水泥厂自动化电气自动化设计综述

1.水泥生产线供电

1.1越南缘何日产5000吨水泥生产线的设计，设计范围从MV配电站到水泥包装。整个生产线设四个MV配电站，六个车间变电所，均采用电容集中补偿方式；MV电源引自厂内110KV/6KV总降压站;车间变电源引自不同的MV配电站；生产线一级负荷保安电源来自厂内一台600KW的柴油发电机。

1.2整个5000吨水泥生产线采用DCS控制系统进行监视和控制，进DCS的工艺设备操作在中央控制室实现。电气控制室需人员值班或巡检，现场生产设备采用人员巡检的方式.。

5000吨水泥生产线供配电系统与电气控制：

2.1中压供配电及控制系统

越南缘何日产5000吨水泥生产线共设四座MV配电站，分别为破碎MV站、生料MV站、窑头MV站、水泥MV站，分别置于在相应的车间电气控制室内，供电电源来自厂区110KV/6KV总降压站，采用6KV电缆沿厂区电缆桥架分别引至各MV站，其中，破碎MV站为一路供电进线；生料MV站为两路进线；回转窑头MV站为一路进线；水泥MV站为两路进线。两路进线正常情况下母联柜断路器处于分闸状态，使两段进线负荷基本平衡运行，其中一路进线故障或检修，手动合母联柜开关，使另一路可供重要设备运行。6kV侧采用德力西高压开关柜型号为KYN28-12交流金属铠装封闭移开式开关设备, 适用于3~10KV三相交流50HZ系统中,作为接受与分配电能之用，柜内真空断路器选用ABB VD4，额定短路开断电流（有效值，为31.5kA），操作机构型式为弹簧储能式，该机构具有机械手动合分闸装置及防误动作措施。既手动储能时二次来电瞬间电机或断路器动作也不会对手动储能产生震动和冲击。开关柜为双面维护, 前面可检修断路器及继电器室的二次元件, 维护操动机构、机械联锁及传动部分, 后面可维修主母线和电缆终端，开关柜有可靠的接地系统，可确保运行安全。

各中压配电站开关柜与DCS的操作方式：

A． 将断路器小车置于“工作”位置，此时断路器可在两个地点进行操作，由选择开关进行选择：①中压配电站，②中央控制室。

B． 将断路器小车置于“实验”位置，此时只能在开关柜上进行操作，而且只是在对断路器进行实验时才使用。

C． 只有在断路器处于“跳闸”位置时，才能将手车退出“工作”位置或“实验”位置。

开关柜采用Schneider微机综合保护装置，微机综合自动保护装置安装在高压开关柜上，装置通过Profibus DP通讯接口引入DCS，保护装置的显示窗口和操作菜单均为大屏幕的LCD显示屏，可利用功能键调看和显示各种数据、参数，并可进行参数修改和保护定值整定(有密码保护)以及动作信号灯的复归、自保持信号的复归、故障记录器的清零等。可实现远方/就地分合闸，并形成电能管理系统。

中压开关柜的操作电源由直流屏中引来的DC110V电源来满足操作要求，直流操作电源来自免维护直流蓄电池屏，该系统交流输入电源为双回输入，互为备用，自动投入；直流系统采用微机控制技术，能自动进行充电、浮充电、自动调压、两路电源互为备用，保证交流充电电源的可靠性；通讯系统可通过RS232或RS485串行口，以MODBUS规约实现与上位机的通信，将数据上送，实现直流系统的集中监视功能；监控单元采用图形化显示、触摸人机界面，大屏幕，汉化中文菜单，使设备的操作更为简便，并可进行参数设定、调节。并具有密码权限管理措施，杜绝非法操作，从而保障设备安全可靠运行。

6KV中压补偿集中设置在各MV配电站内，投切开关采用ABB高压真空接触器，整机保护功能为过压、过流、欠压、短路、缺相、谐波超限、防雷、

电容器10min保护、日投切次数保护，耐受短路电流31.5kA。系统不设中压电机就地补偿。集中补偿设有自动投切功能，保证补偿后功率因数在0.95以上。

。6KV绕线电机采用ZDQ6型液体变阻器起动，液体变阻器安装在相应的电气控制室内。其本体与控制箱合为一体，采用PLC控制。液体变阻器提供三个无源接点给中控，分别为允许合闸信号、转子回路短接（起动结束）信号　、综合故障信号并提供二个无源接点给高压柜，分别为允许合闸信号　（电极上限，转子未短接，电源备妥，无故障）、综合故障信号。高压柜提供一个无源接点给液体变阻器，为水阻柜驱动信号。

2.2低压供配电系统及控制：

  在整个生产线中设置了六个车间变电所，就近为低压负荷供电，车间变电所均设在相近的车间电气室内，配电变压器均采用S11-M型油浸式，负荷率小于75%，变压器最大容量不超过2000kVA，变压器布置采用抬高地坪方式并为电缆进出线。

， 车间变电所一览表

1. 石灰石变电所设置在石灰是车间旁：负责石灰石、石灰石预均化及输送供电；

2. 原料变电所设置在窑尾收尘器底层：负责为辅料破碎、辅料预均化及输送（堆料部分），生料配料站，生料粉磨及废气系统、窑尾框架，窑中，循环水泵房供电；

3. 煤磨变电所设置在煤磨车间内：负责为煤磨车间用电设备供电；

4. 窑头变电所设置在窑头收尘器底层：负责为窑头及蓖冷机、孰料输送至孰料库顶、空压机站用电设备供电；

5. 水泥磨变电所设置在水泥磨车间内：负责为辅料预均化及输送（取料部分）、水泥配料站、水泥粉磨车间、水泥库顶用电设备供电：

6. 包装变电所设置在包装车间内：负责为水泥库底、包装车间、散装车间的用电设备供电

车间电气室低压配电柜和马达控制柜为抽出式开关柜，柜顶母排联通

车间动力变压器设在独立的变压器室内，本车间电气室内有中压开关柜的变压器一次侧进线从中压柜以电缆连接方式直接接入变压器一次侧。但煤磨电气室和水泥包装电气室由于距离中压开关柜较远，在变压器室内设置了10KV隔离开关，高低压均为电缆进出线。车间变设置低压集中电容补偿方式，补偿柜母线和低压进线柜、低压控制柜母线相连，设有自动分投切功能，补偿后功率因数达到0.95以上。

水泥生产线的一级负荷保安电源来自应急柴油发电机组，保安电源为380V，50Hz。600KW，需要由应急柴油发电机供电的设备主要有：DCS、高温风机辅传电机，窑辅传电机、篦冷机一号、二号风机电机及部分照明灯具。发电机输出电源通过电缆沟中的电缆引入应急电源输出柜，发电机组具备正常供电断电自动启动的功能，启动信号来自DCS提供的干接点信号。发电机组设置控制屏，控制屏具有机组的各种保护功能如：柴油机油压过低、柴油机水温过高、机组超速等，并可将故障和报警信号引入DCS。控制屏可指示三相电流、电压、频率、有功功率、cosφ等参数。发电机组启动用蓄电池及充电机，充电机可接受400V市电，完成对蓄电池组的浮充。发电机出线接至ECC柜，并由ECC柜分配至各车间低压配电柜。

本水泥生产线设有六座电气室（含车间变）和六座电气控制室，分别是：石灰石破碎电气室、生料粉磨电气室、窑头及冷却机电气室、煤磨电气室、水泥粉磨电气室、水泥包装电气室；石灰石均化及输送电气控制室、辅料破碎及输送控制室、原料配料电气控制室、窑尾电气控制室、水泥配料电气控制室、孰料储存电气控制室，其中石灰石破碎电气室、生料粉磨电气室、窑头及冷却机电气室、水泥粉磨电气室内分别设6KV开关柜，为生产线的中压电机和各车间变电所的变压器配电。

在原料、生料窑尾、窑头、水泥磨和包装车间电气室内部分重要设备电源进线分别来自正常供电变压器和应急发电机机组，两路电源可以自动相互切换。发电机具备正常供电断电自动启动的功能，启动信号来自DCS提供的干接点信号，当正常供电丢失时，DCS启动应急发电机，EMCC的电源进线自动切换到应急回路；但是，当正常供电恢复时，需人工切回正常供电回路。

2.3低压电机拖动控制

2.3.1水泥生产线电机拖动控制

   水泥生产线上250kW以下电机采用低压380V，250kW及以上电机采用6kV高压，

75kW以下低压鼠笼电机采用全压起动，75kW及以上低压鼠笼电机采用软起动器起动，软起动器安装在相应车间电气室内。

生产线中喂料设备、风机及需要调速控制的低压鼠笼电机采用全数字式变频调速装置起动与调速，变频器与DCS之间采用profibus-dp通讯方式，变频调速装置安装在相应车间控制室内，变频电动机转速设定方式有两种：中控设定和柜面上的变频器控制面板设定。

一般电动机控制操作分为三种方式：中控联锁控制、中控解锁控制、现场机旁控制。控制方式选择在中控实现，并在显示器上显示生产设备采用集中和机旁两种控制方式，通过中控操作站上软转换开关切换，只有在中控将转换开关设在机旁状态时，机旁按钮盒上的启动按钮才能有效，但机旁按钮盒上的停机按钮在任何状态下均起作用。机旁控制用于设备检修及调试，机旁控制时设备之间没有联锁，开停由人工操作。正常生产时设备均采用集中操作方式，设备之间按顺序起停，并实现故障联锁停机，集中方式由中控室DCS控制。在集中方式下生产设备的机旁按钮盒只用于故障紧急停机，不能用于设备起动。

电磁阀的控制主要采用集中控制方式，由中控控制，机旁只能采用分断机旁分线箱内的空气开关方式操作。

另外，一些设备随机带有检测控制装置，如：皮带机带有拉绳开关、跑偏开关及速度检测，提升机带有料位开关、跑偏开关及速度检测，电液推杆带有位置检测等。这些检测控制装置有的用于设备起停控制，有的用于设备状态报警。

生产线中主机设备带有润滑油站及液压油站，这些油站部分配有现场控制柜（箱），当设备进行现场检修及调试时，通过油站的现场控制柜进行控制操作；当正常生产时，由中控室DCS直接控制各油站的起停运行，现场与中控由中控进行切换。

现场控制按钮盒有四种形式：1、单急停按钮，用于现场不需起动的设备。 2、双按钮，一起一停，用于绝大多数电机的机旁起停。3、三按钮，两起一停，用于正反转电机，正转启动、反转启动和停止。4、一按钮，用于变频调速电机，停止。

预告信号是用于中控起动现场设备时，对现场人员进行警示，提示人员离开危险地带。预告信号（电铃）由中控直接控制，每次启动设备前，发出约15秒的电铃声。

2.3.2 厂区与车间照明。

2.4.1 生产线的照明分为三类：正常照明、应急照明。照明的电源军引自正常照明配电箱，应急照明采用带蓄电池的应急灯。重要车间的照明均为双电源供电，一路来自本车间，另一路来自应急发电机组。

2.4.2 所有灯具均为220V AC。

2.4.2 厂区照明：厂区照明采用钠灯光源，道路灯具，一般灯具灯杆为4m.过路灯具灯杆为6m。厂区设照明控制箱，可光控、定时和手动启动。

2.4.3车间内及厂区路灯照明主要采用CXTG64高效节能反射型投光灯，允许露天安装，具备防水、防尘、防震、防护等级为IP65。灯体为铝压铸，外表喷塑处理，灯体与灯泡之间配用耐高温，抗老化橡胶密封圈，灯具可以上下、左右任意调节方向和角度

控制室主要采用CXYG2-2(36W)荧光灯，插座开关带漏电保护并设空调插座；控制室内安装有应急照明灯（5W）；大控制室内设分体式空调，空调台数按面积设计，照明电源均来自照明配电箱，照明配电箱，插座及开关均为暗装。车间内照明不设开关，控制室内照明线暗敷，车间内照明线明敷，照明线均采用BV-500V电线。

2.4.3 大电气室设进出口设光字排，窑尾烟囱设JZ-7飞行警示灯。

2.3.3 电缆与电缆敷设

全厂6kV动力电缆采用YJV-10KV交联聚乙烯绝缘电力电缆；0.38kV动力电缆采用VV- 1kV电力电缆;变频电机电缆选用BPYJVP-1KV;控制电缆采用KVV-0.69KV,截面为1.5mm2缆;一般屏蔽电缆选用DJYPVP-1.0KV,耐高温屏蔽电缆选用KFFR，补偿导线采用KC-GB-VV

信号电缆采用屏蔽软电缆电缆。

电缆在桥架上的敷设按从下到上依次为中压电缆(6kv)、低压动力电缆（380V）、控制电缆、信号电缆（通讯电缆）分层敷设，屏蔽电缆分层或穿管敷设（与其他电缆敷设在同一桥架时）。

厂区户外电缆主要采用电缆桥架敷设；车间内根据现场情况采用电缆沟﹑桥架﹑穿管埋地敷设方式

2.3.4 防雷与接地

厂区设统一的接地系统，即保护接地﹑工作接地和防雷接地系统为同意接地网路，接地电阻小于1欧姆。设备的电气保护接地和建筑物防雷接地均使用该接地系统。但DCS及仪表使用独立的弱电接地系统，该弱电接地系统接地电阻小于1欧姆，埋设在中控室附近，全厂其他电气室、控制室的弱电接地均通过电缆连接到中控室弱电接地。

建筑防雷设计要求：

1）建筑物屋面周边每隔18~20m应采用引下线接第一次；

2）现场浇制的或由预制构件组成的钢筋混凝土屋面及基础，其钢筋宜绑扎或焊接成闭合回路；

3）所有避雷针应采用与避雷带互相连接；

  4） 防雷接地所用材料为：避雷针采用钢管;针长小于1m采用圆钢12mm; 针长1~2mm采用圆钢16mm; 烟囱顶上的针采用25mm;

  暗敷引下线采用圆钢不小于12mm，明敷引下线采用圆钢16mm（如是钢管，

度为4mm；）

 垂直接地极采用圆钢截面积为25mm2.

厂区低压电气接地系统采用TN－C-S系统。防雷接地采用建筑物内主筋或施工时在柱内预埋不小于￠12钢筋作接地引下线，达不到极地电阻要求则需沿建筑物周边补设接地装置。需作明敷引下线的建筑物采用不小于￠12的镀锌圆钢与接地极相连，
第三章  自动化仪表与通讯系统

3.1 主要检测控制仪器仪表

温度检测主要采用热电阻和热电偶，窑筒体测温采用窑胴体温度监控及在线分析系统。设备上的轴承测温、窑托轮测温及电机绕组测温的热电阻由设备配套提供，轴承测温通过温度变送器将4~20mA的电流信号引进DC；电机绕组测温（多点）通过温度远传仪表将4~20mA的电流信号引进DC，该产品可同时测量6个测温点，并将各个测温回路中的温度比较以后，把最高温度的一个点作为输出。该表具有现场温度数字指示，可以通过面板上的按键逐个观看各点的温度，此设备安装在需测设备的附近。

正负压力检测主要采用差压（压力）变送器，篦冷机风机进口的风量检测也采用差压变送器，信号进DCS。

圆库的连续料位检测采用VEGAPULS68、VEGAPULS67雷达料位计，4～20mA输出/24VDC二线制，一体式传感器；小仓采用VEGACAP62（棒式侧装）、VEGACAP65（缆式顶装）料位开关；料仓的连续料位检测采用称重传感器，水箱水位检测采用静压式液位计。水流量检测采用涡街流量计。

窑尾烟室设PS6500型CO、O2、NOX高温气体分析仪系配取样探头一套，预热器出口设PS6500型CO、O2 、NOX气体分析仪系统配取样探头一套，、煤粉仓设PS6500型CO气体分析仪系统（双巡检）配PP1170气体取样探头两套。

电动执行器采用天津伯纳德公司带伺放的电子式一体化产品，电动执行器直接由DCS控制，输入/输出信号为4~20mA。为了防止干扰，对调速皮带称、冲板流量计、电动执行器、变频器和软启动器等设备进DCS的模拟信号采用信号隔离器。

窑头设比色高温计和电视看火，篦冷机设电视看火。在生产线的重要岗位设电视监视。

随水泥生产线 水泥设备配套提供的主要连续检测信号有：立磨振动检测、立磨料层测厚、篦冷机篦床位移检测、油站温度检测等。随设备配套提供的主要开关量检测信号有：油站油压、油位检测，提升机料位、跑偏及失速检测，皮带机跑偏及失速检测，电液推杆等设备的位置检测等。

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