环球重工水泥解决方案使用先进的软件技术平台，融合建模、控制、监控、分析、可视化和集成等众多强大的技术，这些技术用于提供优化目标控制解决方案。实现如下优化控制功能和管理功能：

l 原料配比优化控制

l 立式原料磨优化控制

l 回转窑优化控制

l 水泥磨优化控制

l 环境监控与排放控制

l 生产绩效管理

选着完善的水泥生产线控制系统可产生的经济和社会效益

根据多年从事水泥行业APC解决方案的经验，Pavilion的APC解决方案可以为客户实现以下目标：

l 增加产量

l 降低磨机和窑的能量消耗

l 提升产品质量

l 在稳定生产的前提下，允许窑系统采用多种燃料。

根据在同类装置上的经验，我们预计Pavilion的APC解决方案可以为客户产生以下的经济效益：

在水泥生产过程控制系统中大量采用电子皮带秤来计量和控制物料下料量。由于物料成分及形状多种多样、水泥生产现场环境恶劣等原因，皮带秤计量控制系统具有非线性、惯性、滞后性和随机性等缺点，在实际控制应用中，很难建立其精确的数学模型，用传统的PID控制方法不能很好地解决这些问题。而以语言规则模型为基础的模糊控制理论却是解决上述问题的有效途径和方法。采用工控机和牛顿7000系列模块对配料系统进行整体控制，在此基础上，引入模糊控制策略对各种配比成分进行控制，实践证明控制效果非常理想。对水泥生产的质量提供了可靠保证，具有明显的经济效益。
1 物料计量和控制方法
确保水泥质量的关键是物料严格按配比配料，而各物料的配比量来自皮带秤的称料量，皮带秤的计量是否准确就成了影响水泥质量的关键因素。
常见的计量方式为流量计算，即对称重传感器信号和皮带运行速度的乘积进行积分[1]，这种方式计算工作量大、流量控制复杂、稳定性差，并且皮带秤的标定很麻烦，需要大物料的实物标定，且误差大。
在反复试验研究基础上，采用了一种准静态直接称重法，工作原理如图1所示。设A点为下料点，B点为出料点，从A点到B点的运行时间为皮带的周期T(一般10 s左右，为已知量并且预先设置)，物料流量的积分时间为T，传感器信号直接对应每一秤物料的重量，这种方法的优点是运算简单方便，而且标定时只需挂码静态标定，而非繁琐复杂的实际大物料(几吨至几十吨)动态流量标定。

本文采用调速皮带秤计量控制方式设定下料周期T，实现了无偏差控制。
2 配料控制系统构成
水泥厂环境恶劣(高粉尘、噪音、高温、高电磁干扰等)，为实现远距离控制，选用了牛顿7000系列远端数据模块和工业计算机来完成。系统构成如图2。牛顿7000系列模块采用RS485方式通讯，系统只需用一条双绞线即可联结，其具有的高通信速率、高采样分辨率、智能化、光电隔离、强抗干扰和双看门狗设计，使系统可靠性高，数据高速I/O成为可能，软件开发也比较容易[2]。而且主机使用RS232通讯口与网络连接，基本上任何一台有RS232的计算机都可使用此网络，设备互换性好，维护人员的工作难度和工作量也很小[2-3]。

3 配料模糊控制系统
配料系统在无误差控制过程中，如果偏差没有纠正(补偿)，将导致配比失衡，出现大量的废料，造成损失。为保证配料水泥粉磨系统的无误差及良好的动态指标，系统中将误差的积分量和微分量作为模糊控制器的输入。模糊控制器的输出为控制值的修正量Δu，由给定计算出的直接控制量为u，u+Δu经D/A转换输出控制下料器。配料模糊控制器原理图如图3所示。

选取不同的量化因子将偏差积分量、偏差微分量离散化，模糊集的论域为{-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。其模糊子集e={NB，BM，BS，ZO，PS，PM，PB}。采用式(2)来分别拟合模糊集合的隶属度。

配料模糊控制器的输入变量为偏差积分ei和偏差微分ed，输出变量为u，其相应的语言变量为Ei、Ed、U，在专家知识和手动操作经验基础上建立模糊控制规则(如表1)存放于知识库中，在模糊推理时为推理机提供控制规则。

水泥企业作为大规模生产的制造企业，是建材行业的三大支柱之一。随着中国经济的迅速发展，各行各业对水泥的需求日益增加。一方面，水泥生产总量不能满足需求，尤其是优质水泥更是供不应求；另一方面，中国虽然是水泥生产大国，但已有生产线大部分采用的是落后生产工艺，浪费能源污染环境，需要淘汰。目前国内外各大水泥企业纷纷在华兴建大型干法旋窑水泥生产线，这为水泥行业的发展提供了前所未有的机遇。ABB公司已经为您的水泥生产线准备了最佳的工业自动化解决方案，帮助您建设具有国际先进水平、高产出、低消耗、环保高效的生产线。
2．水泥生产工艺简述
一般来讲，水泥行业生产的是硅酸盐水泥，硅酸盐水泥是一种细致的、通常为灰色的粉末，它由钙( 来自石灰石)、硅酸盐、铝酸盐( 黏土) 以及铁酸盐组成。在一个硅酸盐水泥工厂中,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，最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，见图1所示。

水泥工厂的典型生产流程
总之，其生产过程通常可概括为“三磨一窑”，可分为四个步骤：
1、生料制备：即将石灰质原料、粘土质原料与少量校正原料经破碎后按一定比例配合、磨细并调配为成份合适、量质均匀的生料。
2、煤粉制备：水泥生料煅烧所需的煤炭，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。
3、熟料煅烧：熟料球形结块的直径必须在0.32-5.0cm 范围之内，它们是在原料之间的化学反应中产生的。即将生料放在水泥窑内煅烧至部分熔融以得到硅酸盐水泥熟料，并储存至熟料料仓。
4、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。粉磨过程在封闭系统中进行，该系统配备了一个空气分离机，用来按大小将水泥颗粒分开，没有完全磨细的材料被重新送过该系统。
3.设计分析
通过对工艺过程的介绍，不难看出这是一个典型的顺序控制工程（原材料入库、输送—水泥粉磨—水泥出库及包装系统）。我们完全可以通过对控制对象—各运转设备电动机的依次起动、停止和正反转控制，以及各种报警指示、开关信号和模拟量信号的采集和编程处理来实现对工艺过程的自动化控制。
生产线上主要的设备控制、监视、报警及打印报表等管理功能都由中控室执行，控制硬件分布在原料粉磨、窑尾和窑头3个过程现场站内，过程站与中控室之间由数据通讯系统提供双向信息处理和信息传送。
依控制要求分为以下主要功能:
数据采集功能；
开关量控制功能；
顺序控制功能；
4．系统配置
系统的构成包括过程控制站、操作员站、工程师站以及通讯系统（Modbus,ProfiBus DP/PA）。
AC500系统PLC的功能灵活、可拓展性强。传统PLC产品的小型、中型和大型的软硬件差别非常大，系统的拓展性很有局限。而我们AC500仅通过3、4种不同内存和速度的CPU中央处理单元就可以实现系统的全面升级，这样可以保护客户的现有投资。控制系统的网络原理
水泥生产的各个控制站极为分散，此时系统的安全很大程度上取决于控制网络的稳定性。冗余光纤环网技术的设计与采用使得过程控制网络极为可靠，大大提高了整个系统的安全系数。
第一级—监控管理
由中央控制室的操作站与工程师站实现。选用工控计算机，以TCP/ IP工业以太网与PLC系统通讯,实行集中控制。通过工控组态软件实时监视整个生产线工艺参数变化、设备运行、故障发生等情况，同时负责日常报表打印、事故打印和数据记录等。
第二级—过程控制
由现场的各分系统或成套设备的控制系统实现。以AC500 PLC系统作为现场控制核心 ,按场区配置分站 。通过FBP分布式扩展I/O通讯对流量、压力、温度、电机等参数进行采集、控制。
第三级—单机就地控制
由现场电气控制系统实现。采用ABB公司的S500系列产品组成分布I/O,采集现场参数,执行上一级PLC主站的控制命令。　
5． 结束语
以本文的研究结果为基础的技术方案,已在山西某水泥生产线具体实施。由于采用了计算机控制技术和PLC控制技术相结合的方法，大大提高了水泥生产系统的生产效率，减轻了工人的劳动强度，提高了系统的自动化管理水平,有效的防止了人身意外的发生，也为公司节约了大量的资金。

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