我国建材工业自动化现状与发展

[关键词]建材 工业自动化 　　我国建材工业早在50年代就以水泥工业为起点开始自动化的研究开发与应用，主要是参数检测和单回路调节，70年代进行模拟和数字计算机的应用研究，80年代以来，建材工业自动化发展速度较快，除了计算机的应用外，分析检测仪器和装备也取得了较大的进展，另外，自动化作为建材工业引进技术和装备的重要内容之一，使得我国建材工业自动化技术水平与世界的差距迅速缩小，但整体来讲，与发达国家相比仍存在相当的距离。 我国建材工业自动化的现状 　　目前，我国建材工业主要生产领域中，自动化系统或装备的配备及应用已较为普遍，但装备水平和应用效果参差不齐。 1自动控制系统硬件装备水平 　　各种类型的计算机控制系统应用较为普遍。大、中型水泥厂和大多数机立窑水泥厂都装备了生产过程自动控制系统，至少是生料配料自动控制系统。其中，日产1000吨以上(包括部分日产700吨)新型干法生产线大多采用计算机集散控制系统(DCS)；约70％的浮法玻璃生产线采用DCS；建筑卫生陶瓷行业除引进的生产线外，自动化水平较为落后，对于引进的生产线或近几年新建的生产线，一般在制坯过程采用可编程控制器(PLC)，窑炉采用小型DCS；新型建材中的石膏板生产线也采用DCS；玻璃纤维生产中，除新近引进的池窑拉丝生产线采用小型DCS、IPC、PLC外，大部分还处于单片机、甚至单板机的水平。从整个建材行业来看，尽管硬件配备水平的高低差别较大，但就好的而言，与国际上的差距并不太大。国际上一些主流系统或设备在我国建材工业中都有应用，如：BAILEY公司的N—90系统和ABB公司的MASTER系统、HONEYWELL公司的MICRO TDC—3000系统、FOXBORO公司的I／A系统等。 2分析检测仪器装备 　　计量和检测是实现有效的自动控制的基础，我国建材行业引进或自行开发了一系列分析检测仪器和计量装置，并在建材工业自动化中发挥了重要作用。现在应用比较普遍的分析仪器主要有：多元素物料成分分析仪、在线／离线钙铁分析仪、烟气成分分析仪、中子测水仪、发热量分析仪等。检测仪器主要有：全自动压力试验机、精密测长仪、比表面积分析仪、回转窑酮体测温仪、比色高温计、磨机负荷电耳、在线玻璃缺陷检测仪等。计量装置主要包括：各种料位计、大口径气体流量计、皮带秤、失重秤、圆盘秤、绞刀秤、核子秤等。 3控制方法、软件及应用 　　控制方法和软件是自动化的灵魂。目前，在水泥回转窑、机立窑上开始采用模糊逻辑控制，专家控制系统和自适应预测控制也开始进行试验，在个别玻璃厂和水泥厂已开始探索和试用计算机集成制造系统(CIMS)。但总体来讲，我国在这方面与国际先进水平差距还比较大。自动控制系统的应用大多数还停留在设备启停的顺序控制、工艺参数的自动检测、CRT画面显示、报警、记录、报表打印及信息储存上，许多重要工艺环节的自动调节并未真正投入运行，尚未充分发挥自动化的综合控制作用。 存在的主要问题 　　经过近20年的努力，我国建材工业自动化有了重大进步，但从现状看，仍存在许多不可忽视的问题。主要表现在： 　　1重装备、轻应用，总体投运率不高　随着微电子和计算机技术的迅速发展以及建材工业自身技术水平的提高和新技术、新工艺的不断出现和推广应用，对自动化的需求越来越强烈、要求也越来越高，自动化已经受到普遍重视，并被摆在重要地位，对自动化的投资也逐渐加大，以日产1000吨水泥生产线为例，用于自动化的投资(不包括强电部分)大约占到总投资的5％，可达1200万元左右。 但是，对于自动控制系统的应用，特别是与生产工艺密切结合的应用，以及在应用中不断开发和提高却重视不足，甚至是根本不重视。  造成大部分自动化系统没有全面投入运行，作用不能充分发挥，有些甚至成为摆设或“展品”。自动化在稳定、优化生产过程、提高产品产量质量方面的重要性并未充分体现出来。 　　2重启停、顺控，轻稳定调节　设备的启停和运行过程的顺序控制只是自动控制系统强大功能的一部分， 它在20年前的建材工业中是自动化的重要甚至是主要内容。在目前建材生产企业的自动控制系统中， 这部分功能一般都发挥和应用得比较好，也普遍受到重视，以至于往往使人误认为这就是自动化， 而忽视了自动化更为重要的稳定和调节作用， 使得自动控制系统中许多重要的自动调节功能形同虚设。 　　3重计算机，轻检测装备　我国建材工业的有关研究开发单位，对工业分析检测仪器和计量装置的研制开发是比较重视的，在这方面推出许多适应建材工业需求的好产品，有些在国际上也属于先进水平，比如采用放射性同位素源的多元素分析仪等，有些产品特色鲜明，对提高自动控制效果有显著作用且相对价格低廉，如在线钙铁分析仪等。但是建材工业生产企业作为用户，往往只看重计算机系统的配备，宁愿多花一些钱配备复杂、高档的计算机系统，许多自动控制系统的计算机配备上存在“大马拉小车”现象，造成资源浪费；而不肯在分析检测和计量装置上给以必要的投入，以至于自动控制系统由于得不到被控参数和相关参数及时准确的信息而不能充分发挥作用。 　　4重硬件、轻软件　只注重硬件系统的先进性而忽视软件重要性的现象，不仅在建材工业企业而且在研究开发单位都普遍存在。没有好的软件配套，再好的硬件系统也发挥不了应有的作用。其结果，一是导致用自动控制系统简单取代原有的仪表继电器系统，计算机强大的信息处理和分析能力并没有得到利用；二是优化控制技术没有得到充分的应用，大多数建材生产企业只配置单独的局部生产环节控制软件，较好的情况也只是与生产过程控制系统建立点对点的通讯，传递少量的控制信号，并没有真正融为一体，实现信息共享和综合优化控制。 提高我国建材工业自动化技术水平的途径与措施 　　计算机技术的飞速发展， 使得计算机具有了强大的处理能力和广泛的适应性，已不再是制约建材工业自动化水平的决定性因素。而建材工业本身的专用检测计量仪器、控制装置、执行机构、控制方法和应用能力则决定着建材工业自动化技术总体水平。因此，必须从以下几个方面着手开展21世纪的建材工业自动化工作： 　　1重视控制理论的研究及其在自动控制系统中的应用 　　建材工业普遍存在多参数、长滞后、大容量的控制特性；高温、高湿、高粉尘的恶劣环境；建设投资大、利润率低的经济条件。这些无不大大增加了自动控制的难度，相应地，对控制理论和方法的要求也就越高越迫切。 　　控制理论和方法是充分利用参数检测、执行机构和计算机系统综合能力并发挥自动化效果的关键。而在这方面，无论是纵向与国际先进水平比，还是横向与其他行业比，差距都是比较大的。 　　国际上， 80年代丹麦的史密斯公司推出模糊逻辑控制水泥窑并商品化；英国LINK MAN公司推出专家控制系统；最近，西班牙马丁博士研制出自适应预测控制方法及软件，在欧洲一些国家的水泥窑和磨机优化控制中获得应用。这些我国都曾引进试验过，也曾经或正在开发类似的控制软件，但基本上都未取得成功。近年来，神经元网络控制理论的研究和应用在国际国内颇为活跃，而我国建材工业自动化 领域对此尚无太大反映。 　　2加强建材工业用分析检测仪器及装备的研究开发 　　自动化的基础之一是分析检测和计量技术，建材工业主要是粉状物料在高温条件、烧结或熔融状态下连续生产，给工艺参数的检测、计量造成巨大困难。研究开发适合建材工业自动化需求的分析检测和计量仪器及装备显得尤为重要。我国建材工业自动化领域在这方面的工作是卓有成效的，研制开发的众多专用仪器设备基本上能够满足建材工业自动化的要求，在物料成分的工业分析方面，与国外先进水平 差距不大，而且一些成果很有自己的特色， 同位素X荧光分析我们有着一定的优势，近几年来国际上大量推广并激烈竞争的小型X荧光光谱仪也进入了我国市场， 但我们已在进行同类仪器的研究开发，并拿出了初步样机。国际上近几年来出现了分析仪器一体化或功能集成化的趋势，如美国ARL公司推出了集X荧光与X衍射于一身的水泥分析仪，不仅可以分析各种水泥物料的成分，而且可以进行游离氧化钙含量的分析；英国牛津公司推出了能量色散和波长色散合二为一的MDX荧光分析仪。我国目前尚未开展此类工作。特别需要强调的是：在线检测技术应引起我们的高度重视，在线检测技术的突破，有可能在很大程度上改变建材生产企业的面貌。 　　3通过自动化降低投资 　　随着自动化技术的进步，特别是一些重要参数在线分析检测的实现，自动化已不再仅仅是对生产过程的控制方法和手段，而是真正成为全部工艺装备中不可分割的组成部分，可以通过自动控制的有效作用，简化或替代某些工艺装备，从而大大降低生产成本和建设投资。如中国建筑材料科学研究院研制生产的在线钙铁分析仪虽然只能连续在线分析水泥生料中氧化钙和三氧化二铁的含量，但与多元素分析仪 或小型多道X荧光光谱仪联合使用，却能显著提高均化系数，使得生料均化库的简化成为可能。再如，美国MATRAX公司推出的中子活化在线物料成分分析仪，虽然售价高达数十万美元，却可以替代预均化堆场并降低对均化设备的要求，从根本上解决生料的配料和均化问题，从而大大降低生产线建设的总投资。