我國(guó)建材工業(yè)自動(dòng)化現(xiàn)狀與發(fā)展

我國(guó)建材工業(yè)自動(dòng)化的現(xiàn)狀

　　目前，我國(guó)建材工業(yè)主要生產(chǎn)領(lǐng)域中，自動(dòng)化系統(tǒng)或裝備的配備及應(yīng)用已較為普遍，但裝備水平和應(yīng)用效果參差不齊。

　　1自動(dòng)控制系統(tǒng)硬件裝備水平

　　各種類(lèi)型的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用較為普遍。大、中型水泥廠和大多數(shù)機(jī)立窯水泥廠都裝備了生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制系統(tǒng)，至少是生料配料自動(dòng)控制系統(tǒng)。其中，日產(chǎn)1000噸以上(包括部分日產(chǎn)700噸)新型干法生產(chǎn)線(xiàn)大多采用計(jì)算機(jī)集散控制系統(tǒng)(DCS)；約70％的浮法玻璃生產(chǎn)線(xiàn)采用DCS；建筑衛(wèi)生陶瓷行業(yè)除引進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)外，自動(dòng)化水平較為落后，對(duì)于引進(jìn)的生產(chǎn)線(xiàn)或近幾年新建的生產(chǎn)線(xiàn)，一般在制坯過(guò)程采用可編程控制器(PLC)，窯爐采用小型DCS；新型建材中的石膏板生產(chǎn)線(xiàn)也采用DCS；玻璃纖維生產(chǎn)中，除新近引進(jìn)的池窯拉絲生產(chǎn)線(xiàn)采用小型DCS、IPC、PLC外，大部分還處于單片機(jī)、甚至單板機(jī)的水平。從整個(gè)建材行業(yè)來(lái)看，盡管硬件配備水平的高低差別較大，但就好的而言，與國(guó)際上的差距并不太大。國(guó)際上一些主流系統(tǒng)或設(shè)備在我國(guó)建材工業(yè)中都有應(yīng)用，如：BAILEY公司的N—90系統(tǒng)和ABB公司的MASTER系統(tǒng)、HONEYWELL公司的MICRO TDC—3000系統(tǒng)、FOXBORO公司的I／A系統(tǒng)等。

　　2分析檢測(cè)儀器裝備

　　計(jì)量和檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)有效的自動(dòng)控制的基礎(chǔ)，我國(guó)建材行業(yè)引進(jìn)或自行開(kāi)發(fā)了一系列分析檢測(cè)儀器和計(jì)量裝置，并在建材工業(yè)自動(dòng)化中發(fā)揮了重要作用。現(xiàn)在應(yīng)用比較普遍的分析儀器主要有：多元素物料成分分析儀、在線(xiàn)／離線(xiàn)鈣鐵分析儀、煙氣成分分析儀、中子測(cè)水儀、發(fā)熱量分析儀等。檢測(cè)儀器主要有：全自動(dòng)壓力試驗(yàn)機(jī)、精密測(cè)長(zhǎng)儀、比表面積分析儀、回轉(zhuǎn)窯酮體測(cè)溫儀、比色高溫計(jì)、磨機(jī)負(fù)荷電耳、在線(xiàn)玻璃缺陷檢測(cè)儀等。計(jì)量裝置主要包括：各種料位計(jì)、大口徑氣體流量計(jì)、皮帶秤、失重秤、圓盤(pán)秤、絞刀秤、核子秤等。

　　3控制方法、軟件及應(yīng)用

　　控制方法和軟件是自動(dòng)化的靈魂。目前，在水泥回轉(zhuǎn)窯、機(jī)立窯上開(kāi)始采用模糊邏輯控制，專(zhuān)家控制系統(tǒng)和自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制也開(kāi)始進(jìn)行試驗(yàn)，在個(gè)別玻璃廠和水泥廠已開(kāi)始探索和試用計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS)。但總體來(lái)講，我國(guó)在這方面與國(guó)際先進(jìn)水平差距還比較大。自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用大多數(shù)還停留在設(shè)備啟停的順序控制、工藝參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)、CRT畫(huà)面顯示、報(bào)警、記錄、報(bào)表打印及信息儲(chǔ)存上，許多重要工藝環(huán)節(jié)的自動(dòng)調(diào)節(jié)并未真正投入運(yùn)行，尚未充分發(fā)揮自動(dòng)化的綜合控制作用。

存在的主要問(wèn)題

　　經(jīng)過(guò)近20年的努力，我國(guó)建材工業(yè)自動(dòng)化有了重大進(jìn)步，但從現(xiàn)狀看，仍存在許多不可忽視的問(wèn)題。主要表現(xiàn)在：

　　1重裝備、輕應(yīng)用，總體投運(yùn)率不高　隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展以及建材工業(yè)自身技術(shù)水平的提高和新技術(shù)、新工藝的不斷出現(xiàn)和推廣應(yīng)用，對(duì)自動(dòng)化的需求越來(lái)越強(qiáng)烈、要求也越來(lái)越高，自動(dòng)化已經(jīng)受到普遍重視，并被擺在重要地位，對(duì)自動(dòng)化的投資也逐漸加大，以日產(chǎn)1000噸水泥生產(chǎn)線(xiàn)為例，用于自動(dòng)化的投資(不包括強(qiáng)電部分)大約占到總投資的5％，可達(dá)1200萬(wàn)元左右。但是，對(duì)于自動(dòng)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，特別是與生產(chǎn)工藝密切結(jié)合的應(yīng)用，以及在應(yīng)用中不斷開(kāi)發(fā)和提高卻重視不足，甚至是根本不重視。造成大部分自動(dòng)化系統(tǒng)沒(méi)有全面投入運(yùn)行，作用不能充分發(fā)揮，有些甚至成為擺設(shè)或“展品”。自動(dòng)化在穩(wěn)定、優(yōu)化生產(chǎn)過(guò)程、提高產(chǎn)品產(chǎn)量質(zhì)量方面的重要性并未充分體現(xiàn)出來(lái)。

　　2重啟停、順控，輕穩(wěn)定調(diào)節(jié)　設(shè)備的啟停和運(yùn)行過(guò)程的順序控制只是自動(dòng)控制系統(tǒng)強(qiáng)大功能的一部分，它在20年前的建材工業(yè)中是自動(dòng)化的重要甚至是主要內(nèi)容。在目前建材生產(chǎn)企業(yè)的自動(dòng)控制系統(tǒng)中，這部分功能一般都發(fā)揮和應(yīng)用得比較好，也普遍受到重視，以至于往往使人誤認(rèn)為這就是自動(dòng)化，而忽視了自動(dòng)化更為重要的穩(wěn)定和調(diào)節(jié)作用，使得自動(dòng)控制系統(tǒng)中許多重要的自動(dòng)調(diào)節(jié)功能形同虛設(shè)。

　　3重計(jì)算機(jī)，輕檢測(cè)裝備　我國(guó)建材工業(yè)的有關(guān)研究開(kāi)發(fā)單位，對(duì)工業(yè)分析檢測(cè)儀器和計(jì)量裝置的研制開(kāi)發(fā)是比較重視的，在這方面推出許多適應(yīng)建材工業(yè)需求的好產(chǎn)品，有些在國(guó)際上也屬于先進(jìn)水平，比如采用放射性同位素源的多元素分析儀等，有些產(chǎn)品特色鮮明，對(duì)提高自動(dòng)控制效果有顯著作用且相對(duì)價(jià)格低廉，如在線(xiàn)鈣鐵分析儀等。但是建材工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)作為用戶(hù)，往往只看重計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的配備，寧愿多花一些錢(qián)配備復(fù)雜、高檔的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，許多自動(dòng)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)配備上存在“大馬拉小車(chē)”現(xiàn)象，造成資源浪費(fèi)；而不肯在分析檢測(cè)和計(jì)量裝置上給以必要的投入，以至于自動(dòng)控制系統(tǒng)由于得不到被控參數(shù)和相關(guān)參數(shù)及時(shí)準(zhǔn)確的信息而不能充分發(fā)揮作用。

　　4重硬件、輕軟件　只注重硬件系統(tǒng)的先進(jìn)性而忽視軟件重要性的現(xiàn)象，不僅在建材工業(yè)企業(yè)而且在研究開(kāi)發(fā)單位都普遍存在。沒(méi)有好的軟件配套，再好的硬件系統(tǒng)也發(fā)揮不了應(yīng)有的作用。其結(jié)果，一是導(dǎo)致用自動(dòng)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單取代原有的儀表繼電器系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的信息處理和分析能力并沒(méi)有得到利用；二是優(yōu)化控制技術(shù)沒(méi)有得到充分的應(yīng)用，大多數(shù)建材生產(chǎn)企業(yè)只配置單獨(dú)的局部生產(chǎn)環(huán)節(jié)控制軟件，較好的情況也只是與生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通訊，傳遞少量的控制信號(hào)，并沒(méi)有真正融為一體，實(shí)現(xiàn)信息共享和綜合優(yōu)化控制。

　　提高我國(guó)建材工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)水平的途徑與措施

　　計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，使得計(jì)算機(jī)具有了強(qiáng)大的處理能力和廣泛的適應(yīng)性，已不再是制約建材工業(yè)自動(dòng)化水平的決定性因素。而建材工業(yè)本身的專(zhuān)用檢測(cè)計(jì)量?jī)x器、控制裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制方法和應(yīng)用能力則決定著建材工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)總體水平。因此，必須從以下幾個(gè)方面著手開(kāi)展21世紀(jì)的建材工業(yè)自動(dòng)化工作：

　　1重視控制理論的研究及其在自動(dòng)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　建材工業(yè)普遍存在多參數(shù)、長(zhǎng)滯后、大容量的控制特性；高溫、高濕、高粉塵的惡劣環(huán)境；建設(shè)投資大、利潤(rùn)率低的經(jīng)濟(jì)條件。這些無(wú)不大大增加了自動(dòng)控制的難度，相應(yīng)地，對(duì)控制理論和方法的要求也就越高越迫切。

　　控制理論和方法是充分利用參數(shù)檢測(cè)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)綜合能力并發(fā)揮自動(dòng)化效果的關(guān)鍵。而在這方面，無(wú)論是縱向與國(guó)際先進(jìn)水平比，還是橫向與其他行業(yè)比，差距都是比較大的。

　　國(guó)際上，80年代丹麥的史密斯公司推出模糊邏輯控制水泥窯并商品化；英國(guó)LINK MAN公司推出專(zhuān)家控制系統(tǒng)；最近，西班牙馬丁博士研制出自適應(yīng)預(yù)測(cè)控制方法及軟件，在歐洲一些國(guó)家的水泥窯和磨機(jī)優(yōu)化控制中獲得應(yīng)用。這些我國(guó)都曾引進(jìn)試驗(yàn)過(guò)，也曾經(jīng)或正在開(kāi)發(fā)類(lèi)似的控制軟件，但基本上都未取得成功。近年來(lái)，神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)控制理論的研究和應(yīng)用在國(guó)際國(guó)內(nèi)頗為活躍，而我國(guó)建材工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域?qū)Υ松袩o(wú)太大反映。

　　2加強(qiáng)建材工業(yè)用分析檢測(cè)儀器及裝備的研究開(kāi)發(fā)

　　自動(dòng)化的基礎(chǔ)之一是分析檢測(cè)和計(jì)量技術(shù)，建材工業(yè)主要是粉狀物料在高溫條件、燒結(jié)或熔融狀態(tài)下連續(xù)生產(chǎn)，給工藝參數(shù)的檢測(cè)、計(jì)量造成巨大困難。研究開(kāi)發(fā)適合建材工業(yè)自動(dòng)化需求的分析檢測(cè)和計(jì)量?jī)x器及裝備顯得尤為重要。我國(guó)建材工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域在這方面的工作是卓有成效的，研制開(kāi)發(fā)的眾多專(zhuān)用儀器設(shè)備基本上能夠滿(mǎn)足建材工業(yè)自動(dòng)化的要求，在物料成分的工業(yè)分析方面，與國(guó)外先進(jìn)水平差距不大，而且一些成果很有自己的特色，同位素X熒光分析我們有著一定的優(yōu)勢(shì)，近幾年來(lái)國(guó)際上大量推廣并激烈競(jìng)爭(zhēng)的小型X熒光光譜儀也進(jìn)入了我國(guó)市場(chǎng)，但我們已在進(jìn)行同類(lèi)儀器的研究開(kāi)發(fā)，并拿出了初步樣機(jī)。國(guó)際上近幾年來(lái)出現(xiàn)了分析儀器一體化或功能集成化的趨勢(shì)，如美國(guó)ARL公司推出了集X熒光與X衍射于一身的水泥分析儀，不僅可以分析各種水泥物料的成分，而且可以進(jìn)行游離氧化鈣含量的分析；英國(guó)牛津公司推出了能量色散和波長(zhǎng)色散合二為一的MDX熒光分析儀。我國(guó)目前尚未開(kāi)展此類(lèi)工作。特別需要強(qiáng)調(diào)的是：在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)引起我們的高度重視，在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)的突破，有可能在很大程度上改變建材生產(chǎn)企業(yè)的面貌。

　　3通過(guò)自動(dòng)化降低投資

　　隨著自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步，特別是一些重要參數(shù)在線(xiàn)分析檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)，自動(dòng)化已不再僅僅是對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制方法和手段，而是真正成為全部工藝裝備中不可分割的組成部分，可以通過(guò)自動(dòng)控制的有效作用，簡(jiǎn)化或替代某些工藝裝備，從而大大降低生產(chǎn)成本和建設(shè)投資。如中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院研制生產(chǎn)的在線(xiàn)鈣鐵分析儀雖然只能連續(xù)在線(xiàn)分析水泥生料中氧化鈣和三氧化二鐵的含量，但與多元素分析儀或小型多道X熒光光譜儀聯(lián)合使用，卻能顯著提高均化系數(shù)，使得生料均化庫(kù)的簡(jiǎn)化成為可能。再如，美國(guó)MATRAX公司推出的中子活化在線(xiàn)物料成分分析儀，雖然售價(jià)高達(dá)數(shù)十萬(wàn)美元，卻可以替代預(yù)均化堆場(chǎng)并降低對(duì)均化設(shè)備的要求，從根本上解決生料的配料和均化問(wèn)題，從而大大降低生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè)的總投資。