2024年3月25日发(作者：中兴c650olt)

Cement production 水泥生产

9

印尼STAR5000TPD熟料水泥项目电气及自动化

设计特点

金葆文

（合肥水泥研究设计院有限公司， 安徽 合肥 230051）

中图分类号：TQ172 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2018）11-0009-02

摘要：结合印尼STAR项目5000TPD熟料水泥生产线电气及自动化设计与工程实践相结合, 着重总结设计中的难点与特点。

关键词：电气设计；自动化设计；项目经济效益优化；PROFIBUS-PA智能仪表；Modbus；RTU通讯

降水时能及时把电缆沟内积水强制排出至厂区排水沟内。避免由电缆沟将雨水带

入控制室。

2.6防雷安全技术措施

印尼雷电多发，地下水位较高，容易腐蚀地下接地体。对此，设计中将分散

在各子项建筑物的避雷带、引雷装置和接地体做整体考虑，将相近车间的地下接

地体相连，形成全厂防备接地网络。以防止在局部接地体锈蚀后接地不良的情况

出现。同时也大大降低了接地电阻，起到了更好的接地和等电位连接效果。

2.7充分利用现场施工用临时变压器，减少工程投资

在项目前期，业主负责的110kV总降压站建设进度非常缓慢，将直接影响生

产线的调试和投产。为此，我们将场内主要负荷按照工艺分为熟料段和水泥段，

并预留接口，以便能够采用业主已有的2台22kV、25000kVA变压器分别为烧成

工段及水泥工段配电，并在施工期间同时解决施工用电。事实上，到生产线正式

投产时，110kV总降压站也没有建成。这一方案在110kV总降压站尚未建成的情

况下，使项目调试、试生产得以顺利进行，没有受到总降压站进度的影响，保证

了工程项目的总体工期。同时，设计方案在接口上考虑了与110kV总降系统最大

程度上的兼容，避免重复投资和浪费。

1 项目概况

印尼 Tambang Arthalestari日产5000吨熟料水泥生产线（一期）（以下

简称印尼STAR水泥项目）是印尼STAR集团投资的一条5000t/d熟料水泥生产线。

项目位于印度尼西亚爪哇岛东南，于2013年11月1日开工建设，项目于2015年

12月8日实现了点火运行。合肥水泥研究设计院有限公司为该项目EPC工程总承

包商。在电气和自动化设计中，针对项目具体情况和业主要求做了大量特殊处理，

优化设计，尽可能使项目功能、经济效益和寿命周期成本达到最优。

2 电气设计中的特点

在电气设计中，我们将变压器和电气室尽可能设在靠近负荷中心处，以降低

线路损耗。选用高性能的节能型变压器，以减少自身的损耗，采取高低压电容补

偿的方式，使系统负载的实际功率因子在0.92~0.95左右，从而达到降低线路损耗、

减小导线截面的目的，在设计期间最大程度地考虑降低生产线的长期运行成本。

根据印尼当地特点和生产控制的要求，电气专业设计有以下主要特点：

2.1大功率设备采取变频或软启动器进行拖动控制

回转窑、磨机、破碎机及大型风机等大功率设备采用可控硅为主要器件、单

片机为控制核心的智能型电动机拖动设备，采用软起动器或变频器起动。大型风

机和部分工况变化较大的或特殊场合的风机采用变频装置调速，节能效果比较显

著。据以往生产统计，采用变频调速控制，比简单的风门控制节约电能在30%以

上。

2.2优化大型风机运行参数，采取PID在线自动控制，提高风机运行效率

水泥工厂大量的电能消耗在风机设备上，风机运行参数不合理，将会带来不

小的电耗损失。电气设计中，我们根据工艺操作需要，优化运行参数，对篦冷机

风机、窑尾排风机、窑头排风机等设备采取PID控制。通常，操作员人工控制情

况下，不能对系统进行实时的连续跟踪控制，势必造成对能效的浪费，采用PID

控制后，系统根据参数变化实时对设备进行连续调节控制，从而减少电能的消耗。

我们对于PID控制的参数采用西门子最新PCS7参数自整定功能，长期在线自动调

整PID参数，并结合经验对PID参数进行优化，达到在不同工况下，PID控制设

备的稳定运行。

2.3大量选用先进可靠的节能型电气设备

生产线主要电气设备选用节能型M系列变压器、Y系列高效率电机、智能电

控设备等；同时根据各生产工段及自控要求，采用DCS系统自动控制，避免机电

设备长时间空转现象。

2.4建筑照明多采用自动控制，节约电耗

各场所的建筑照明采用更加节能环保的LED灯具，结合整个生产系统的DCS

自控要求，采用声控或光控等方式控制，避免常明灯现象。中控室操作员可以控

制全厂车间照明配电箱的启停，做到自动控制与人工控制相结合。

2.5针对当地雨多降水量大的处理措施

印尼当地雨水多，雨季降水量大。针对当地实际情况，在厂区和各控制室电

缆沟内预留足够数量的集水井，并在电缆沟底部做合适的散水坡度，以便在大量

3 自动化设计中的特点

按照合同的要求，全厂的电能计量需要在中控集中抄表。在设计中，我们创

新式的大规模采用Modbus RTU网络连接全厂的电能计量与考核所需计量表，并转

换为profibus网络后与DCS系统相连接。在本次项目的方案中，最大的特色就首

先是利用了成本较低的自带Modbus RTU通讯协议的多功能数字显示型仪表。

Modbus RTU通讯协议具有以下几个特点：

（1）标准、开放，用户可以免费、放心地使用Modbus RTU协议，不需要交

纳许可证费，也不会侵犯知识产权。因此自带Modbus RTU通讯协议的多功能数字

显示型仪表从成本上考虑是最佳选择。

（2）Modbus RTU通讯协议可以支持多种电气接口，如RS-232、RS-485等，

还可以在各种介质上传送，如双绞线、光纤、无线等。

（3）Modbus RTU通讯协议的帧格式简单、紧凑，通俗易懂。用户使用容易，

厂商开发简单。

（4）Modbus RTU通讯协议不是 SIMATIC家族的通用协议，需要大量的组态

与编程。这点算是Modbus RTU通讯协议的缺点。

为了发挥Modbus RTU通讯协议的优点，避免Modbus RTU通讯协议的缺点，

我们将Modbus RTU通讯协议转换成了Profibus通讯协议。与其它现场总线系统相

比，Profibus协议的最大优点在于具有稳定的国际标准EN50170作保证，并经实际

应用验证具有普遍性。它包括了加工制造、过程和数字自动化等广泛的应用领域，

并可同时实现集中控制、分散控制和混合控制三种方式。该系统分为主站和从站：

主站决定总线的数据通信，当主站得到总线控制权（令牌）时，没有外界请求也

可以主动发送信息。在Profibus协议中主站也称为主动站。从站为外围设备，典型

（下转第19页）

Cement production 水泥生产

19

的密实性，和易性。

2. 在浇筑前，应加强场地的清理整理工作，除去浮土，木屑、浆皮等残差。

3. 框架柱模板之间的拼接缝应用硅胶或者双面胶堵塞严密，同时在框架柱模

的框架柱子周围钉10cm宽的木板；在框架柱筋的棱角上每隔30cm绑扎保护层垫

块，保护层垫块应绑扎在箍筋上，以免其在浇灌混凝土时脱落，出现漏筋。在框

架柱模的外则，每隔45cm设框架柱箍，为保证框架柱模的稳定性以及减少变形，

框架柱模和框架柱模之间应加设水平撑和剪刀撑，同时在外排框架柱模外设置成

对的斜撑，斜撑下端应用木桩固定。

4. 在浇筑混凝土时，先在框架柱底部浇灌1：1的砂浆，每次浇振捣高度为1m，

并且在振捣的同时用木槌敲打模板的四周，以做到排放气泡。

漏筋部分较浅，可在漏筋部位的表面涂抹1：2或1：2.5比例的水泥砂浆；如漏筋

部位较深，则需要用强度高一级的混凝土填塞密实修补完整。

6 混凝土裂缝

在施工过程中，往往由于各种原因，产生表观裂缝。混凝土的表观裂缝通常

深度不深，在1cm范围内，对构件的强度、刚度及稳定性并不造成严重的后果，

一般无需处理。但也造成了不够美观的缺陷。

为了减少裂缝，我们首先应从其成因来分析，混凝土表观裂缝大多是由于浇

筑混凝土初凝产生的温度效应而引起的，工程实践和实验数据表面，当混凝土的

内外温差达到25℃的时候，必然导致开裂。而当混凝土结构成型后，在养护期没

有及时覆盖养护，构件表面水分散发快，且表面体积收缩大，而构件内部则湿度

温度变化小收缩小，因而产生裂缝。

针对这一特性，我们在预防混凝土表面裂缝的时候，可以从内降温外保温这

两点来着手：

1.优化混凝土的配合比，控制好水泥的质量，选择水化热较少的水泥，如：矿

渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥等。在保证结构强度，混凝土的工作性能的前提下，

尽可能降低混凝土的单位用水量。

2.在条件允许的情况下，采用温度较低的水来拌和水泥。

3.浇筑后应立即进行养护工作。当外界温度较高的时候，应及时洒水养护；而

当外界温度降低，出现降温的时候，应注意覆盖。

5 浇筑混凝土时发生漏筋现象

漏筋指的是混凝土内部的主筋、副筋或者箍筋裸露在结构构面的表面的现象。

混凝土出现漏筋现象是严重的工程质量缺陷。

产生漏筋的原因有：

1. 构件截面小同时混凝土配筋率过大，钢筋过密，浇筑混凝土时，石子卡在

钢筋上，导致混凝土不好下灰，水泥浆无法充满分布至钢筋周围。

2. 浇筑混凝土时，钢筋保护层垫块太少或者漏放，钢筋混凝土保护层垫块位

移都能致使

3. 振捣混凝土的时候不到位，没有振捣密实；或振捣棒在振捣时装机钢筋或

者踩踏钢筋，致使钢筋产生位移，造成漏筋。

4. 混凝土骨料中石子的粒径过大，产生了离析现象，模板底部缺浆部位漏筋。

5. 采用木模板作为模板时，木模未充分润湿，吸水粘结，同时又脱模过早过

急，拆模时缺棱掉角致使漏筋。

常见的防治措施有：

1. 绑扎钢筋的时候，应该留有一定的间隙，让混凝土能够顺利的下落。

2. 混凝土中减少粒径过大的石子，优先选用粒径小点的石子。

3. 优化混凝土的配合比，混凝土应具有良好的和易性。

4. 当灌注高度超过2m的时候，应采用串筒、溜槽等方式进行下料。

5. 模板应该进行充分的润湿，模板搭设好后应仔细检查，对缝隙做填缝、堵

塞等处理。

6. 振捣混凝土时，严禁撞击钢筋，如有踩弯或脱扣等现象发生时，应及时调

整。在角落不易下落的地方，应加强振捣。

7. 养护期应保证温度和湿度，当温度过高时，可采取洒水养护措施；温度过

低时应采取覆盖草帘等保温措施。不应因赶工期而过早的脱模，掌握好正确的脱

模时间，以防过早脱模，碰坏棱角。

8. 当出现漏筋现象时，应先将质量缺陷部位清理干净，剔除松散的石子。如

（上接第9页）

的从站包括：输入/输出装置、阀门、驱动器和测量发射器。它们没有总线控制权，

仅对接收到的信息给予确认或当主站发出请求时向它发送信息。从站也称为被动

站。由于从站只需总线协议的一小部分，所以实施起来特别经济。

为了能够使用Profibus通讯协议，我们采用了成熟稳定的Modbus RTU通讯协

议与Profibus通讯协议转换的接口协议转换器，它能使处于通信网上采用不同高层

协议的主机仍然互相合作，完成各种分布式应用。协议转换是一种映射，就是把

某一协议的收发信息(或事件)序列映射为另一协议的收发信息序列。需要映射的信

息为重要信息，因此协议转换可以看作是两个协议的重要信息之间的映射。

使用以上方案后，我们做到在中央控制室集中抄表，进行电耗考核。获取数

据由原来的人工抄表每天3~4次，增加到现在的每1s获取一次数据。并且现在的

方案简化了抄表难度，并利用DCS系统自动存储抄表数据，较以往人工抄表有了

本质的进步。现在采用DCS系统将数据存储于服务器中SQL数据库，为今后在现

有基础上拓展为管理信息系统（MIS系统）提供了硬件上的保障。在未来项目中，

为了进一步简化系统，优化配置，我们考虑将Modbus RTU通讯协议转化为以太网

协议，这样可以直接进入更高级工厂网络，直接面向用户管理、决策层面。

全厂DCS控制系统采用西门子最新PCS7完全无缝集成的自动化解决方案，

使用现场总线PROFIBUS DP将原料磨、篦冷机、煤磨等主要设备的现场PLC与

DCS相连，同时用PROFIBUS PA将预热器、熟料冷却工段的现场仪表接入DCS

系统.采用PA 现场总线的优势之一是：在生产现场，总线型现场设备按照不同的

网络结构进行连接，并由总线直接供电，不再需要额外的供电电源。另外，由于

采用总线连接设备而节约了大量的电缆、电源箱、配电柜、汇线槽、接线柜、端

子箱、安全栅或隔离电路，也不再需要传统的I/O 模块，因此将节省一笔可观的

费用。近两年来，随着现场总线技术的推广和普及，总线型仪表的制造成本也在

7 结束语

总而言之，在实际建设工程中，面对各种各样的质量缺陷。质量缺陷的成因

各不相同，因而我们也不能一概而论，而是应该仔细观察、认真分析其缺陷形成

的原因，针对其因找其法。在能保证构件的工作性能完好，结构的强度、刚度、

稳定性均能得到保障的前提下，再因地制宜选择有效的、合理的、经济的措施来

预防修补这些质量缺陷。

参考文献

[1]现行建筑施工规范大全（含条文说明）[M].北京：中国建筑工业出版

社,2014.2,ISBN978-7-112-16108-9

[2]混凝土结构规范[M].北京：中国建筑工业出版社,2000,ISBN7-112-04105-8

[3]申爱琴.水泥与混凝土[M].北京：人民交通出版社,2000,ISBN7-114-03644-2

[5]于蕾.水泥混凝土的微观性能[M].中国建筑工业出版社2017.10

[6]盛昌.砌体结构施工[M].西安交通大学出版社ISBN9787560562193

[7]李江.水泥助磨剂研究与应用论文集[M].中国建材工业出版社

ISBN978-7-80227-146-3

逐年下降。采用PA 现场总线的仪表在中控室工程师站提供了图形化的仪表参数

修改整定界面，并提供了全面的仪表诊断界面。能够大大简化仪表整定的工作量，

并对判断仪表状态和可能存在的问题有了全面的数据支持，并有仪表实际工作环

境与时间预警，在仪表尚未损坏就发出更换提醒。

4 结语

印尼STAR项目电气及自动化系统（能够针对项目的特点和难点做出大量优

化，是在项目部领导和同仁的支持下，结合以往多条总承包生产线经验基础上，

设计单位全心全意为项目殚精竭虑、努力工作的结果。希望我们能将印尼项目的

这些优化成果在更多的生产线上得以应用，实现更大的经济效益、使用功能。

参考文献

[1]中华人民共和国国家标准GB50295-2008水泥工厂设计规范[S].中国计划出

版社,2009

[2]中华人民共和国国家标准GB50303-2015建筑电气工程施工质量验收规范

[S].中国建筑工业出版社,2016

[3]中华人民共和国国家标准GB50093-2013自动化仪表工程施工及质量验收

规范[S].中国计划出版社,2014

[4]中华人民共和国国家标准GB50054-2011低压配电设计规范[S].中国计划出

版社,2012

[5]王厚余建筑电气装置600问[M].中国电力出版社2013

[6] Beaty Handbook of Electric Power Calculations [M].McGRAW-HILL,

2001

[7]戈瑞.基于现场总线的协议转换器的设计与应用[D].华中科技大学,2012-02