中控实时数据库在水泥企业中的应用

前言
   水泥行业是国民经济的支柱产业面之一，近年来遇到了很大的竞争考验。各个企业都通过自动化系统在水泥原料配料、旋风选粉机、生料磨机、均化库到煅烧过程的应用，zui大限度地提高产品产出率；并通过优化控制，降低碾磨及燃烧过程的能耗并节省原料；通过设备级的诊断功能及通讯来提高设备正常运行的时间。在满足环境要求的同时，通过对上游的过程分析及放射监测来提高产品质量。同时，还通过构建企业信息管理系统来提升企业的竞争力，就是通过提高管理效率来促进安、稳、长、满、优生产。很多水泥企业都将ESP-iSYS作为管理信息系统和优化控制的平台，取得了提高企业经济效益良好的效果。 
    目前，水泥已广泛用于建筑、水利、道路、国防等工程中。近年来，宇航、信息及其它新兴工业中对各种具有特种性能的水泥复合材料的需求也越来越大。因此，水泥工业在整个国民经济中起着十分重要的作用。在目前甚至未来相当长的时期内，水泥仍将是人类社会的主要的建筑材料。
    水泥产品按用途主要分为通用水泥、水泥、特性水泥，其中通用水泥主要包括以下六种：普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。
水泥生产工艺简介
    水泥生产工艺的主要过程是原料破碎粉磨后制成生料，然后再把生料送入到高温窑炉中用燃料将其煅烧成熟料，zui后将熟料与适量石膏混合磨细制成水泥，需要经过矿山开采、原料破碎、黏土烘干、生料粉磨、熟料煅烧、熟料冷却、水泥粉磨及成品包装等多道工序。
    其生产过程通常可概括为“三磨一窑”，可分为四个步骤：
    生料制备：即将石灰质原料、黏土质原料与少量校正原料经破碎后按一定比合、磨细并调配为成分合适、量质均匀的生料。
    煤粉制备：水泥燃烧过程中的煤炭，必须制备成煤粉，提供煤粉燃烧所要求的粒度，以便于充分燃烧，得到足够的燃烧反应能力。
    熟料煅烧：即将生料放在水泥窑内煅烧至部分熔融以得到以C3S为主要成分的硅酸盐水泥熟料。
    水泥粉磨及出厂：即将熟料加入适量石膏、混合材或添加剂共同磨细为水泥，并包装出厂。
 
应用方案 
    


应用架构 
系统生产监控
    1. 实时数据读写
    把DCS、磨机运行工况监测系统、X荧光分析仪系统以及具备条件的控制系统的数据和现场电信号数据通过统一的OPC接口采集到控制室。可以实时记录各个检测设备的动态数据，存储生料SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO的检测数据以及生料的配比方案。
    2. 流程图画面的浏览
    流程图画面反映出工艺原理和流程以及当前的生产状况，使生产管理人员能够方便地了解和分析生产情况。例如：显示各种工艺参数和生产数据等。
    3. 生产数据监视
    生产数据画面能够全面地反映生产情况，将每个工段相关的数据集中到一幅或几幅画中。可监视配料秤反馈流量，根据用户需要设定报警偏差提示报警；可监视磨机运行状况，根据用户需要设定报警提示。
    4. 实时趋势、历史趋势监视
    趋势图能够显示出某一段时间数据变化的情况。实时趋势能够反映出当前的数据变化情况，历史趋势的数据从历史数据库中取出，能够查看任何时间段数据的变化情况。通过查看历史趋势，可以了解长时间的生产情况。当发生事故时，可以利用历史趋势进行事故原因分析。比如统计生料波动的实时曲线。
    5. 实时报警、历史报警功能
    当某个工艺参数达到报警条件如超过高高*，就立即产生报警信息，提醒相关人员立即处理。可根据用户需要设定配料秤反馈流量报警偏差，提示报警；设定磨机运行状况报警提示。
    6. 生产实时数据对比分析
    数据分析工具，可以查看任意两个时间之间的位号数据集合。
    7. 数据查询
    可以为其他客户终端提供数据查询，供生产决策者进行分析。包括数据的属性查询，实时值、历史值查询，而且查询的结果可以导出为EXCEL文件保存。 
 



管理功能
    生产调度管理功能：综合全厂生产信息，及时调整各工段的生产。发送调度信息到各个工段，实现调度和各个工段之间快速信息传递。自动根据调度需要的生产参数、信息生成报表。 
    设备运行管理功能： 系统自动对设备的运行时间、运行情况进行记录和统计，结合设备资料、设备信息等，形成设备的运行和日常维护等报表，充分发挥设备的效率。 
    班组考核管理功能：通过对现场实际数据的监测，以班组为单位，对考核点进行记录和统计，形成各个班组在一定生产条件下生产质量的报表（班、天、月、用户时间段的多种统计模式），对合格率、平均值、标准偏差、zui大值、zui小值进行统计（所有报表均可以导出或直接打印统计结果），从而成为班组考核的依据。 
质量管理功能：将企业的质量管理与质量控制决策有机地融入整个综合信息管理自动化系统建设中，提高企业的经济效益和竞争力。在水泥生产过程中，产品质量控制的三个重要环节是：入窑生料质量和喂料稳定性，熟料率值和矿物成分设计值的合理性与熟料煅烧状况以及水泥的粉磨细度、颗粒级配、颗粒形貌等。
 
    系统还提供能源管理、计量管理、用电管理、化验室管理等相关管理功能。 
系统扩展
    系统在ESP-iSYS实时数据库平台上可以扩展生料配料率值自动控制功能。
    ＊背景
    硅酸盐水泥熟料中各氧化物不是以单独状态存在，而是由两种或两种以上的氧化物合成的多矿物集合体。因此，在水泥生产中不仅要控制各氧化物的含量，还要控制多氧化物之间的比例，即率值。这样更能表示出水泥的性质及对煅烧的影响。
    率值就是用来表示水泥熟料中多氧化物之间相对含量的系数。它是生产控制的一种指标。
     ＊率值控制内容
    生料配料率值的*控制可分为两大部分。根据水泥生料配料工艺目标，在一定的约束条件下，并在保证率值控制精度的前提条件下，以生产成本zui低为目标，优化得到生料配比及相关的原料流量设定值，然后利用DCS的基本控制回路把流量控制在优化的设定值上，从而满足率值的控制目标。生料配料率值*控制原理如下图所示。

    ＊技术路线
    采用软测量技术原理，优化控制技术等技术，在保证率值控制精度和生产约束的前提条件下，以生产成本zui低为目标，优化得到生料配比及相关的原料流量设定值，然后利用DCS的基本控制回路把流量控制在优化的设定值上，从而满足率值的控制目标。
 
结束语
    通过基于实时数据库的水泥生产信息管理系统，通过一体化的智能生产计划与调度管理、全线在线质量管理以及综合设备管理等模块，实现全厂的生产数据采集、资源调度优化与跟踪、能源供应控制、操作管理、性能分析以及必要的数据信息转换等功能。
    调度管理人员可以在监控调度中心通过相应的权限对全厂水泥工艺生产的主要环节进行实时监控，实现生产调度、决策指挥的信息化、科学化，为水泥企业优化调度、节能降耗、有效预防和及时处理各种突发事故提供有效手段，为水泥企业信息化的应用和发展奠定基础。
   浙大中控作为一家集工业自动化产品的科研开发、生产制造、市场营销和工程服务于一体的高科技企业，已经成为中国zui的自动化公司之一，期待着与更多的建材客户共同进步，以全面提升整个建材行业用户的自动化水平与经济效益。