频采集、视频显示、前端控制、存储录像、网络传输为一体，基本满足了现代化厂区对水泥线工艺生产区域监控方面的需要。

　　智能工厂

　　通过集成生产控制智能化、质量控制自动化、生产经营管理信息化、物流控制智能化、生产过程可视化等，与新型干法熟料水泥生产线DCS系统深度融合，并引进设备状态监测技术、油液检测技术提高设备管理能力，利用互联网技术实现水泥生产从制造到智造的智能化转型升级，做到生产自动化、管理信息化，进而构建高效、节能、绿色、环保、舒适的人性化工厂。

编辑：周程

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