走向智能水泥厂的技术路线

　　当今工业生产的发展方向美国提出了“工业互联”、德国提出了“工业4.0工业4.0”、中国提出了“中国制造2025”。但无论提法有何不同其本质是一样的自动化的空间向上发展到智能化向下扩展到整个工业生产的全方位、全过程。整个社会生产将被逐个、逐步的推向智能工厂用人工智能逐渐取代人类劳动。

　　中国的水泥行业生产规模从1996年4.9亿吨拿下世界第一后就一路领先到现在规模不可谓不大；工艺技术已经对国内引进的生产线进行了大量改造并且在国际上也得到认可；装备质量已经在国外建设投产了多条生产线包括世界单线规模最大的12000t/d生产线与国外的差距也在缩小。

　　但看看我们的劳动生产率却还存在较大的差距。5000t/d单线用工多数还在200人左右先进水平的也在100人左右。而泰国同等规格的“老城堡”水泥厂每班只有3个人主要是应付突发事件其中中控室1人（而且包括化验室所有职能）、现场巡检2人。如此高的生产效率除了可靠的装备以外主要体现在自动化和智能化方面。

　　智能水泥厂的官方概念

　　20150130工业和信息化部发布了《原材料工业两化深度融合推进计划(2015-2018年）》基本给出了一个智能水泥厂的概念。智能水泥厂不仅包括如下内容：

　　（1）基于自适应控制、模糊控制、专家控制等先进技术利用智能仪器仪表、工业机器人、计算机仿真、移动应用等信息系统与专用装备进一步突出实时控制、运行优化和综合集成基本实现矿山开采、配料管控、窑炉烧成、水泥粉磨全系统全过程的智能优化；

　　（2）应用机器人等技术在矿山爆破排险、窑炉运行维护、投料装车作业、高温高尘抢修等危害、危险、重复作业的环节基本实现无人值守或机器人替代人工作业；

　　（3）建设信息物理融合系统（CPS）实现企业生产运营的自动化、数字化、模型化、可视化、集成化提高企业劳动生产率、安全运行能力、应急响应能力、风险防范能力和科学决策能力；

　　（4）在生产管控和经营决策中通过大数据平台建设，超声波测厚仪维修应用商业智能系统（BI）和产品生命周期管理（PLM）建立对采购、生产、仓储、销售、运输、质量、资源、能源和财务等全方位的智能管控平台实现产品、市场和效益的动态监控、预测预警提升各环节的资源优化配置能力和智能决策水平；

　　（5）建立与供应商和用户的上下游协作管理系统按照供应商提前介入技术（EVI）、准时生产技术（JIT）等模式统一企业资源计划（ERP）等企业业务系统间信息交换接口、标准和规范通过信息共享和实时交互实现物料协同、储运协同、订货业务协同以及财务结算协同。

　　（6）建设基于自适应控制、模糊控制、专家控制等先进技术的智能水泥生产线实现原料配备、窑炉控制和熟料粉磨的全系统智能优化智能制造不仅要具有机械化、自动化、信息化功能和海量数据的分析能力更要有针对具体问题的自我判断和对症自我纠错能力。

　　（7）并在工业窑炉、投料装车等危险、重复作业环节应用机器人智能操作。

　　（8）开展具有采购、生产、仓储、销售、运输、质量、能源和财务管理等功能的商业智能系统应用。

　　建设智能水泥厂的进度要求

　　上述“推进计划”对水泥行业提出了明确要求：为了缩小我国水泥行业在智能化方面与国外的差距在水泥行业选取2～3家先进企业建设基于自适应控制、模糊控制、专家控制等先进技术的智能水泥生产线；到2018年水泥行业应用优化控制系统的生产线要达到50%；建成一批生产装备智能、生产过程智能、生产经营智能的智能化工厂。

　　根据“推进计划”要求智能水泥厂涵盖生产装备、生产过程、生产经营的全面智能就是实现让水泥工厂关起门来自己生产。生产线的智能控制是水泥智能工厂的基础和主体没有这个基础，Delta65烟气分析仪所谓的“智能工厂”就只能是一个“智能化工厂”。

　　这里有两个概念需要注意“智能化工厂”并不完全等同于“智能工厂”这要看你“化”到什么程度智能工厂都是逐渐“化”过来的。

　　按照以上进度要求和质量要求我们水泥行业显然已经慢了。个人认为进度上慢了与大环境有关智能工厂牵涉到方方面面特别是严重依赖的物联网还不具备；质量上差点也是因为很多条件还不具备任何事物都有个发展完善的过程本就应该先从智能化水泥厂做起能做多少是多少逐步向智能水泥厂趋近。

　　走向智能水泥厂的技术路线

　　关于采购、仓储、销售、运输、质量、管理等智能系统在水泥行业相较实体的生产系统进步要快这几年的智能化进步也主要体现在这些方面这里就不再赘述重点讨论相对薄弱的生产系统的智能化问题。

　　看似简单的水泥工艺其过程包含有大量的物理反应、化学反应以及物理化学反应囊括了地质学、矿物学、岩相学、流体学、燃烧学、热传导、结晶学等等学科要使整个过程处于受控状态按照我们设计的P-T-t轨迹（矿物学术语）运行不但需要维持物料的量和质的均衡稳定而且必须维持好各系统各工序各个特征参数的稳定。

　　对于水泥生产中的控制操作可以是人工手动的也可以是仪表自控的但最好是智能程控的。因为变化无时不在调节无时不需人的精力和经验又是有限的自动化又担负不了如此复杂的问题智能化就成为最佳选择。

　　分析其前任自动化成效不大的原因以大家最关注的“C5出口气体温度自控调节回路”为例自动化建立的数学模型为：“分解炉的喂煤量”＝＞“C5出口气体温度”（注：A=>B为逻辑学符号表示命题A与B的涵盖关系）。实践证明这个控制回路的作用不大有时甚至起副作用。主要是受自动化能力限制应变量选取太少，全自动维氏硬度计调节模型建立得过于简单。

　　而智能化有足够的能力完全可以模仿人类的智能建立一个多变量调节模型：分解炉的喂煤量＝＞∑（C5出口气体温度系统生料喂料量生料KH、SM、细度窑灰喂入量预热器各级（包括分解炉、后窑口）的温度、压力C1出口、分解炉出口、后窑口的O2、CO、NOX煤粉的热值、挥发份、细度、水分二次风温度、三次风温度、三次风闸板开度……）

　　总之只要你能想到的因素就只管往涵盖变量里加然后进行相关性统计分析。根据不同的相关系数给予各变量不同的调节权重各变量对于喂煤调节量的代数和便是分解炉喂煤量的调节量。不要说没关系、不要嫌多、不要怕错！

　　某公司应用的这套控制系统就接受某操作员的建议引入一个看是不相干的尾煤铰刀泵出口压力信号结果取得了意想不到的效果！每条生产线都不相同、每个时间段都不相同你不可能知道哪个信号在什么时候会起关键作用还是把它交给智能调节系统为好。

　　相关性分析并不复杂用计算机程序来做更是小菜一碟。不仅可以从初始的统计分析开始设定初始的调节权重而且要每时、每天、每月、每年的一直做下去以适应各种因素的变化。

　　为了适应各种因素的新情况、新变化设定按照“先入先出的原则”滚动记录最近10天（可根据实际情况的异变速度和频次确定和调整滚动天数）的数据、并进行相关性分析。根据最新的分析结果及时地调整调节权重的分配使其在不断地循环调整中趋于合理化效果就会越来越好。实际上这种自动调节回路已经变成了智能调节回路。

　　生产系统需要调控的参数很多由于时间关系这里仅选了这几年大家非常重视的、已经做了不少工作的“预热器C5旋风筒出口温度自控调节回路”进行了展开分析其他参数的调控可以比照优化。

　　进一步放开讲智能水泥厂离不开大数据、智能化、物联网这些都离不开5G平台。虽然目前还没有这个平台但我们将在世界上首先拥有这个平台我们的智能化现在就应该为利用好这个平台作好准备。

　　接着上述C5出口气体温度的波动讨论存在如下因素关联：--煤质波动--煤粉制备（细度）--原煤进厂（煤质）--供应煤矿--煤层变化；--煤量波动--喂煤系统--煤粉制备（流动性）--煤粉（细度、水分）--原煤变化--供应煤矿--煤层变化。

　　利用这些关联情况如果建立了大数据每一个节点都能及时量化出来；如果建立了物联网这些量化出来的变化就能及时的得到层层传递就能给予烧成智控系统预知的时间提前采取相应的对策最终减小甚至避免波动。

　　所以说智能制造不是花架子可以给制造企业带来生产效率的大幅度提升、资源综合利用率的大幅度提升研制周期的大幅度缩短、运营成本的大幅度下降、产品不良品率的大幅度下降是我国水泥工业由大变强的必由之路是水泥工业在新常态下的必走之路。

　　所以说中国水泥不仅是大而且会强必将引领世界水泥工业！