水泥生产智能化系统应用分析.docx

1研究现状

水泥行业智能制造的推广应用起步于2015年，经过5年的摸索实践，至2020年已初具规模，形成了若干个标杆示范企业，如全椒海螺、槐坎南方、泰安中联等，2020年后逐渐在全行业内推广。为响应国家政策及抢占市场，一些行业龙头企业率先进行了智能化产品研发，如华新水泥的“水泥智能制造一体化管控集成平台”、中建材信息的“中国建材水泥云工业大数据平台”、海螺水泥的“水泥智能矿山矿车无人驾驶系统”等。一些高科技企业也瞅准了制造业升级转型的市场机遇，纷纷布局水泥行业，如东方国信的“Couldiip平台”、树根互联的“根云平台”、阿里云的“SupET工业互联网平台”。水泥企业、设计院等行业内企业研发智能化系统的优势在于对水泥生产的全流程及工艺机理较为熟悉，能够协调调度的资源多，可以在设计阶段统一规划，将智能化系统与生产建设需求深度融合。互联网企业的特长在于对前沿网络技术的跟踪掌握较好，对数据的治理和挖掘手段更先进。将先进的AI技术等引入水泥生产，有可能解决一些传统技术难以处理的问题。总体来看，这些智能化系统的实施为水泥企业带来了切实的价值回报，主要体现在提升能源利用率、提升产品质量、降低人员投入等。

尽管水泥工业在智能化领域做了一些有益尝试，并取得了一定成果，但其智能化水平在所有制造业内仍处于中下游水平，存在诸多亟待解决提升的痛点。整体来看，水泥工厂智能化是经济发展的必然趋势，但其发展过程具有阶段性，需要有计划分步骤实施。当今及未来一段时间内，水泥企业仍是采用传统生产与智能化生产相结合的模式。在这个过程中，智能化技术水平不断提升，与行业融合更加深入，逐步过渡为高水平的智能制造阶段，最终实现将人力资源从生产经营中解放的目标。

2智能化系统应用分析

2.1水泥生产智能化平台架构

水泥生产智能化平台是整合水泥生产经营全流程要素并形成生态链的核心软件，良好的平台架构（见图1）是后续扩展应用、赋能水泥生产及管理的基础和前提。水泥生产智能化平台的功能可以抽象为两点：将业务数据化和将数据业务化，前者对应水泥企业生产数据的采集入库，后者对应各种生产数据的应用。数据中台和业务中台是整个水泥生产智能化平台架构的核心。

图1水泥生产智能化平台业务架构

数据中台负责将底层各种传感器、电能表、DCS点位等底层设备数据进行收集，存储到数据库中。数据中台的研发要点是对常见工业设备驱动协议的支持，如OPC、Modbus、MQTT等。中台支持接入的协议种类越多，则可以接入的设备种类越多，便于对全厂生产状态的精准掌控。

业务中台用于从数据库中取出数据，进行清洗、流式计算、查询等，为上层应用服务提供数据支持。上层应用服务主要包括能源管理、先进控制、自动报表、质量管理、仓储管理、物流管理等子系统。采用统一的业务中台对接这些子系统可以有效降低子系统间的通迅成本，汇总生产的各项数据，进而深入挖掘数据间的相关性。

当前，水泥生产智能化平台的实现技术也随着互联网技术同步发展，从CS架构过渡为BS架构，从单体式架构过渡为微服务分布式架构，从本地化部署过渡为云边协同部署。水泥企业在选择智能化平台的资源配置时，需要因企制宜，逐步推进，不能盲目追求“高大上”，要做到对资源的合理利用。

2.2能源管理系统

水泥生产智能化平台能源管理子系统的目标在于对生产过程中的设备能耗、工艺能耗进行实时精确计算和统计。水泥企业传统的能耗管理方式为电工整点去各电气室抄表，然后再计算工序电耗。这种模式存在一些缺陷：

（1）数据统计不全。由于各个电气室之间距离远以及抄表时间限制，一个电工所能抄表的数量有限，所以一般只抄几个总进线和大型主机设备的电度值，很多低压设备的电度值没有抄；另外，抄表时一般只抄电度值，电压、电流、功率因数等很多数据被忽略。

（2）能耗计算公式粗略。由于缺少很多电表数据，能耗计算公式相对简单，无法精确计算工艺能耗数据。

（3）时效性差。能耗统计结果滞后生产10min以上。

（4）人员劳动强度大，易出错。水泥企业为节约电费，一般安排使用谷电生产，夜里每个整点电工要准时去抄表，劳动强度大，很有可能抄错读数。

因此有必要建设水泥生产智能化平台的能源管理系统，有以下要点需要注意：

（1）在电气设计阶段选用具备总线通讯功能的多功能电表和马达保护器，从而支持数据自动采集。预留多功能电表和马保的端子接口、通信线缆和设备的安装位置，便于后期施工。

（2）按GB/T33652—2017《水泥制造能耗测试技术规程》要求，对照工艺原理图确定计算水泥工艺电耗涉及的工艺范围。结合电气原理图，确定工艺范围所对应的设备范围，找出设备对应的电能表。

（3）画树状图确定第（2）步中选出的电能表之间的层级关系，将电能表按配料、粉磨、发运等工艺环节进行划分，先确定分段工艺电耗，再合并得到总工艺电耗计算公式。计算原