一、 水泥行業(yè)概況

水泥行業(yè)是一個重要的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，與人類的生活息息相關(guān)。中國對基礎(chǔ)建設(shè)的大力投資對高標(biāo)準(zhǔn)的水泥提供了持續(xù)的需求。

經(jīng)過長期的發(fā)展，中國水泥產(chǎn)量已多年居世界，年產(chǎn)量超過10億噸。但我國并非一個水泥強(qiáng)國。高標(biāo)準(zhǔn)的水泥依然供不應(yīng)求，能耗指標(biāo)相對較高。

由于落后的生產(chǎn)工藝，水泥制造對環(huán)境也帶來了不利的影響。為此，國家提出了用*技術(shù)的新型干法水泥生產(chǎn)來淘汰落后的立窯生產(chǎn)，提出了控制總量、調(diào)整結(jié)構(gòu)、淘汰落后的方針。

現(xiàn)代水泥生產(chǎn)工藝設(shè)備的單機(jī)容量大，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)，而且生產(chǎn)過程要求較高的快速性和協(xié)調(diào)性。為了提高企業(yè)競爭力，自動控制的實施至關(guān)重要。自動控制能保證生產(chǎn)穩(wěn)定、提高產(chǎn)量、提高質(zhì)量、降低能耗、降低勞動強(qiáng)度以及減少環(huán)境污染。同時，現(xiàn)代的生產(chǎn)管理對水泥工廠的過程控制系統(tǒng)提出了新的要求，適應(yīng)管控一體化的過程控制系統(tǒng)能夠幫助提升工廠管理水平，增強(qiáng)水泥工廠市場競爭力。

目前，我國是世界上建筑材料的生產(chǎn)國和消費(fèi)國。2008年水泥產(chǎn)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(chǎn)量16.5億噸，占世界水泥總產(chǎn)量50%以上，已連續(xù)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(chǎn)線在運(yùn)行。2009年，年生產(chǎn)能力在500萬噸以上的水泥企業(yè)（集團(tuán)）65家，近5000家水泥生產(chǎn)企業(yè)。

二、 水泥生產(chǎn)概述及其自動化系統(tǒng)組成

水泥的生產(chǎn)過程通?？煞譃槿齻€階段：石灰石、粘土質(zhì)原料與少量校正原料經(jīng)破碎后，按一定比例配合、磨細(xì)并調(diào)配為成分合適、質(zhì)量均勻的生料，稱為生料的制備；生料在水泥窯內(nèi)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(xì)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(chǎn)自動化已成為水泥生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展所*的環(huán)節(jié)。自動化水平的提高，將使生產(chǎn)過程穩(wěn)定在一個更合理的的工藝參數(shù)和工藝條件下，以取得的經(jīng)濟(jì)效益。

水泥生產(chǎn)的自動化系統(tǒng)具有很強(qiáng)的分布性，一個典型的水泥生產(chǎn)線控制系統(tǒng)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(jìn)廠、石灰石預(yù)均化、原料調(diào)配、原料粉磨及生料入庫輸送所有設(shè)備的控制。

煤粉制備控制站。該控制站完成從輔助原料進(jìn)廠、輔助原料堆場、煤粉制備、煤破碎及輸送和生產(chǎn)循環(huán)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(tǒng)、空壓機(jī)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(diào)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(jī)的控制。

的水泥生產(chǎn)自動化從馬達(dá)開停邏輯控制和儀表控制開始，隨后發(fā)展為分布式的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。同時，針對水泥行業(yè)專家系統(tǒng)的發(fā)展優(yōu)化了工廠的生產(chǎn)節(jié)省了能源。更值得一提的是現(xiàn)代的水泥自動化采用開放的工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)架下的適應(yīng)管控一體化的平臺，讓工廠的生產(chǎn)和管理緊密結(jié)合，實現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)和管理環(huán)節(jié)的信息通訊，提高工廠的生產(chǎn)和管理水平。

隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，ERP和MES也逐步在水泥廠中推廣應(yīng)用。為了工廠的協(xié)調(diào)運(yùn)營需要PCS系統(tǒng)、ERP、MES相互間進(jìn)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(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于工業(yè)自動化領(lǐng)域。作為一個完整的全集成自動化解決方案，包括如下的內(nèi)容：TCP/IP Ethernet 提供廠級信息無縫交換的結(jié)構(gòu)；面向?qū)ο蟮能浖M織信息并使其更易于共享；嵌入式服務(wù)器創(chuàng)造基于WEB的工廠自動化。實際上，這就是工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的一種行業(yè)應(yīng)用。

在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中，具有三層的不同分工：應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)層、感知層。對于工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，是以工業(yè)系統(tǒng)為對象的網(wǎng)絡(luò)。具有要求的實時性高，穩(wěn)定性強(qiáng)， 水泥生產(chǎn)，為了方便運(yùn)輸，通常是在分散化生產(chǎn)，這對于集團(tuán)企業(yè)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(yè)，而水泥廠大大小小幾千家，如何將每個水泥廠的生產(chǎn)信息集中化，成為了水泥集團(tuán)企業(yè)ERP和現(xiàn)場的DCS生產(chǎn)過程如何對接的關(guān)鍵問題，這個就是MES軟件的功能。需要解決的是工業(yè)現(xiàn)場總線和標(biāo)準(zhǔn)局域網(wǎng)的連接，以及通過廣域網(wǎng)如何實現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的問題。

面對專業(yè)工控協(xié)議，要求解析準(zhǔn)確。

國際水泥企業(yè)跟緊信息化的腳步，尤其是大型水泥集團(tuán)，在信息化建設(shè)方面于國內(nèi)企業(yè)。生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)應(yīng)用廣泛。世界水泥企業(yè)，如法國拉法基（Lafarge S.A）集團(tuán)等均在生產(chǎn)過程中全程采用了*的生產(chǎn)控制系統(tǒng)，如集散控制系統(tǒng)（DCS）、計算機(jī)控制系統(tǒng)（SCADA），制造執(zhí)行系統(tǒng)（MES）等。管理信息化建設(shè)開展較早，且應(yīng)用比較成熟。國際上大型水泥企業(yè)集團(tuán)基本上已經(jīng)建立企業(yè)ERP系統(tǒng)，如中國臺灣亞洲水泥集團(tuán)，1998年應(yīng)用了SAP的ERP系統(tǒng)，并于2001年又建設(shè)了企業(yè)信息門戶（EIP），為企業(yè)中下游客戶提供服務(wù)。國外建材企業(yè)信息化建設(shè)經(jīng)歷了從生產(chǎn)自動化、管理信息化到管控一體化結(jié)合的過程，在管控一體化應(yīng)用方面，進(jìn)行了有力的探索，并且取得了顯著成果，部分建材企業(yè)已經(jīng)實現(xiàn)了管控一體化應(yīng)用。

通過對水泥企業(yè)的信息化需求和對信息化發(fā)展模式的分析，我們能夠看到水泥企業(yè)與其他流程制造業(yè)一樣，自動化的生產(chǎn)線是企業(yè)的核心管理對象和取得效益的重要物質(zhì)資源。對于自動化生產(chǎn)線的控制過程又是核心中的核心。然而，對于大多數(shù)的水泥企業(yè)而言，已建立生產(chǎn)過程控制（DCS）系統(tǒng)、QCS系統(tǒng)、財務(wù)軟件、磅房軟件等，大量的生產(chǎn)過程控制數(shù)據(jù)只是局限于工業(yè)以太網(wǎng)中，對于企業(yè)的管理層、執(zhí)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(tài)下而不能有效集成。

通過建立管控一體化集成平臺，能夠?qū)⑵髽I(yè)的各種軟件系統(tǒng)集成，尤其是將DCS系統(tǒng)與管理系統(tǒng)集成，將中控畫面還原到管理者桌面，并為企業(yè)的專業(yè)的設(shè)備工程師、工藝管理人員提供設(shè)備故障分析與生產(chǎn)優(yōu)化分析工具，從而提高產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量，達(dá)到“安全、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行”的生產(chǎn)管理目標(biāo)。

集團(tuán)企業(yè)的信息化涉及財務(wù)、生產(chǎn)、銷售、采購、設(shè)備、計量、人力資源、辦公自動化等。據(jù)專業(yè)人士介紹，目前制造業(yè)企業(yè)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(chǎn)控制、計量、財務(wù)管理、供應(yīng)鏈管理等各自分離，最后通過導(dǎo)出數(shù)據(jù)匯總；不全面意味著僅有幾個領(lǐng)域的應(yīng)用難以滿足集團(tuán)管理的整體目標(biāo)；不深入意味著信息化沒有在全面應(yīng)用和集成的基礎(chǔ)上，扎根到生產(chǎn)、經(jīng)營和管理的末端及細(xì)節(jié)。

一端是水泥，一端是ERP，工業(yè)化和信息化的融合將大大加強(qiáng)集團(tuán)的管控能力，在生產(chǎn)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)集中管理、統(tǒng)一計劃、連續(xù)生產(chǎn)。

賽遠(yuǎn)所提供的工業(yè)遠(yuǎn)程通訊產(chǎn)品，在上述水泥廠的生產(chǎn)中，用來實現(xiàn)每個分廠的數(shù)據(jù)集中化管理，將現(xiàn)場的PLC的數(shù)據(jù)通過3G或者ADSL寬帶傳輸至中控室，也可以將現(xiàn)場的視頻信號遠(yuǎn)傳至中控室，實現(xiàn)分廠數(shù)據(jù)的集中遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。

設(shè)備管理是生產(chǎn)管理重點：生產(chǎn)是在高溫、連續(xù)下進(jìn)行的，對設(shè)備運(yùn)行維護(hù)要求較高，意外停產(chǎn)損失大，因此除必要的設(shè)備定時檢修外，還要進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行監(jiān)控與運(yùn)行檢查，企業(yè)生產(chǎn)管理重點是保證設(shè)備正常運(yùn)行、穩(wěn)步提高產(chǎn)量和質(zhì)量。

三、 遠(yuǎn)程系統(tǒng)的實現(xiàn)

該系統(tǒng)采用PLC控制器，并和生產(chǎn)線上的多個觸摸屏、工控機(jī)通過工業(yè)交換機(jī)組成了工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)場的工業(yè)交換機(jī)上，通過工業(yè)通訊模塊SY-RSCM302，連接到3G(電信的CDMA-1X制式)的上網(wǎng)模塊SY-3G，上到Internet網(wǎng)絡(luò)。

在遠(yuǎn)程診斷和維護(hù)中心，本地的工控機(jī)裝有PLC的編程軟件，以及上位機(jī)的組態(tài)軟件，通過SY-RSCM302連接到Internet網(wǎng)絡(luò)。通過維護(hù)中心的SY-RSCM302和遠(yuǎn)端現(xiàn)場的SY-RSCM302的硬件設(shè)備的握手和通訊，通過公共的網(wǎng)絡(luò)建立了1536位私鑰加密的安全傳輸通道，完成遠(yuǎn)程的控制系統(tǒng)程序級的在線診斷、上下載和現(xiàn)場視頻查看、數(shù)據(jù)采集等多種功能，為設(shè)備提供分鐘級別的維護(hù)和診斷響應(yīng)，并能夠依據(jù)客戶的要求提供運(yùn)行的預(yù)警保障。

大部分的現(xiàn)場，布置網(wǎng)絡(luò)線不太方便，為此，通過在國內(nèi)已經(jīng)發(fā)展了4年，已經(jīng)普及了的3G網(wǎng)絡(luò)，快速搭建通訊通道。用戶可以根據(jù)現(xiàn)場不同的3G網(wǎng)絡(luò)信號強(qiáng)度，選擇不同的運(yùn)營商，現(xiàn)有的有三種可選：中國電信的CDMA-2000，中國聯(lián)通的WCDMA，中國移動的TD-SCDMA。

整個運(yùn)行維護(hù)中心結(jié)構(gòu)圖如下：

該中心，可以連接到多個現(xiàn)場，并具有同時采集多站點的數(shù)據(jù)和視頻信息，并能實現(xiàn)遠(yuǎn)程的程序級的維護(hù)和診斷的功能，進(jìn)行路由診斷和參數(shù)、程序修改。

舉水泥筒倉的本地操作工序為例，系統(tǒng)工程實時采集現(xiàn)場水泥筒倉的進(jìn)、出料數(shù)據(jù)信息，自動進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲，操作員通過本地人機(jī)交互界面監(jiān)視各個水泥筒倉及其它各個機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)。

本系統(tǒng)的本地觸摸屏，分別用來顯示System A中筒倉的料位和進(jìn)出料情況以及其它各個部件的運(yùn)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(shù)據(jù)采集：通過PLC實時采集現(xiàn)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(guān)數(shù)據(jù)。

控制功能：通過觸摸屏，對輸送水泥的螺旋輸送機(jī)進(jìn)行控制。

數(shù)據(jù)存儲：系統(tǒng)需要對采集到的水泥筒倉進(jìn)、出料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并保存至本地數(shù)據(jù)庫中，并可根據(jù)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)的備份。

查詢統(tǒng)計：根據(jù)操作員設(shè)定的條件（時間、筒倉編號），從本地數(shù)據(jù)庫中檢索出符合查詢條件的結(jié)果集，通過數(shù)據(jù)庫訪問瀏覽器呈現(xiàn)給用戶。

報警功能：對水泥料位等關(guān)鍵信息進(jìn)行報警。

安全管理功能：通過對系統(tǒng)管理員、操作人員、維護(hù)人員的不同權(quán)限的設(shè)計，有效保證系統(tǒng)的安全。

遠(yuǎn)端的中控室，和本地保持實時的通訊，數(shù)據(jù)采取同步方式進(jìn)行。

四、 配置清單

中控總控制站：

每個現(xiàn)場控制站：

注：PLC根據(jù)現(xiàn)場的數(shù)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(kuò)展200多點，西門子中型PLC S7-300，可以擴(kuò)展上千點。

五、 水泥的現(xiàn)場應(yīng)用效果

監(jiān)控室的水泥生產(chǎn)參數(shù)畫面

生料處理的無線數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控