9.5. Асу основных технологических процессов цементного производства

Работы в отрасли по проектированию и вводу в эксплуатацию АСУТП начались около 30 лет назад с момента серийного выпуска первых отечественных управляющих вычислительных машин типа УМ-1, УМ-1-НХ, ДНЕПР-1. Силы разработчиков АСУТП концент­рировались на нескольких базовых цементных предприятиях, таких как Себряковский, Чимкентский, Кантский, Балаклейский, «Проле­тарий», Липецкий. С появлением более совершенных средств вычис­лительной техники, УВК М-6000, практически все АСУТП семидеся­тых и начала восьмидесятых годов создавались с использованием этой техники и распространялись на многие предприятия.

В середине и во 2-й половине 80-х годов с появлением мик­ропроцессоров и микро-ЭВМ начался новый период в развитии АСУТП. Он характеризуется созданием более дешевых и надеж­ных систем, причем проектирование занимает меньше времени, а для обслуживания таких АСУТП требуется незначительный персонал.

Первоначально разработки АСУТП осуществлялись на заво­дах мокрого способа производства. Затем с появлением первых отечественных современных заводов сухого способа производства работы были сосредоточены и на этих объектах. В настоящее время все новые высокопроизводительные технологические линии сухого способа производства оснащаются АСУТП.

Работы по созданию АСУТП охватывают все основные пере­делы цементного производства. К ним можно отнести процессы измельчения сырьевой шихты в шаровых мельницах разомкну­того и замкнутого циклов, приготовления сырьевой смеси при порционной, полупоточной и поточной технологии, обжига и ох­лаждения клинкера в печах мокрого и сухого способов произ­водства, измельчения цементной шихты в мельницах разомкну­того и замкнутого циклов.

Ниже остановимся на некоторых функциях, которые выполняют перечисленные системы. К общим функциям всех систем относятся следующие:

сбор и обработка аналоговой и дискретной информации о ходе технологического процесса и состоянии агрегатов;

расчет основных показателей технологического процесса, ра­боты оборудования и системы;

расчет управляющих воздействий в соответствии с выбранным алгоритмом управления и непосредственное цифровое управле­ние исполнительными механизмами регулирующих органов;

представление технологу-оператору информации о ходе тех­нологического процесса, состоянии агрегатов и комплекса техни­ческих средств АСУТП;

формирование и печать сменного протокола сводных показа­телей.

Далее приводятся перечни специализированных, т. е. харак­теризующих непосредственно каждую конкретную систему, ос­новных функций.

АСУТП измельчения сырья в мельницах разомкнутого цикла реализует контур управления загрузкой мельниц сырьем и по­дачей воды по косвенным сигналам акустических устройств кон­троля загрузки, размещенных вдоль корпусов мельниц. В конту­рах учитываются сигналы расходов сырья и воды, а также показания индикаторов вязкости на выходе мельниц. Подсистемы управления загрузкой сырьем и расходом воды по косвенным сигналам обеспечивают удовлетворительную компенсацию значи­тельной части высокочастотных возмущений. Подсистема управ­ления с использованием показаний индикатора вязкости шлама обеспечивает компенсацию низкочастотных возмущений.

Особенностью АСУТП является наличие алгоритма управле­ния процессом в переходных режимах, необходимого для ввода технологического процесса в режим после пуска мельницы и под­ачи в нее сырья, а также при длительных перебоях в поступле­нии сырья.

АСУТП измельчения сырья в мельницах замкнутого цикла с сепараторами воздушно-проходного типа и сушкой отходящими газами печи выполняет:

стабилизацию загрузки мельницы путем поддержания на за­данном уровне соотношения между значениями расхода шихты в мельницу и сигналом контроля загрузки мельницы;

управление аэродинамическим режимом путем поддержания на заданном уровне расхода сушильно-транспортирующего аген­та, оцениваемого по величине тока привода мельничного дымо­соса, с воздействием на направляющий аппарат мельничного ды­мососа;

стабилизацию влажности сырьевой муки, измеряемой лабора­торным путем или косвенно (по температуре газовоздушной сме­си на выходе мельницы), путем регулирования подачи в мельницу отходящих газов печи;

стабилизацию тонкости помола сырьевой муки путем коррек­ции заданного уровня расхода сушильно-транспортирующего агента (по лабораторным данным о тонкости помола сырьевой муки).

АСУТП приготовления шлама при порционной и полупоточ­ной технологии используется в информационно-советующем ре­жиме. Аппаратурно-программное обеспечение системы осущест­вляет:

автоматическую обработку результатов экспресс-анализа хи­мического состава материалов на рентгеновском анализаторе;

контроль объемов и характеристик шламов в вертикальных шламбассейнах;

расчет дозировок компонентов приготавливаемой смеси с целью их последующего дозирования в определенных количест­вах в усреднительную емкость; система рассчитывает оптималь­ные дозировки компонентов таким образом, чтобы стабилизиро­вать характеристики химического состава готовой смеси на уровне заданий технологической карты;

предоставление оператору рекомендаций по управлению про­цессом с прогнозом характеристик приготавливаемой смеси в ви­де концентраций оксидов, значений коэффициента насыщения, глиноземного и силикатного модулей, а также расчетного мине­ралогического состава.

АСУТП приготовления сырьевой смеси в потоке разработана для различных вариантов технологических схем. Одна из них приведена на рис. 9.4. Сырьевая смесь составляется из несколь­ких доставляемых на завод сырьевых материалов путем их со­вместного дозирования в измельчительные агрегаты с последую­щей гомогенизацией в усреднительно-накопительных емкостях. В общем случае каждый из сырьевых материалов может проходить предварительную гомогенизацию на усреднительном складе. Го­товая сырьевая смесь должна удовлетворять оеределенным тре­бованиям, которые сводятся к поддержанию в рамках заданных допусков значений основных модульных характеристик. Стаби­лизация качества приготавляемой смеси осуществляется путем изменения соотношения смешиваемых компонентов. Расчет не­обходимого соотношения компонентов смеси и его реализация осуществляются на ЭВМ.

В ЭВМ поступает необходимая для управления процессом ин­формация о химическом составе готовой смеси, о количестве смеси, поступающей в усреднительные емкости, и количестве каждого подаваемого в мельницу компонента. Такие измерения производятся датчиками весовых дозаторов твердых сырьевых компонентов на входе в мельницу и расходомером готовой смеси на выходе из мельницы. Автоматический пробоотборник на вы­ходе мельницы отбирает пробу, которая затем транспортируется в лабораторию, где подвергается анализу на химсостав на спе­циальном анализаторе.

Э ВМ обрабатывает сигналы контролируемых параметров, про­изводит расчет дозировок и выдачу соответствующих управляю­щих воздействий на дозаторы мельниц. Соотношения компонен­тов устанавливаются такими, чтобы их суммарный объем, смешанный с объемом, находящимся в усреднительной емкости, составил сырьевую смесь, максимально приближенную по своему химическому составу к технологическим нормам. Ввиду наличия в объекте значительного транспортного запаздывания система осуществляет прогноз возмущающих воздействий на время за­паздывания. Для этого строятся и постоянно корректируются рас­четные модели содержимого выходных и промежуточных емко­стей объекта.

Расчет, формирование и выдача на задатчики дозаторов (или исполнительные механизмы других расходных устройств) управ­ляющих воздействий осуществляется в режиме непосредственного цифрового управления. Взаимодействие всех частей системы ре­ализуется программным обеспечением, включающим, как обычно, общее и специальное программное обеспечение.

АСУ ТП обжига и охлаждения клинкера разработаны для технологических схем мокрого и сухого способа производства цемента. Рассмотрим особенности этих систем применительно к обжиговым агрегатам перспективного сухого способа. Такие аг­регаты представляют собой последовательное соединение систе­мы циклонных теплообменников со встроенным в них реакто-ром-декарбонизатором, вращающейся печи и колосникового холодильника.

АСУ ТП обжига сырьевой смеси в агрегатах сухого способа осуществляют следующие основные функции, относящиеся глав­ным образом к стабилизации ТП.

1. На участке «Циклонные теплообменники — декарбониза-тор»:

стабилизацию температуры в смесительной камере реактора-декарбонизатора с воздействием на расход топлива, подаваемого в реактор;

стабилизацию соотношения топливо/воздух в зависимости от состава отходящих газов (О2, СО);

стабилизацию разрежения отходящих газов перед запечным | дымососом с воздействием на частоту вращения ротора дымососа;

стабилизацию расхода сырьевой муки, обычно подаваемой в третью ступень циклонов, с воздействием на регулирующие ор­ганы дозаторов.

2. На участке обжига во вращающейся печи: стабилизацию мощности привода печи и температуры отходя­щих газов путем связанного регулирования расхода топлива в печь и скорости вращения печи;

стабилизацию косвенных показателей качества клинкера (средний расчетный диаметр гранул клинкера, концентрация сво­бодного оксида кальция, вес литра клинкера) с воздействием на уставку регулятора мощности главного привода печи.

3. На участке охлаждения клинкера:

стабилизация давления воздуха под решеткой холодильника с воздействием на скорость решетки;

стабилизация разрежения в горячей головке печи с воздейст­вием на направляющий аппарат дымососа аспирации.

В перспективе предполагается реализация функций оптими­зации основных режимных параметров обжига в зависимости от данных текущего контроля физико-химических характеристик поступающей в обжиговый агрегат сырьевой смеси.

АСУТП помола цементной шихты в мельницах разомкнутого цикла управляет загрузкой мельниц путем поддержания на за­данном уровне соотношения между суммарным расходом шихты, подаваемой в мельницы, и суммарным сигналом устройства кон­троля загрузки мельницы материалом. В системе используется также параметр текущей производительности мельниц, опреде­ляемый по сигналам дискретных датчиков подключения камер­ных насосов. В случае отсутствия дозирующих устройств управ­ляющие воздействия реализуются путем изменения положения ножей тарельчатых питателей с помощью исполнительных меха­низмов, сигналы которых используются в качестве обратной свя­зи в АСУТП. В случае кратковременного прекращения подачи шихты в мельницы система не отключается, а после подачи ших­ты автоматически вводит мельницы в режим и затем переходит на управление в стационарном режиме.