ABB智能控制平臺助力水泥廠實現智慧化生產

序言

  水泥企業(yè)是傳統(tǒng)的高能耗高污染企業(yè)，雖然隨著技術的不斷進步，水泥企業(yè)的能耗指標，排放指標有了一定的改善，但是在市場環(huán)境愈加嚴峻的今天，水泥企業(yè)在競爭中面臨著各方面的巨大壓力，諸如勞動力成本上漲，原料價格上漲，市場需求萎縮，水泥價格下降等，因此為了提升企業(yè)自身的核心競爭力，必須從生產的源頭進行根本性的優(yōu)化，降低企業(yè)的生產成本，提高企業(yè)的能源效率，只有這樣，才能在競爭激烈的市場之中占得一席之地。

  同時，國家也提出了中國制造2025計劃，其中列出了五大工程，目的就是大幅度提升制造業(yè)整體素質，產品質量有較大提高。數字化、網絡化、智能化取得明顯進展，爭取使用十年的時間，邁入制造強國行列。在這五大工程其中的第二條，就是“智能制造工程”，其中說道“依托優(yōu)勢企業(yè)，緊扣關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優(yōu)化控制、供應鏈優(yōu)化，建設重點領域智能工廠/數字化車間。在基礎條件好、需求迫切的重點地區(qū)、行業(yè)和企業(yè)中，分類實施流程制造、離散制造、智能裝備和產品、新業(yè)態(tài)新模式、智能化管理、智能化服務等試點示范及應用推廣。建立智能制造標準體系和信息安全保障系統(tǒng)，搭建智能制造網絡系統(tǒng)平臺。”可以看到，國家對于傳統(tǒng)制造業(yè)數字化，智能化，高度自動化的發(fā)展方向，已經十分明確。這也是傳統(tǒng)水泥行業(yè)所必須的發(fā)展方向。

現狀

  目前國內水泥行業(yè)制造水平依然存在很多問題，雖然經歷了多年的發(fā)展，國內水泥工廠的電氣化，自動化水平已經普遍上了一個臺階，基本上實現了DCS/PCS系統(tǒng)的普及，以及關鍵工藝點測點儀表的覆蓋，但整體依然存在信息化/智能化程度偏低，信息整合度弱，工廠系統(tǒng)各自為政，信息利用效率低，相當多的工廠依然使用傳統(tǒng)的票據方式傳遞數據和信息，造成信息傳遞不及時，因而影響工廠的調度生產。另外，相對于其他行業(yè)，水泥行業(yè)的智能化管控水平依然較低，一些已經在其他行業(yè)普遍使用的系統(tǒng)功能在水泥行業(yè)依然罕見，如儀表總線管理，資產管理等，另外還存在一些獨立設置的系統(tǒng)，造成系統(tǒng)數量多，相互不兼容，信息不共享，維護困難，效率低下。

ABB智能一體化平臺

  ABB能夠為目前的水泥行業(yè)帶來世界領先的智能化一體化平臺，不但能夠滿足工廠的生產流程控制需要，還可以集成設備管理，儀表管理，總線設備管理，視頻管理，電氣集成等功能。完全可以使用同一個平臺實現整個工廠的智能化生產管理，不需要多個系統(tǒng)，從而可以極大程度上提高系統(tǒng)的整體性，平臺統(tǒng)一性，降低維護工作量，從而進一步提高系統(tǒng)可用性，減少人力成本和運維成本。

  ABB 的800xA控制軟件平臺的研發(fā)宗旨就是“不僅僅是一套DCS”，其所面向的就是有智能化控制軟件平臺需求的客戶，通過800Xa系統(tǒng)強大的集成性，基于ABB IndustryIT技術，將客戶工廠實現智慧化生產所需的所有必要功能集于一身。

圖1：ABB IndustryIT 統(tǒng)一管控平臺

  1、設備管理一體化

  800xA 資產優(yōu)化能夠對自動化設備、工廠基礎設施、工廠設備、現場設備、信息技術資產以及生產流程提供實時的資產監(jiān)控、通告和維護工作流程的優(yōu)化。它是目前市場上獨一無二的解決方案，能夠在一個單一的用戶界面上，將傳統(tǒng)意義上互不相干的各類自動化和監(jiān)控系統(tǒng)提供的全部信息進行整合，從而讓用戶能夠對其感興趣的某個資產的健康狀態(tài)和績效有一個全面的洞析。通過管理維護每個特定系統(tǒng)的全部信息、優(yōu)勢以及功能，800xA 資產優(yōu)化解決方案大大方便用戶操作-用戶不再需要在多個系統(tǒng)、工作界面、應用程序環(huán)境以及導航手段之間來回切換。

  總體而言，800xA 資產優(yōu)化的特點可以歸納為以下兩類：

  提高資產可用性和績效

  –資產狀態(tài)監(jiān)控

  –資產狀態(tài)報告

  優(yōu)化運營和維護效率

  –計算機維護管理系統(tǒng)（CMMS）集成

  –儀表管理系統(tǒng)（IMS）校準集成

  并且，ABB 800xA的資產管理可以涵蓋到工廠的每一個角落，包括主機設備，電氣設備，儀器儀表，網絡通訊，IT設備等等。有了這樣的集成平臺，生產管理人員可以在一個界面中管理自己工廠中幾乎所有的資產，包括其使用壽命，運行狀況，維護計劃等等。

圖2：資產監(jiān)控平臺可以涵蓋工廠的所有角落

  2、視頻系統(tǒng)一體化：

  800xA系統(tǒng)也可以實現視頻系統(tǒng)的一體化集成，這樣可以省去一套獨立的CCTV系統(tǒng)，并且800xA系統(tǒng)的視頻集成功能非常強大，可以支持多達數百個視頻信號的輸入，并且更加方便的是，這些視頻信號可以無縫集成在操作員的工作界面之中，操作員的視線可以無需離開操作界面即可觀察現場的實時視頻畫面?？梢源蠓鹊奶岣卟僮鲉T的工作效率，并且，這些視頻信號可以不僅僅限于一些傳統(tǒng)的CCTV信號源，包括一些巡檢不便的區(qū)域，也可以通過加裝IP攝像頭來給予操作員隨時觀察現場狀況的可能性，從而可以直觀的觀測到現場設備及儀表的工作狀況，從而大幅度的提高運維的效率。

圖3：視頻集成架構圖

  同時，800xA的視頻平臺并不僅僅可以用于生產的視頻監(jiān)控，它同樣可以集成安防的視頻系統(tǒng)，這樣又可以省去一套額外的安防視頻系統(tǒng)，同時由于所有信息集成于同一個系統(tǒng)當中，因此對于數據的存儲追溯及查閱，是非常方便的，作為工廠的管理者，再也不用費心去不同的系統(tǒng)查閱不同的資料了。

圖4：多樣的視頻源集成

  此外，針對水泥企業(yè)普遍使用的看火電視，800xA系統(tǒng)同樣可以實現集成，為什么還要有一臺額外的電腦來占用中控室本來就不寬裕的空間？ 而且其數據還只能在這臺電腦上查看，使用800xA集成平臺之后，不但可以省去額外的電腦空間，并且該看火電視的圖像及溫度信息，在系統(tǒng)所有節(jié)點上都是可以訪問的，也包括管理人員的界面。無形之中大幅度提高了儀表設備的利用效率。

圖5:看火電視視頻集成

  3、電氣集成一體化

  在目前的水泥廠中，電氣管理系統(tǒng)往往還使用獨立的繼電保護和監(jiān)控系統(tǒng)，最多使用串行通訊將一些中低壓繼電保護設備的測量信號傳遞到控制系統(tǒng)中，但這種通訊方式不但不易維護，而且可靠性也比較差，此外由于系統(tǒng)相互獨立，操作人員對于設備的電氣運行狀況并不能獲得第一手信息，在系統(tǒng)設備由于電氣故障出現跳停的時候，操作人員基本上無法得知是何種電氣故障，也沒有辦法第一時間排除故障，而必須要通知電氣人員去現場查看才可以得知具體的故障，無形之中降低了系統(tǒng)的運行效率，也增加了維護人員的工作負荷，而在實現電氣集成一體化之后，完全可以避免這一問題。并且實現集成一體化之后，電氣系統(tǒng)可以使用和控制系統(tǒng)一樣的歷史記錄及報表功能，非常方便，并且也可以減少因為多套系統(tǒng)而造成的人力資源成本。

  電氣集成是指把同一工廠內的過程自動化和電力自動化整合到同一個控制系統(tǒng)。這將形成一個單一的自動化環(huán)境，不僅統(tǒng)一對過程設備的控制，而且統(tǒng)一對變電站設備及輸配電的保護、監(jiān)測與控制。集成過程自動化系統(tǒng)和電力自動化系統(tǒng)之后，其工程、操作和維護只需要一個單一的策略來完成。不管您是生產還是消耗電力，電氣集成有助于提高生產效率和降低運營成本，這可以為您帶來上百萬美元的經濟效益。

圖6:電氣集成一體化

ABB專家優(yōu)化系統(tǒng)

  為了響應國家中國制造2025中關于智能制造部分的目標：“依托優(yōu)勢企業(yè)，緊扣關鍵工序智能化、關鍵崗位機器人替代、生產過程智能優(yōu)化控”，同時出于目前市場環(huán)境的考慮，水泥企業(yè)都迫切需要在生產控制環(huán)節(jié)提升自動化水平，實現生產過程的完全自動化，智能化。從而提升生產線的工藝穩(wěn)定性，質量穩(wěn)定性，降低單位產品的生產成本，包括能耗成本及設備損耗成本，提升企業(yè)的核心競爭力，在嚴酷的市場環(huán)境中得以生存和發(fā)展，并且響應國家節(jié)能降耗的要求，建立綠色環(huán)保的現代型水泥企業(yè)。

  專家優(yōu)化系統(tǒng)主要用于實現對工業(yè)過程的控制、穩(wěn)定及優(yōu)化。它使得優(yōu)秀操作員的操作方法在任何時候都可以精確、省力、持續(xù)的運用。這種知識系統(tǒng)通過標準化的程序規(guī)范確保了高度可行及長期維護的便利。專家優(yōu)化的核心概念是最小化操作人員的操作代之以自動導航方式來完成過程操作。

  一個安裝了專家優(yōu)化系統(tǒng)的用戶將會直接受益，系統(tǒng)的性能從“普通操作員級”上升為“優(yōu)秀操作員級”。這意味著優(yōu)秀操作員每天，每時每刻都在進行最佳狀態(tài)的操作。由于增加了專家優(yōu)化應用工程師提供的過程專家系統(tǒng)技術，加上客戶專家與這些工程師的交流，可以預見在此基礎上生產過程收益會大大增加，通常在不到一年的時間里，您為專家優(yōu)化系統(tǒng)的投入就可以得到回報。

  ABB的專家優(yōu)化系統(tǒng)融合了先進的APC控制技術與數十年的水泥工藝經驗，其實用性，可靠性以及經濟型早已在全世界數百條生產線的應用案例中得到了驗證，由于其在開發(fā)伊始就是專門針對于水泥工廠所開發(fā)的，所以其中融合了在多年應用中積累下來的應對水泥生產時會出現的特殊情況的經驗模型。這些對于系統(tǒng)的運轉率是非常重要的，意味著系統(tǒng)不但可以在系統(tǒng)平穩(wěn)運行時代替人操作生產過程，也可以在生產過程中出現特殊狀況的時候進行及時且正確的應對。幫助生產過程快速的恢復正常，提高生產線的運行效率及經濟指標。

圖7:ABB專家優(yōu)化系統(tǒng)融合先進控制技術及水泥過程經驗

  對于典型的100萬噸/年的一個熟料工廠的直接回報

  –增加輸出產量    3～5％

  –減少燃料消耗    3～5％

  –減少污染排除量    根據工廠條件各有不同

  –減少電能消耗    3～5％

  –減少耐熱材料消耗10～

  –減少質量的波動性10～20％

  –專家優(yōu)化系統(tǒng)在線運行率90～99％

  同樣也會獲得其他很難量化但也同樣重要的收益：

  –有助于多種難于處理的廢料的利用，

  –控制工廠排放以達到環(huán)境法案的要求

  –保證過程控制的持續(xù)平穩(wěn)，消滅由于交接班造成的操作偏差

  –增加涉及過程及過程動態(tài)的窯的規(guī)格知識系統(tǒng)

  –脫離常規(guī)生產過程內容，使操作員和管理者可以專注于其他事項

  –為工廠管理提供工具和信息，以便更客觀地分析和管理生產過程。

  –由于產量增加，可以相應減少資金周轉需求

  –由于提高了運轉時間，從而減低了工廠維護的成本。

結語

  針對于國家制造2025中提出的目標“推進制造過程智能化。在重點領域試點建設智能工廠/數字化車間，加快人機智能交互、工業(yè)機器人、智能物流管理、增材制造等技術和裝備在生產過程中的應用，促進制造工藝的仿真優(yōu)化、數字化控制、狀態(tài)信息實時監(jiān)測和自適應控制。加快產品全生命周期管理、客戶關系管理、供應鏈管理系統(tǒng)的推廣應用，促進集團管控、設計與制造、產供銷一體、業(yè)務和財務銜接等關鍵環(huán)節(jié)集成，實現智能管控”。ABB可以為水泥企業(yè)實現智能化制造提供所有的技術平臺，使得水泥企業(yè)可以很方便的將國家策略與自身工廠的實際需求相結合，將國家方針落到實處，從而實現工廠的現代化，智能化，智慧化，提高企業(yè)的運營水平，降低企業(yè)的運營成本，打造智能的、先進的、綠色的現代化水泥企業(yè)。