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俯瞰華夏大地，條條干道縱橫交錯，座座大橋 凌空飛架，排排高樓拔地而起……基礎(chǔ)設(shè)施的日漸完善使鄉(xiāng)村和城市的面貌煥然一新。

改革開放以來，我國經(jīng)濟社會的發(fā)展取得了舉世矚目的成就，而在繁榮昌盛的背后，卻站著一位灰頭土臉的“無名英雄”。他曾用自己的身軀在中國城 市化進程中立下“赫赫戰(zhàn)功”；也曾因高能耗、高排放而迫切需要轉(zhuǎn)型。

它，就是我們今天故事的主角——水泥。水泥也和鋼筋、木材一起被并稱為“建筑三材”。

水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的先行者

所謂“世界水泥看中國”，經(jīng)過多年的高速發(fā)展，中國水泥產(chǎn)量達到了歷史最高水平，連續(xù)十多年 位居世界第一。

產(chǎn)能過剩致使行業(yè)面臨著非常嚴峻的競爭壓力；自動化、智能化水平較低則使企業(yè)制造成本居高不下；日趨嚴格的環(huán)保政策更是對企業(yè)的節(jié)能減排提出了更高的要求。在這種情況下，如何以更少的能源、更低的成本、更高的效率生產(chǎn)出質(zhì)量更優(yōu)的水泥產(chǎn)品，就成了以甘肅祁連山水泥集團股份有限公司為代表的企業(yè)們必須應(yīng)對的挑戰(zhàn)。

作為全球最大的建材制造商中國建材集團的下屬企業(yè)，甘肅祁連山水泥集團股份有限公司是西北地區(qū)特種水泥生產(chǎn)基地、甘青藏省區(qū)水泥工業(yè)的“龍頭”，成功躋身國家重點支持的12戶大型水泥企業(yè)（集團）行列。公司擁有16個水泥產(chǎn)銷基地和9個商砼基地，年產(chǎn)水泥3000萬噸。毛主席紀念堂、北京亞運村場館、酒泉衛(wèi)星發(fā)射基地、青藏鐵路等國家大型重點工程全部或部分使用了“祁連山”牌水泥。這都是“祁連山”品牌承載的無上榮光。

為了進一步降低能耗、節(jié)約成本、優(yōu)化生產(chǎn)、提高企業(yè)核心競爭力，甘肅祁連山水泥集團股份有限公司早在多年前就開始在信息化和智能化方向進行持續(xù)不斷的探索，并因此先后榮獲“中國企業(yè)信息化500強”、“水泥行業(yè)信息化和工業(yè)化融合示范企業(yè)”、“兩化融合管理體系貫標示范企業(yè)”等榮譽稱號。在探索過程中，甘肅祁連山水泥集團股份有限公司越發(fā)深入的認識到——唯有數(shù)字化和智能化才是水泥行業(yè)實現(xiàn)突圍的必由之路。于是，乘著智能制造的浪潮，公司的領(lǐng)導(dǎo)們迫切希望尋找到可靠的合作伙伴，以助力其對整個集團的轉(zhuǎn)型升級進行總體規(guī)劃，并選擇試點工廠進行落地實踐，讓數(shù)字化從愿景變?yōu)楝F(xiàn)實。

就這樣，行業(yè)經(jīng)驗豐富且技術(shù)水平過硬的施耐德電氣成了甘肅祁連山水泥集團股份有限公司的最佳選擇。談及當年的合作，甘肅祁連山水泥集團股份有限公司下屬全資子公司漳縣祁連山水泥有限公司副總經(jīng)理張旗浩表示“施耐德電氣在水泥行業(yè)擁有成熟的數(shù)字化技術(shù)和豐富的落地實踐經(jīng)驗，幫助我們從容應(yīng)對轉(zhuǎn)型路上的種種挑戰(zhàn)。無論我們在項目過程中遇到什么問題，施耐德電氣專業(yè)、認真、負責的服務(wù)團隊都能為我們提供及時的響應(yīng)。如今，我們和施耐德電氣早已不只是單純的甲方乙方的關(guān)系，更是共同探索數(shù)字化路上的親密合作伙伴。”

依托先進的EcoStruxure架構(gòu)，施耐德電氣為甘肅祁連山水泥集團股份有限公司旗下的數(shù)字化試點工廠提供了包括數(shù)字化咨詢與服務(wù)、APC先進過程控制系統(tǒng)、EMS能源管理系統(tǒng)在內(nèi)的軟硬件一體化的整體解決方案。目前，甘肅祁連山水泥集團股份有限公司在降本、節(jié)能、提質(zhì)方面均取得了顯著的成果，以至于集團已經(jīng)開始在包括漳縣祁連山水泥有限公司和宏達建材有限責任公司等旗下的多個工廠大力推廣施耐德電氣的數(shù)字化解決方案。這些成功實踐不僅推動了公司自身的發(fā)展，更是對整個水泥行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級都具有重要示范意義。

變“人工駕駛”為“自動巡航”

甘肅省漳縣鹽井鄉(xiāng)鹽井村，漳縣祁連山水泥有限公司的工廠里，巨大的回轉(zhuǎn)窯不知疲倦地日夜轉(zhuǎn)動著。在窯內(nèi)，生料經(jīng)過一系列復(fù)雜的物理變化和化學反應(yīng)變?yōu)槭炝希潘阃瓿闪怂嘁簧斨凶钪匾?“蛻變”。

由于熟料煅燒上接生料制備，下聯(lián)水泥粉磨，是水泥生產(chǎn)工藝鏈條上舉足輕重的一環(huán)，因此水泥回轉(zhuǎn)窯一向被稱為水泥工廠的“心臟”。然而，要想保證水泥窯的穩(wěn)定、安全運轉(zhuǎn)，可并不是一件容易的事。

在生產(chǎn)過程中，窯操作員往往需要同時觀察多達上百個工藝參數(shù)的動態(tài)變化，不僅要在數(shù)秒內(nèi)迅速做出判斷，還得通過計算機給出正確的調(diào)節(jié)指令。因為各個參數(shù)之間相互聯(lián)動，牽一發(fā)而動全身，所以調(diào)節(jié)的困難之處在于同時兼顧“風、煤、料、窯速”等多種工藝參數(shù)和設(shè)備參數(shù)的配合。當對任意一個變量進行調(diào)節(jié)時，必須預(yù)測它對全局的影響。操作好這樣一個工藝系統(tǒng)，就像雜技演員頭手腳頂著一堆盤子維持平衡一樣，必須依靠操作員長期積累的知識和經(jīng)驗。

顯然，這項工作對窯操作員的技能、體力和精力都提出了巨大的考驗。首先，不同的操作員之間經(jīng)驗和技能不一，導(dǎo)致了操作水平的差異；其次，即使是同一位操作員，在不同時間段的精力和體力也不同，容易造成產(chǎn)品質(zhì)量的波動；最后，寶貴的操作經(jīng)驗藏在那些工作多年的老操作員腦中，不利于知識的積累和傳承。種種人為因素的限制，往往無法保證水泥窯的連續(xù)最優(yōu)運行，實現(xiàn)低消耗高產(chǎn)出。

施耐德電氣基于模型預(yù)測控制算法的APC系統(tǒng)則能讓這些問題迎刃而解，該系統(tǒng)可實現(xiàn)水泥窯、預(yù)熱器、篦冷機和磨機系統(tǒng)的最優(yōu)化運行，在解放操作員、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的同時，保證了水泥窯安全、穩(wěn)定、可靠、優(yōu)化運行。

如果說過去的窯操作員的工作像是在駕駛一輛手動檔汽車，那現(xiàn)在就像是開了定速巡航功能，輕松無憂。據(jù)悉，在漳縣祁連山水泥有限公司剛剛開始推行APC的時候，有位基層管理人員對該系統(tǒng)并不完全信任，害怕投產(chǎn)之后會面臨風險。可是在歷經(jīng)重重考驗之后，這位管理人員早已完全放下心來。如今，依靠這套系統(tǒng)，他的工作強度大大降低。

漳縣祁連山水泥有限公司高級主任工程師程俊生表示：“我們是西北水泥行業(yè)第一家部署水泥窯APC系統(tǒng)的企業(yè)，只用了半年的時間就一次性投運成功。施耐德電氣的APC系統(tǒng)幫助我們合理優(yōu)化水泥窯操作參數(shù)，通過數(shù)據(jù)分析，建立預(yù)測模型，達到少人操作。使熟料標煤耗下降1公斤以上，熟料工序電耗下降0.7度/噸；出窯熟料游離氧化鈣合格率達85%以上，標準偏差下降了10%以上，熟料強度穩(wěn)中有升；三年來，APC系統(tǒng)在線率高達99%以上，沒有發(fā)生過任何誤操作導(dǎo)致的失控狀態(tài)。”

基于這些突出成果，漳縣祁連山水泥水泥窯APC系統(tǒng)榮獲中國建材企業(yè)家管理協(xié)會2018年度現(xiàn)代化管理創(chuàng)新成果二等獎。不只引入智能化的APC系統(tǒng)，公司還在創(chuàng)建綠色企業(yè)、綠色礦山方面持續(xù)投入，以在注重礦容礦貌、營造良好礦區(qū)環(huán)境的基礎(chǔ)上生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的水泥產(chǎn)品。2019年12月，漳縣祁連山水泥有限公司茍家寨水泥用石灰?guī)r礦被國家自然資源部列入《2019年度綠色礦山遴選名單》。

讓能耗問題“無所遁形”

除了穩(wěn)定生產(chǎn)，施耐德電氣還在助力水泥行業(yè)提升能效管理方面有自己的獨到專長。

水泥生產(chǎn)是建材行業(yè)的能耗之王，水泥的能耗約占全球能源消耗的2%，二氧化碳排放量占全球碳排放的5%，水泥生產(chǎn)總成本的60%以上都是能源消耗。如果能在節(jié)能減排方面做出突出成績，就能幫助企業(yè)節(jié)約大量的生產(chǎn)成本。

然而，很多水泥企業(yè)雖然“有心”進行能耗管理，但卻“無力”發(fā)現(xiàn)改進的點藏在哪里。以甘肅祁連山水泥集團股份有限公司下屬宏達建材有限責任公司為例，過去，公司管理層明明知道設(shè)備的空運轉(zhuǎn)會導(dǎo)致能源的浪費，無法實時獲悉設(shè)備的運行狀態(tài)。更何況，與能耗相關(guān)的問題往往都是一些“跑冒滴漏”的小問題，看似不起眼，一旦積少成多，造成的卻是巨大的成本浪費。

換言之，企業(yè)進行能效管理路上的最大障礙之一就是能源使用情況的不透明，施耐德電氣EMS能源管理系統(tǒng)則能讓工廠的能耗問題無所遁形。

對于工廠管理者來說，EMS系統(tǒng)既能幫助他們動態(tài)監(jiān)測水、電、煤、汽等能源的實時消耗量，又能讓他們隨時掌握和能耗相關(guān)的原料使用和設(shè)備運轉(zhuǎn)情況，從而助力他們識別和挖掘生產(chǎn)過程中的節(jié)能契機，做出正確決策。

現(xiàn)在，只需坐在辦公室里，工廠廠長就能實時知悉哪些設(shè)備在空運轉(zhuǎn)，哪些設(shè)備在有序運行，什么時候是用電高峰，什么時候是用電低谷，并根據(jù)具體 情況進行合理的生產(chǎn)調(diào)度，最大化保障設(shè)備的高效利用，并“避峰用谷”組織生產(chǎn)，降低生產(chǎn)成本。

對于操作員來說，EMS則能讓他們直觀的掌握每天、每小時、每個班組的具體能耗狀況，便于他們與其他班組進行比較，發(fā)現(xiàn)自身在操作過程中可 能存在的問題，變被動管理為主動改進。

宏達建材有限責任公司副總經(jīng)理常占新對此表示：“施耐德電氣的能源管理系統(tǒng)在很大程度上完善了企業(yè)能源數(shù)據(jù)的實時性和完備性，為全面提升企業(yè)的能效管理水平奠定了基礎(chǔ)。系統(tǒng)投運后，我們工廠最好的單月熟料標準煤耗降低到了100公斤/噸以下，2019年年降低電費453.6萬元。EMS不只是一項工具，更為重要的是，它把先進的、成熟的能效管理理念引入到了我們生產(chǎn)的方方面面，讓我們能夠從節(jié)能、綠色的角度去重新思考這個行業(yè)。施耐德電氣的能源管理系統(tǒng)還促成了我們公司水泥窯的模塊化生產(chǎn)、精細化操作，水泥窯日產(chǎn)突破6200噸，低堿、核電工程用硅酸鹽水泥進入新京高速四零四核電工程河西重點工程項目。”

結(jié)語

大到一段鐵路、一條高速，小到一間房、一面墻——過去，水泥靠著自己的身軀支撐起了中國工業(yè)的繁榮壯大，卻又不免在這個過程中沾染了滿身塵土。而現(xiàn)在，這位“無名英雄”，正在用綠色洗去身上的灰暗，并借由數(shù)字化鑄造的秘密武器，重拾往日的榮光。未來，在水泥行業(yè)實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的路上，施耐德電氣將始終與水泥企業(yè)相伴，為他們的一路突圍保駕護航。

摘自《自動化博覽》2020年8月刊