賽遠的工業遠程無線在水泥生產上的應用

一、 水泥行業概況

水泥行業是一個重要的基礎產業，與人類的生活息息相關。中國對基礎建設的大力投資對高標準的水泥提供了持續的需求。

經過長期的發展，中國水泥產量已多年居世界，年產量超過10億噸。但我國并非一個水泥強國。高標準的水泥依然供不應求，能耗指標相對較高。

由于落后的生產工藝，水泥制造對環境也帶來了不利的影響。為此，國家提出了用*技術的新型干法水泥生產來淘汰落后的立窯生產，提出了控制總量、調整結構、淘汰落后的方針。

現代水泥生產工藝設備的單機容量大，生產連續性強，而且生產過程要求較高的快速性和協調性。為了提高企業競爭力，自動控制的實施至關重要。自動控制能保證生產穩定、提高產量、提高質量、降低能耗、降低勞動強度以及減少環境污染。同時，現代的生產管理對水泥工廠的過程控制系統提出了新的要求，適應管控一體化的過程控制系統能夠幫助提升工廠管理水平，增強水泥工廠市場競爭力。

目前，我國是世界上建筑材料的生產國和消費國。2008年水泥產量13.88億噸，同比增長5.2%，并仍保持增長趨勢。2009年我國水泥產量16.5億噸，占世界水泥總產量50%以上，已連續20多年居一位。截止2009年底，全國已有1113條新型干法水泥生產線在運行。2009年，年生產能力在500萬噸以上的水泥企業（集團）65家，近5000家水泥生產企業。

二、 水泥生產概述及其自動化系統組成

水泥的生產過程通常可分為三個階段：石灰石、粘土質原料與少量校正原料經破碎后，按一定比例配合、磨細并調配為成分合適、質量均勻的生料，稱為生料的制備；生料在水泥窯內煅燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主的熟料，稱為熟料煅燒；熟料加適量石膏、混合材料共同磨細成粉狀的水泥，并包裝或散裝出廠，稱為水泥制成及出廠。

水泥生產自動化已成為水泥生產技術發展所*的環節。自動化水平的提高，將使生產過程穩定在一個更合理的的工藝參數和工藝條件下，以取得的經濟效益。

水泥生產的自動化系統具有很強的分布性，一個典型的水泥生產線控制系統有如下幾個部分組成：

1、原料粉磨控制站。該控制站完成從石灰石進廠、石灰石預均化、原料調配、原料粉磨及生料入庫輸送所有設備的控制。

煤粉制備控制站。該控制站完成從輔助原料進廠、輔助原料堆場、煤粉制備、煤破碎及輸送和生產循環水泵站的控制。

2、窯尾控制站。該控制站完成燒成窯尾、生料入窯系統、空壓機站、燒成窯中、廢氣處理等。

3、燒成窯頭控制站。該控制站完成燒成窯頭、熟料庫及水泥輸送等。

水泥磨控制站。該控制站完成水泥粉磨、水泥調配站、水泥庫、石膏破碎及輸送、水泥包裝及散裝、水泥磨空壓機的控制。

的水泥生產自動化從馬達開停邏輯控制和儀表控制開始，隨后發展為分布式的網絡控制系統。同時，針對水泥行業專家系統的發展優化了工廠的生產節省了能源。更值得一提的是現代的水泥自動化采用開放的工業以太網構架下的適應管控一體化的平臺，讓工廠的生產和管理緊密結合，實現生產環節和管理環節的信息通訊，提高工廠的生產和管理水平。

隨著計算機網絡技術的廣泛應用，ERP和MES也逐步在水泥廠中推廣應用。為了工廠的協調運營需要PCS系統、ERP、MES相互間進行通訊及信息交換。對于全集成自動化解決方案，西門子，施耐德，羅克韋爾等工控廠商都提出了各自的解決方案，目的在于將工業網絡協議和互聯網技術應用于工業自動化領域。作為一個完整的全集成自動化解決方案，包括如下的內容：TCP/IP Ethernet 提供廠級信息無縫交換的結構；面向對象的軟件組織信息并使其更易于共享；嵌入式服務器創造基于WEB的工廠自動化。實際上，這就是工業物聯網的一種行業應用。

在工業物聯網中，具有三層的不同分工：應用層、網絡層、感知層。對于工業物聯網，是以工業系統為對象的網絡。具有要求的實時性高，穩定性強， 水泥生產，為了方便運輸，通常是在分散化生產，這對于集團企業來說，管理就成了比較大的問題。全國60家國家重點扶持的水泥企業，而水泥廠大大小小幾千家，如何將每個水泥廠的生產信息集中化，成為了水泥集團企業ERP和現場的DCS生產過程如何對接的關鍵問題，這個就是MES軟件的功能。需要解決的是工業現場總線和標準局域網的連接，以及通過廣域網如何實現遠程數據的問題。

面對專業工控協議，要求解析準確。

國際水泥企業跟緊信息化的腳步，尤其是大型水泥集團，在信息化建設方面于國內企業。生產過程控制系統應用廣泛。世界水泥企業，如法國拉法基（Lafarge S.A）集團等均在生產過程中全程采用了*的生產控制系統，如集散控制系統（DCS）、計算機控制系統（SCADA），制造執行系統（MES）等。管理信息化建設開展較早，且應用比較成熟。國際上大型水泥企業集團基本上已經建立企業ERP系統，如中國臺灣亞洲水泥集團，1998年應用了SAP的ERP系統，并于2001年又建設了企業信息門戶（EIP），為企業中下游客戶提供服務。國外建材企業信息化建設經歷了從生產自動化、管理信息化到管控一體化結合的過程，在管控一體化應用方面，進行了有力的探索，并且取得了顯著成果，部分建材企業已經實現了管控一體化應用。

通過對水泥企業的信息化需求和對信息化發展模式的分析，我們能夠看到水泥企業與其他流程制造業一樣，自動化的生產線是企業的核心管理對象和取得效益的重要物質資源。對于自動化生產線的控制過程又是核心中的核心。然而，對于大多數的水泥企業而言，已建立生產過程控制（DCS）系統、QCS系統、財務軟件、磅房軟件等，大量的生產過程控制數據只是局限于工業以太網中，對于企業的管理層、執行層均無法打破時間與空間的限制，各種信息仍舊處在一種相對孤立的狀態下而不能有效集成。

通過建立管控一體化集成平臺，能夠將企業的各種軟件系統集成，尤其是將DCS系統與管理系統集成，將中控畫面還原到管理者桌面，并為企業的專業的設備工程師、工藝管理人員提供設備故障分析與生產優化分析工具，從而提高產品產量和質量，達到“安全、經濟、運行”的生產管理目標。

集團企業的信息化涉及財務、生產、銷售、采購、設備、計量、人力資源、辦公自動化等。據專業人士介紹，目前制造業企業信息化主要有三個問題：不集成、不全面、不深入。

不集成意味著生產控制、計量、財務管理、供應鏈管理等各自分離，最后通過導出數據匯總；不全面意味著僅有幾個領域的應用難以滿足集團管理的整體目標；不深入意味著信息化沒有在全面應用和集成的基礎上，扎根到生產、經營和管理的末端及細節。

一端是水泥，一端是ERP，工業化和信息化的融合將大大加強集團的管控能力，在生產領域實現集中管理、統一計劃、連續生產。

賽遠所提供的工業遠程通訊產品，在上述水泥廠的生產中，用來實現每個分廠的數據集中化管理，將現場的PLC的數據通過3G或者ADSL寬帶傳輸至中控室，也可以將現場的視頻信號遠傳至中控室，實現分廠數據的集中遠程監控和管理。

設備管理是生產管理重點：生產是在高溫、連續下進行的，對設備運行維護要求較高，意外停產損失大，因此除必要的設備定時檢修外，還要進行設備運行監控與運行檢查，企業生產管理重點是保證設備正常運行、穩步提高產量和質量。

三、 遠程系統的實現

該系統采用PLC控制器，并和生產線上的多個觸摸屏、工控機通過工業交換機組成了工業以太網絡，在現場的工業交換機上，通過工業通訊模塊SY-RSCM302，連接到3G(電信的CDMA-1X制式)的上網模塊SY-3G，上到Internet網絡。

在遠程診斷和維護中心，本地的工控機裝有PLC的編程軟件，以及上位機的組態軟件，通過SY-RSCM302連接到Internet網絡。通過維護中心的SY-RSCM302和遠端現場的SY-RSCM302的硬件設備的握手和通訊，通過公共的網絡建立了1536位私鑰加密的安全傳輸通道，完成遠程的控制系統程序級的在線診斷、上下載和現場視頻查看、數據采集等多種功能，為設備提供分鐘級別的維護和診斷響應，并能夠依據客戶的要求提供運行的預警保障。

大部分的現場，布置網絡線不太方便，為此，通過在國內已經發展了4年，已經普及了的3G網絡，快速搭建通訊通道。用戶可以根據現場不同的3G網絡信號強度，選擇不同的運營商，現有的有三種可選：中國電信的CDMA-2000，中國聯通的WCDMA，中國移動的TD-SCDMA。

整個運行維護中心結構圖如下：

該中心，可以連接到多個現場，并具有同時采集多站點的數據和視頻信息，并能實現遠程的程序級的維護和診斷的功能，進行路由診斷和參數、程序修改。

舉水泥筒倉的本地操作工序為例，系統工程實時采集現場水泥筒倉的進、出料數據信息，自動進行數據分析和存儲，操作員通過本地人機交互界面監視各個水泥筒倉及其它各個機械設備的狀態。

本系統的本地觸摸屏，分別用來顯示System A中筒倉的料位和進出料情況以及其它各個部件的運作情況。System A由n個用來裝載OPC的筒倉和用來裝載PFA的筒倉組成。

IO數據采集：通過PLC實時采集現場各個水泥筒倉的實時料位、高低料位及其它各個部件的開關數據。

控制功能：通過觸摸屏，對輸送水泥的螺旋輸送機進行控制。

數據存儲：系統需要對采集到的水泥筒倉進、出料數據進行分析，并保存至本地數據庫中，并可根據需要進行數據的備份。

查詢統計：根據操作員設定的條件（時間、筒倉編號），從本地數據庫中檢索出符合查詢條件的結果集，通過數據庫訪問瀏覽器呈現給用戶。

報警功能：對水泥料位等關鍵信息進行報警。

安全管理功能：通過對系統管理員、操作人員、維護人員的不同權限的設計，有效保證系統的安全。

遠端的中控室，和本地保持實時的通訊，數據采取同步方式進行。

四、 配置清單

中控總控制站：

每個現場控制站：

注：PLC根據現場的數字量、模擬量的具體需求來選型，如選用西門子的小型PLC S7-200，可以擴展200多點，西門子中型PLC S7-300，可以擴展上千點。

五、 水泥的現場應用效果

監控室的水泥生產參數畫面

生料處理的無線數據采集和監控