优化水泥生产的能源和操作

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多年来，利海水泥公司一直愿意尝试创新的方法来优化能源消耗，提高运营效率。该公司试图消除自动化孤岛，将其软件平台集成到一个集中位置，甚至将生产数据转移到SAP企业系统中，作为其努力的一部分。这种想法挑战了基于PLC/人机界面的控制是水泥生产商提高作业效率的唯一经济有效方法的观念。集成过程自动化系统的设计旨在满足，并多次超过水泥行业的特定要求，特别是那些旨在优化能耗，提高控制系统寿命，并最终降低系统生命周期内运行总成本的系统。

利海水泥公司是海德堡水泥集团的一个部门，海德堡水泥集团是世界第三大水泥生产商。2008年第一季度，公司在全球雇佣了65000多名员工，生产了1960万吨熟料和水泥。该公司还从其制造业务中生产6100万吨骨料和1000万吨预拌混凝土。

Lehigh的现代化将这些岛屿连接起来，整个设施中有多个基于PLC/ hmi的系统。工厂管理人员希望使用一个过程控制系统来降低劳动力和运营成本，这个系统可以从一个集中的位置控制和监控一切，但是满足这一要求不是一项简单的任务。

遵循海德堡在世界各地的其他工厂的先例，联合大桥选择将其自动化平台标准化

水泥厂是由几个工艺分段组合而成的连续工艺。通常情况下，原始设备制造商提供带有自己的控件的机械设备包，这些控件在子部分中执行特定功能。这些子控件是过程的一个组成部分，需要接受来自主工厂控制系统的命令，并报告状态和信息。来源:西门子

Simatic PCS 7和西门子Cemat应用程序库。该系统为电机、阀门和阻尼器等单个对象提供了广泛的诊断功能，可以在整个工厂内外一致使用。在工厂的一个部分受过培训的操作员可以很容易地学习一个新工厂区域的操作，甚至是在利哈伊组织的不同工厂的操作。这使得管理人员可以将操作员重新部署到工厂内最需要关注的区域，甚至到其他Lehigh制造设施。

开放系统灵活性

新系统控制工厂的所有部分，包括原料处理、预热器和窑炉、熟料研磨、包装和储存。这包括17,600个活动I/O点和3,000多个仍在安装的I/O点。

Cemat应用程序库由预先设计的功能块、面板和操作员图形组成，用于水泥厂的全面运行。它提供了从原材料开采到成品的统一的数据流，具有高度的透明度。集成来自不同供应商的过程优化软件包允许系统轻松地添加过程控制，如磨机优化、窑壳扫描仪、质量控制和窑控制系统数据库。

由于许多操作都内置在系统中，因此应用程序库可以帮助操作人员查看更大的工厂图片。库操作包括如何在最短的停机时间内解决问题，以及如何在整个工厂内联锁驱动器，阻尼器，皮带输送机和模拟测量等主题。这使得最佳操作实践可以在Lehigh的组织中共享，而无需让操作人员重新学习基本操作理念或单个对象(如电机和阻尼器)的功能。

嵌入式模块的功能基于多年的现场经验，因此工程简化且可靠。这使得操作员可以专注于进程联锁，这是分配的特定进程所特有的。故障查找速度很快，因为详细的故障消息被分组在特定于操作的区域或组中。

电力监控

利哈伊将电力监测信息集成到PCS 7系统中已被证明是非常有益的。考虑到用于运行电机的高比例电流，任何改进都是非常有利可图的。利哈伊围绕高性能电机建立了自己的项目，采用“智能”MCC(电机控制中心)技术，并将电机和驱动器紧密集成到一个过程自动化系统中。

仅与OEM提供的控制器一起运行的过程子系统很容易变得孤立，从而使操作人员的操作画面支离破碎。集成控制将整个工厂连接在一起。来源:西门子

利海水泥公司在整个生产过程中使用这种方法来降低能耗和成本。该工厂拥有一个由专用PCS 7控制器支持的电力监控系统，通过Profibus连接了218个电力监控设备。这些设备已安装在每个mccc和驱动器上，提供有关能源使用的实时信息。

功率监控设备为操作员提供功耗图像，包括安培，电压和功率因数排序，每个相位和电流的总数。有了这个功能，工厂每个区域，甚至每个驱动器和电机的功耗计算和测量都可以通过HMI呈现给操作员。如果一个区域运行效率不高，操作人员将能够看到效率低下的位置，并做出相应的调整。例如，如果电力消耗激增或工厂的每吨电力消耗增加，主管现在可以立即采取行动。

在过去，利海水泥公司在整个生产过程中只在几个关键区域放置了电力监控设备，这些区域需要人工记录。直到月底数据整理好之后，他们才会发现能源消耗的问题。现在，人工收集已经被淘汰，工厂操作员可以根据实时数据立即采取行动解决问题。

减载盈利

由于该系统提供了电厂不同部分电力消耗的实时信息，如果没有消耗完整个电厂运行所需的全部电力配额，利哈伊可以将电力卖回给公用事业公司。

许多制造工厂每月以固定价格大量购买电力。普通用户支付电力的市场价格，大约每五分钟计算一次。如果市场消费量在任何时候都很高，而现行价格攀升至利哈伊的合同价格之上，它可以以更高的价格将部分预先购买的电力卖回公开市场以获得利润。通过能够精确地监控其整体电力消耗，利哈伊知道它可以在哪里卸载负载并将电力出售给公用事业公司。

该电厂还可以选择性地减少负荷，以避免在当地电网出现问题时完全关闭电厂。在某些紧急情况下，公用事业公司可以要求电厂立即减少负荷。操作人员可以查看实时数据，并决定关闭哪些部件以减少负载。使用PCS 7系统和电源监控设备，这是一个非常快的过程，因为实用程序通常需要在10分钟内采取行动。

结果:人工减少18%

制造过程的现代化和完全集成过程控制的实施对提高产量至关重要，同时减少了能源消耗和劳动时间。

2007年，该工厂生产了超过180万吨水泥，比其现代化前的水泥产量有了相当大的增长。同时，吨能耗也有所下降。同样，同期工厂熟料产量也有所增加。

存在于整个基地几个区域的自动化孤岛现在被集成到一个集中位置的PCS 7 Cemat平台中。该工厂占地4万平方英尺。核心建筑容纳了支持制造过程的所有活动，必要时只需一个操作员就可以通过12个控制台进行控制。现代化项目使劳动时间减少了18%。

其新的过程控制系统的集成使利哈伊能够优化其能源管理并提高整个设施的过程效率。功能和诊断现在一致地应用于整个工厂，提高了可操作性并简化了工厂的运营成本。

通过简化过程控制并从基于PLC/ hmi的格式转换为基于完全集成的工厂自动化的格式，可以降低水泥厂的总运营成本。对于生产商来说，与其说是工厂是否会接受这项技术的问题，不如说是工厂经济将不可避免地证明这是一条可行的道路。那些这样做的工厂将处于更有利的地位，以加速市场份额和提高利润率。

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www.lehighcement.com

www.sea.siemens.com

www.globalelove.com

作者信息

伊尔塔夫·汗(Iltaf Khan)是联合桥厂利哈伊水泥公司的系统经理。Moin Shaikh是西门子能源与自动化公司过程自动化系统营销经理。

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利哈伊工程团队在设施中内置了一个非常有趣的功能，那就是在工厂的日筒仓上安装一个自动装载定位系统，用于将水泥装载到卡车上。司机只需将散装水泥卡车停在公司六条装货车道下面的一个秤上，然后走到一个刷卡终端前，扫描控制面板上预先授权的磁卡，就可以开始自动化过程了。

由于这种自助操作与水泥厂的SAP系统直接相连，而SAP系统与PCS 7集成在一起，因此司机只需打开装载舱门，等待系统批准他的订单即可。一旦司机卡和订单被批准，一个使用西门子VS 10摄像头的视觉系统就会扫描卡车顶部，找到顶部舱口，在开口处延伸一个风箱，然后开始自动装载水泥。

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