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1.地面生产系统工艺流程
煤炭资源储量世界第一可采储量世界第二位2005年煤炭总产量19亿吨2004年原煤入洗能力为6.5亿吨（35％）2020年原煤入洗要达到90％————市场前景十分巨大
•煤炭洗选的作用
–提高煤炭质量，减少燃煤污染物排放
•煤炭洗选可脱除煤中50%－80％的灰分、30%－40％的全硫（或60%～80%的无机硫），燃用洗选煤可有效减少烟尘、SO2和NOx的排放，入洗1亿吨动力煤一般可减排60～70万吨SO2，去除矸石16M吨
–提高煤炭利用效率，节约能源
•炼焦煤的灰分降低1%，炼铁的焦炭耗量降低2.66%，炼铁高炉的利用系数可提高3.99%；合成氨生产使用洗选的无烟煤可节煤20%；发电用煤灰分每增加1%，发热量下降200～360J/g,每度电的标准煤耗增加2～5g；工业锅炉和窑炉燃用洗选煤，热效率可提高3%～8%；
–优化产品结构，提高产品竞争能力
•利于煤炭产品由单结构、低质量向多品种、高质量转变，实现产品的优质化。煤炭消费的用户对煤炭质量和品种的要求不断提高。有些城市，要求煤炭硫分小于0.5%，灰分小于10%
–减少运力浪费
•由于平均煤炭运距约为600公里，煤炭经过洗选，可去除大量杂质，每入洗100Mt原煤，可节省运力9600Mt.km。
2.工艺分项介绍
原煤准备—筛分破碎车间—主厂房—浓缩压滤—装仓系统—装车站
2.1 原煤筛分破碎系统
2.1.1.筛分破碎系统在带孔的筛面上使物体按照粒度大小进行分级作业称为筛分.使块煤分裂成更小颗粒的过程叫做破碎，用于破碎的设备既为破碎机•选煤时对粒度要求•煤与矸石共生的夹矸煤，需要破碎才能将矸石和精煤分开•满足用户对粒度的要求。
随着个人计算机（PC）的普及和开放系统的推广，基于PC的工业组态软件在工业控制领域不断发展壮大。世纪星组态软件为开发适合现代化控制要求的系统提供了一个图文并茂、形象直观和开放性好的软件平台。
利用世纪星V7.22 开发的变电站监控系统，可实现实时数据显示、数据报表、报警记录和远程监控等功能，形成了一套独立的、完整的在线监测与控制系统。在变电站内利用下位硬件设备、串口服务器及上位机系统完成各类信号的采集、系统监控及管理任务,并通过TCP/IP网络相互通讯，为变电站的安全、经济和可靠运行提供了保。
1 前言
变电站的设备分布比较分散，而且监控室与变电站的距离较远，进行数据采集以及通讯比较麻烦，但是使用串口服务器就十分方便，可以借助现有的公司局域网来形成一个通讯网络，方便上位监控系统来采集数据实现监控，底端的保护控制装置通过串行通信接入TCP/IP局域网。
2 组态软件
组态软件采用世纪星组态软件，是北京世纪长秋科技有限公司开发的在bbbbbbS 环境下解决生产和过程自动化、可视化信息、显示和实现控制策略的SA 系统人机接口（HMI-Human Machine Interface）。它提供适用于各类场合的图形显示、报警、数据记录以及报表的各种功能，能实现高性能的过程偶合、快速的画面更新和可靠的资料处理，具有较高的实用性。
世纪星组态软件具有丰富的软件接口，使用者可应用世纪星作为其系统扩展的基础，通过开放接口开发自己的应用软件。世纪星组态软件使用面向对象的软件编程技术，将所有工程工具的组态功能集成在一起，提供用于过程可视化和操作的全部基本功能。此外，提供宽范围的编辑功能和接口，使用户为其独特的应用单独组态。
3 基于组态软件和串口服务器的监控网络设计
变电站运行数据通过串行通信接入TCP/IP传输网络传送到上位机上。处于监控站计算机可以远程监控变电站监测数据的变化。
串口服务器把设备数据通过串行口协议集多台设备现场设备数据，然后以TCP/IP网络采集形式传输数据到局域网内。数据采集站通过虚拟串口接收传回来的数据。同时数据采集站使用世纪星组态软件的联网运行功能，共享数据到其他的监控站。监控站之间由互联网连接，没有距离限制。
在水泥制造过程的三大部分（原料制备、熟料烧成和水泥制成）中，熟料烧成系统是个互相干扰因素多、控制复杂、在质量和节能方面占有重要地位的关键过程。可以说，熟料烧成DCS系统控制是对稳定产品的质量、提高设备生产率以及能源的节约．都起着至关重要的作用。文章详细分析烧成系统主要监控参数及水泥生产线DCS自动回路优化控制。
1.序言
水泥生产设备大型化是实现工艺技术的手段和途径。为达到此目的必须提高设备制造技术和与之相配套的原材料（耐热、耐磨、耐火材料）的质量，提高必要的检测、保护装置的灵敏可靠性。由于近年来计算机控制技术、通信技术和图形显示技术的飞速发展，DCS这种分散控制，集中管理的集散型控制系统已经在世界水泥工业中得到广泛的应用。采用这种系统可以实现电动机成组程序控制，过程量的采集、处理、显示和调节。大大提高了劳动生产率，提高了工厂的管理和经营水平。水泥工艺过程是处理固体和粉状物料的生产过程，风、煤、料产生的热工过程变化复杂，不可控因素较多。从过程控制的角度来看，是一个滞留时间长、时间常数大、外来干扰多、相互干扰关系复杂的过程。在水泥制造过程的三大部分（原料制备、熟料烧成和水泥制成）中，熟料烧成系统是个互相干扰因素多、控制复杂、在质量和节能方面占有重要地位的关键过程。以下就水泥生产线中的熟料生产部分介绍DCS系统在水泥行业中的应用。
2 熟料生产DCS控制
熟料烧成系统主要流程：来自原料制备系统的生料由第预热器出口管路上加入，在5级旋风预热器和回转窑内与燃烧的高温气体进行热交换，经过窑内烧成的熟料进入篦式冷却机进行骤冷。因此烧成过程的三个部分（预热器、回转窑、冷却机）相互干扰，形成反馈的动态情况。有时为了稳定某个参数而采取相应的操作，其结果不仅不能达目的，反而对其它参数产生不良的影响，造成整个窑系统的波动，因果关系复杂。由于水泥厂控制调节回路较多，系统参数要即时反映出窑内热工状况，发挥DCS系统调节过程变量的优点，并提供了强大的诊断报警功能，操作工人能即时准确的处理窑系统报警。DCS系统对保持窑内热工状况稳定和提高系统运转率起到至关重要的作用。
2．1 烧成系统DCS主要监控参数
2．1．1 烧成带温度
烧成带的温度控制，实际上是一个温度场的问题，包括物料温度、气流温度、火焰温度等等。采用比色高温计，可以直接测出火焰温度。此外，检测窑尾废气中的NOx浓度，也可以反映火焰温度。因为NOx的形成同N2和O2的浓度及火焰温度有关，在窑中Nz的浓度可视为常数，这样NOx的浓度仅与O2的浓度和火焰温度有关。过剩空气系数大（O2的浓度高），火焰温度高，NOx的浓度则高；反之，火焰温度低，在还原气氛中O2的浓度低，这时NOx的浓度则下降。在窑系统正常运转的情况下，其过剩的空气系统相对稳定，O2的浓度相对稳定，这时窑尾废气中的NOx只与烧成带火焰温度有关。火焰温度高。NOx浓度大；反之，NOx浓度小，且反映灵敏，时间滞后小。由于火焰温度是烧成带温度的主导因素，因此，一般均以NOx浓度作为烧成带温度变化的控制标志。
2．1.2 窑转矩
根据熟料温度的不同，被窑壁带起的熟料量和被带起的高度也不同。熟料温度高，被带起的量多；反之，则少。因此，熟料温度高，窑转矩大，但是在窑内掉砖以及窑喂料量变化情况下，同样也会影响窑转矩的值。因此，当窑转矩与NOx浓度值、比色高温计测量的值发生逆向变化时，应考虑到窑内热平衡被某种因素所干扰，要么是窑喂料发生变化（人为的或窑喂料控制系统故障），要么是掉窑皮（或砖）。掉窑皮可通过窑胴体扫描装置检测到。
2．1．3 窑尾气体温度
合适的窑尾温度对于物料均匀预热，防止窑尾烟室、上升烟道以及旋风筒因温度过高而发生的物料粘结和堵塞非常重要，一般控制在900～ 1100℃之间。
2．1．4 分解炉出口或*下一级旋风预热器出口温度
这两个位置的温度，均能反映物料在分解炉内的分解情况，一般控制在850～900℃之间。但是在无分解炉的状态下，出*下一级旋风预热器的气体温度通常控制在800～850 C范围，因为在这个温度范围内，可保证物料在分解炉内的分解状况稳定，从而使窑系统的整个热工制度稳定。否则不但会影响窑系统的热工平衡，还会造成分解炉及预热器系统物料结皮和堵料。
2．1．5 一级筒出口温度
温度太高，说明喂料量与燃料量或用风量不匹配，会造成其它旋风预热器发生粘结和堵塞，或是已造成某一旋风筒发生堵塞。同样，温度过低，也说明喂料量与燃料不匹配，且使分解炉分解率偏低。因此，通常控制在320～350℃范围。
2．1．6 窑尾、一级预热器出口气体成分分析
一般均分析O2、CO浓度，从而可了解窑内、分解炉内燃料的燃烧及通风状况 一般窑尾O2控制在1．0 ～1．5％，一级桶O2控制在3 一5％左右，为的是既不能使燃料在过剩空气系数很少的情况下燃烧，产生大量的CO，危及窑尾电收尘器的安全；又不能在过剩空气量过大的状况下燃烧，增加热耗。而在正常生产过程中，风量、喂料量以及燃料量都是相对稳定在某一值，相互匹配，整个窑系统是平衡的。因此，当O2、CO浓度发生变化时，在综合分析原因后，适当调整喂煤量（窑头或分解炉）就可控制O2、CO值在设计范围内。
2．1．7 各级旋风预热器出口压力
各级旋风预热器的压力测量，可帮助操作人员了解各级预热器工作是否正常，判断生料流动是否正常，有无漏风或堵塞现象。某级筒负压值低于设定值，说明该级或该级以下发生料粘结或堵塞，需尽快处理，严重的要立即停料。
2．1．8 三、四、五级旋风筒锥部压力
测量三、四、五级筒锥部压力，可掌握它们的下料状况的好坏。当旋风筒温度过高发生料粘堵塞时，其锥部负压值就会下降。此时需立即采取措施，如用空气炮吹堵或人工捅料，但一定要做好防护安全措施，保证人身安全。
2．1．9 窑尾压力
窑尾压力一般控制在一300Pa左右，通过检测窑尾负压值能帮助操作人员了解回转窑内气流阻力的变化情况。当负压值高于设计值范围，窑内可能出现结圈，并借鉴胴体扫描做出综合判断。
2．1．1O 窑尾排风机出口压力
在窑系统与生料磨系统联合操作运行时，窑尾排出的废气用于生料磨系统烘干等，该点的测量是非常必要的。因为该点的负压值直接影响以上两个系统的操作平衡。当该点的负压值大于设定值或正压值较设定值小时，应将电收尘后的排风机阀门关小；反之，则开大阀门，以保证风量平衡。
2．1．11 电收尘入口气体温度
不同生产厂家的电收尘器，对人口气体温度要求是不同的。因此，必须严格控制人口温度在规定的范围，以保电收尘设备安全运行及防止气体冷凝结露，影响电收尘设备正常工作。一般都装有自动控制装置，当人L1温度超过极限，或人L1气体CO浓度值超过电收尘器安全规定值且温度也较高时，电收尘器的高压电源自动跳闸且报警。
2．1.12窑头负压
一般要求保证窑头微负压，防止窑头喷火。另一方面，窑头负压稳定，也表征窑内通风及冷却机人窑二次风之间的平衡。通常增加篦冷机余风排风机风量，窑头负压增大；反之减小。但是，在正常生产情况下，窑尾风机风量尽量保持不变，否则将影响整个窑系统的热工平衡。因此，均采用调节窑头电收尘出口阀门的开度来保持窑头罩为微负压。正常生产时，窑头负压一般保持在一0．1～ 一0．05kPa。如产生正压，导致喷火，将危及窑头比色高温计及看火电视等仪器。
2．1．13 窑头电收尘器入口温度
这对电收尘器安全正常工作十分重要。在窑系统出现不稳定时，从窑头掉下的熟料量变化较大，出现冷却机无法及时将熟料冷却，这时从冷却机抽出的热风温度就高，则需采取冷却机内喷水降温，一般要求废气温度小于200℃。
2．1．14 二次空气温度
从工艺角度要求二次风温度必须稳定。因为二次风对于窑内燃烧的好坏、工作的稳定和煅烧过程中燃料的消耗都有较大的影响。
以上参数都可以通过DCS直观的反映出来，为了方便操作人员更好的监控整个窑系统的生产过程
3 水泥生产线DCS自动回路优化控制
水泥生产线控制回路的优化控制系统代表了水泥生产自动化的发展方向。回路优化控制取代了原有靠操作工人经验来维持水泥生产的热工稳定。国内外通过多年的研究和实践，认为以多条单回路优化控制来实现水泥生产线的自动化生产是可行的、有效的、必要的，它将大大提高水泥企业的控制水平。近几年来，回路优化控制已在水泥厂得到了大量的应用，取得了良好的效果。
3．1 窑尾喂料调节控制
一般为两条回路。一条回路检测生料小仓重量，控制生料均化库下料流量阀的开度，保持生料小仓的料位稳定，减少调节回路的计量误差。另一条回路是通过测量冲击（或滑槽）流量计的物流量，调节生料小仓下料流量阀的开度，确保生料人窑量的稳定。即：
（1）生料小仓重量=生料均化库下料流量阀开度（2）冲击流量计：生料仓下料流量阀开度。
3．2 分解炉喂煤量控制
分解炉内温度的稳定，有利于保持一定的分解率。一般通过测量*下级旋风预热器出口温度来控制喂煤调节阀。不太常在分解炉出口测温度，主要是该处的废气粉尘浓度太大，测温装置的使用寿命受到影响。
分解炉*下级旋风筒出口温度：喂煤流量调节阀开度（或分格轮速度）。
3．3 增湿塔出口废气温度控制
根据湿塔出口气体温度自动控制增湿塔喷水量。
增湿塔出口温度=喷水流量阀（喷水喷头数量）
3．4 窑头罩负压自动控制
稳定窑头罩负压，保持二次风入窑相对平衡，有利于窑热工制度稳定。窑头罩正压会I起窑口喷火，损坏设备。但窑头罩负压过大，窑内通风过大，粉尘大，降低窑内温度，增加热耗。一般要求控制在微负压（一50Pa左右）。
窑头罩负压：篦冷机余风排风机阀门开度。
3．5 冷却机篦速自动调节
冷却机篦速的目的是为了保证篦床料层厚度，使熟料冷却均匀，入窑二次风温稳定，且保持冷却机安全运行。然而直接测量料层厚度相对来说比较困难，核放射测量仪（ 一辐射器）大多数工厂不愿使用，主要担心放射性辐射。根据流体力学理论，气体通过料层的阻力，与料层厚度成正比关系，因此可用一室篦下压力来间接反映料层的厚度。篦床速度的主要根据篦冷机的篦下压力变化调节，以实现稳定料层的要求。低但是，当出现大块料或掉窑皮时，料层厚度与篦下压力不再成正比关系，这时篦下压力非旦没有增加，反而下降。如根据上述方法调节，篦板速度也随之放慢，以致使篦板料层越积越厚，将会造成篦板烧坏，冷却机电机被烧坏。为此，必须增设监控参数，即电机电流。当篦下压力下降，而电机电流上升时，则此电机电流为主控参数，迫使篦板速度提高，不致造成以上事故。
3．6 冷却机冷风风量自动调节
为了使冷却机工作状况少受外界的干扰，同时也为了使冷却机篦下压力能够较真实地反映料层厚度，保持一～五室的风量稳定是非常必要的，故采用一～ 五室冷风风量自动调节各自的阀门开度。冷却机入口风量=相应的冷却风机入口阎门开度
3．7 窑头喂煤自动控制
它是窑热工制度稳定的不可缺少的关键环节，可根据窑尾冷烟室温度来调节回转下料器的转速，从而保定量给煤。
窑尾冷烟室温度：回转下料器转速
3．8 旋风预热器锥部自动吹堵控制
当预热器锥部下料口负压值由于热工不稳定造成锥部堵料而下降时，自动启动压缩空气电磁阀，以防止或下料堵料现象。
锥部负压：相应电磁阀开关
另一方法，是采用PLC程序控制，实施连续循环吹扫，同样也可防止和堵料现象。
3．9 冷却机喷水控制。
根据工艺设计，有时不需要冷却机喷水，另外，冷却机喷水系统设置形式也较多，因此，操作人员可根据具体的实际喷水控制系统了解和掌握。
根据上述热工参数的检测和水泥生产线DCS自动回路优化控制的阐述，在烧成系统中设置两个现场控制站对烧成系统得设备进行监控和调节。可好为水泥企业带来以下几方面的效益：
稳定了产品质量
提高了设备生产率
减小了人为误差
增强了调节的实时性
保证了整个热工制度的稳定
节约了大量能源
结束语：综上所述，随着水泥行业不断向大型化、智能化的发展，DCS系统在水泥行业中起着越来越重要的作用。必将成为水泥生产企业不可取代的主要生产控制方式。
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