3編制說(shuō)明-智能制造 水泥行業(yè)應(yīng)用 智能控制技術(shù)要求

《智能制造水泥行業(yè)應(yīng)用智能控制技術(shù)要求》編制說(shuō)明(征求意見(jiàn)稿)標(biāo)準(zhǔn)編制組2025年5月

-任務(wù)來(lái)源及編制背景任務(wù)來(lái)源本項(xiàng)目屬于工信部2017年智能制造綜合標(biāo)準(zhǔn)化項(xiàng)目《面向建材行業(yè)的智能工廠通用模型研究與試驗(yàn)驗(yàn)證平臺(tái)建設(shè)》的研究成果。2024年8月，工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)2024年第三批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》（工信廳科函〔2024〕317號(hào)），行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《智能制造水泥行業(yè)應(yīng)用智能控制技術(shù)要求》（計(jì)劃編號(hào)：2024-0976T-JC）正式列入編制計(jì)劃，由建筑材料工業(yè)信息中心負(fù)責(zé)組織牽頭起草。背景和意義自十三五以來(lái)，作為制造業(yè)主攻方向，智能制造及其標(biāo)準(zhǔn)化工作是促進(jìn)制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要措施，我國(guó)陸續(xù)出臺(tái)了若干政策文件，均提出了重點(diǎn)開(kāi)展生產(chǎn)過(guò)程智能化改造的重點(diǎn)任務(wù)?！丁笆奈濉痹牧瞎I(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出“鼓勵(lì)企業(yè)開(kāi)發(fā)應(yīng)用基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、機(jī)理模型、經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、仿真模型的先進(jìn)工藝控制系統(tǒng)”?！督ú男袠I(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)指南（2021版）》將“水泥關(guān)鍵工藝環(huán)節(jié)先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”作為重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容之一。開(kāi)展水泥行業(yè)優(yōu)化控制標(biāo)準(zhǔn)研制符合國(guó)家政策文件要求，也是指導(dǎo)水泥行業(yè)智能制造發(fā)展的重要方法。近年來(lái)，水泥行業(yè)的生產(chǎn)工藝與裝備水平已大為改觀，但是在節(jié)能減排、提高效率的大政方針下，水泥行業(yè)急需通過(guò)引入智能控制技術(shù)的手段提高運(yùn)行效率，降低能耗，進(jìn)而達(dá)到環(huán)保要求?，F(xiàn)階段，水泥廠生產(chǎn)控制過(guò)于依賴(lài)操作員的能力和經(jīng)驗(yàn)積累，人為因素影響大、科學(xué)性差、隨機(jī)性大；自動(dòng)化程度底，數(shù)據(jù)的采集和檢測(cè)主要依靠人工完成，實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的物理化學(xué)檢測(cè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；數(shù)據(jù)利用率低，DCS數(shù)據(jù)庫(kù)和ERP數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)僅僅起到了對(duì)歷史生產(chǎn)的記錄作用，缺乏對(duì)后續(xù)生產(chǎn)的指導(dǎo)作用；只有邏輯形式上的閉環(huán)控制，實(shí)時(shí)的監(jiān)控閉環(huán)并未形成，時(shí)間延遲、控制上的滯后和不精確導(dǎo)致水泥質(zhì)量不穩(wěn)定。為了解決以上存在的問(wèn)題，企業(yè)可以通過(guò)建立自動(dòng)化系統(tǒng)和先進(jìn)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的信息化、自動(dòng)優(yōu)化和實(shí)時(shí)控制。隨著新一代信息技術(shù)和大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的發(fā)展，優(yōu)化算法的日益成熟，使得優(yōu)化控制的實(shí)現(xiàn)成為可能，因此行業(yè)急需規(guī)范優(yōu)化控制的技術(shù)，包括在線數(shù)據(jù)采集傳輸、大數(shù)據(jù)分析、模型建立、優(yōu)化算法、反饋指導(dǎo)生產(chǎn)。本標(biāo)準(zhǔn)旨在針對(duì)生料制備、熟料煅燒、水泥制成等關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，提出生產(chǎn)過(guò)程感知及優(yōu)化控制的技術(shù)要求，進(jìn)而指導(dǎo)水泥企業(yè)在制造過(guò)程中利用各類(lèi)感知設(shè)備和智能化系統(tǒng)，智能識(shí)別，立體感知水泥生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)、工藝參數(shù)、業(yè)務(wù)過(guò)程等信息，通過(guò)對(duì)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行融合、分析和處理，與業(yè)務(wù)流程智能化集成，指導(dǎo)系統(tǒng)做出響應(yīng)，從而促進(jìn)水泥工廠的高效運(yùn)行。工作簡(jiǎn)況參編單位及任務(wù)分工本文件主要起草單位為建筑材料工業(yè)信息中心牽頭，聯(lián)合中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)及建材行業(yè)協(xié)會(huì)、典型生產(chǎn)企業(yè)、科研院所、大專(zhuān)院校共同起草，具有廣泛的代表性。具體編制過(guò)程2017年-2019年，由建筑材料工業(yè)信息中心牽頭成立標(biāo)準(zhǔn)工作組，前往泰安中聯(lián)水泥有限公司、唐山冀東水泥股份有限公司、天瑞集團(tuán)鄭州水泥有限公司等典型水泥企業(yè)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，根據(jù)調(diào)研情況，完成標(biāo)準(zhǔn)草案編寫(xiě)。在項(xiàng)目實(shí)施期間，組織兩次專(zhuān)家研討會(huì)，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案內(nèi)容進(jìn)行針對(duì)性討論，并結(jié)合專(zhuān)家意見(jiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行完善修改。2019年10月，向中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)提出團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)，11月中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)印發(fā)了《關(guān)于下達(dá)2019年第五批協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制定計(jì)劃的通知》（中建材聯(lián)標(biāo)發(fā)〔2019〕120號(hào)）文件，本標(biāo)準(zhǔn)被列為制定項(xiàng)目，計(jì)劃號(hào)為2019-66-xbjh，由中國(guó)建筑材料聯(lián)合會(huì)歸口管理。2020年-2022年，面向多家核心水泥企業(yè)征求標(biāo)準(zhǔn)修改意見(jiàn)，并根據(jù)反饋意見(jiàn)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行完善和修改。2023年7月，完成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)資料，并提交至所歸口的單位，先后參加工信部原材料司、科技司等部門(mén)組織的多次立項(xiàng)答辯。2024年8月，工業(yè)和信息化部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于印發(fā)2024年第三批行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制修訂計(jì)劃的通知》（工信廳科函〔2024〕317號(hào)），本標(biāo)準(zhǔn)正式立項(xiàng)，標(biāo)準(zhǔn)名稱(chēng)確定為《智能制造水泥行業(yè)應(yīng)用智能控制技術(shù)要求》，標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃號(hào)為2024-0976T-JC。2024年8月-12月，標(biāo)準(zhǔn)工作組結(jié)合水泥企業(yè)進(jìn)行實(shí)地調(diào)研情況，根據(jù)水泥工廠數(shù)字化、智能化研究新進(jìn)展對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案進(jìn)行完善。2025年3月，由建材工業(yè)智能制造標(biāo)準(zhǔn)化工作組組織，召集建材行業(yè)協(xié)會(huì)、典型生產(chǎn)企業(yè)、科研院所、大專(zhuān)院校等代表在天津召開(kāi)了標(biāo)準(zhǔn)研討會(huì)，參會(huì)代表對(duì)標(biāo)準(zhǔn)草案內(nèi)容進(jìn)行討論。標(biāo)準(zhǔn)工作組針對(duì)提出的標(biāo)準(zhǔn)修改建議，進(jìn)一步完善標(biāo)準(zhǔn)草案。編制原則及標(biāo)準(zhǔn)的主要技術(shù)內(nèi)容說(shuō)明本標(biāo)準(zhǔn)的編制原則為保證標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和適用性，標(biāo)準(zhǔn)起草工作組在充分討論和研究的基礎(chǔ)上，明確了以下編制原則：1.規(guī)范性原則。本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的要求和規(guī)定，編寫(xiě)本文件的內(nèi)容。2.適用性原則。本文件立足水泥企業(yè)智能控制系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀，充分體現(xiàn)水泥工廠智能控制需求及要求，智能控制體系結(jié)構(gòu)、流程及要求力求科學(xué)合理，符合行業(yè)特色，能夠切實(shí)指導(dǎo)企業(yè)開(kāi)展智能控制建設(shè)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。3.協(xié)調(diào)性原則。本文件的編制充分考慮與我國(guó)現(xiàn)行法律、法規(guī)和政策相符合，與現(xiàn)有數(shù)字化轉(zhuǎn)型相關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等相互協(xié)調(diào)。4.開(kāi)放性原則。本文件在研制推進(jìn)過(guò)程中，廣泛聯(lián)合業(yè)界力量，曾多次召開(kāi)標(biāo)準(zhǔn)起草會(huì)、專(zhuān)家研討會(huì)，廣泛聽(tīng)取并充分采納業(yè)內(nèi)專(zhuān)家、生產(chǎn)一線的意見(jiàn)建議，為標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和實(shí)用性提供了保障。本文件在編制過(guò)程中，牽頭單位聯(lián)合協(xié)會(huì)、企業(yè)、研究機(jī)構(gòu)等廣大社會(huì)相關(guān)方不斷完善標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)+線上的形式深入企業(yè)開(kāi)展調(diào)研，保證了標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確與適用。標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容及說(shuō)明范圍本文件規(guī)定了水泥工廠智能控制體系結(jié)構(gòu)、控制控制流程以及智能控制要求。本文件適用于指導(dǎo)水泥行業(yè)智能控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。規(guī)范性引用文件給出了本文件引用的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、文件名稱(chēng)及文號(hào)，凡不注日期的引用文件，其有效版本適用與本文件。本文件引用以下國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)：GB/T32854.1-2016工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成第1部分：總述、概念及術(shù)語(yǔ)術(shù)語(yǔ)和定義本文件在充分考慮適應(yīng)范圍及技術(shù)條款的基礎(chǔ)上，對(duì)智能控制、模糊控制、模型預(yù)測(cè)控制、粒子群算法、遺傳算法、軟測(cè)量等關(guān)鍵術(shù)語(yǔ)作相關(guān)定義。使標(biāo)準(zhǔn)的使用者更為便捷的獲取其含義?？s略語(yǔ)本文件提出的縮略語(yǔ)均來(lái)源于其英文名稱(chēng)首字母。其中，可編程邏輯控制器英文名稱(chēng)為“ProgrammableLogicalControllers”，縮略語(yǔ)為PLC；分布式控制系統(tǒng)英文名稱(chēng)為“DistributedControlSystem”，縮略語(yǔ)為DCS。智能控制體系結(jié)構(gòu)本文件給出水泥生產(chǎn)過(guò)程智能控制體系結(jié)構(gòu)，體系結(jié)構(gòu)由智能控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)、智能控制方式、智能控制對(duì)象、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)輸入及輸出構(gòu)成，如圖1所示。其中，（1）智能控制生產(chǎn)環(huán)節(jié)包括生料制備、熟料煅燒、水泥制成等；（2）智能控制方式包括生料粉磨優(yōu)化、分解爐溫度預(yù)測(cè)、燒成帶溫度預(yù)測(cè)、二次風(fēng)溫預(yù)測(cè)、水泥質(zhì)量預(yù)測(cè)等；（3）智能控制對(duì)象包括水泥粉磨系統(tǒng)、預(yù)分解系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)窯、篦冷機(jī)、水泥粉磨系統(tǒng)等；圖1智能控制體系結(jié)構(gòu)智能控制流程本文件規(guī)定了智能控制流程，包括建模、優(yōu)化、智能控制及軟測(cè)量，如圖2所示。并對(duì)各環(huán)節(jié)進(jìn)行詳細(xì)描述。其中，（1）建模是描述被控過(guò)程在輸入（控制輸入與擾動(dòng)輸入）作用下，其狀態(tài)和輸出（被控參數(shù)）變化的數(shù)學(xué)表達(dá)式，其主要方法包括大模型建模、機(jī)理建模和經(jīng)驗(yàn)建模。（2）優(yōu)化主要是尋找最佳的工藝操作參數(shù)的設(shè)定值，從生產(chǎn)過(guò)程中獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵點(diǎn)。（3）智能控制是處理多變量、有約束的復(fù)雜對(duì)象的控制策略，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程的平穩(wěn)控制、降低操作成本、提高效益為目標(biāo)，為過(guò)程優(yōu)化提供基礎(chǔ)條件與支撐。（4）軟測(cè)量模塊用于解決制造過(guò)程無(wú)法直接測(cè)量或直接測(cè)量困難的變量估計(jì)問(wèn)題。圖2智能控制流程圖智能控制要求本文件從生料制備、熟料煅燒、水泥制成以及其他四個(gè)方面對(duì)智能控制提出技術(shù)要求，其中。（1）生料制備環(huán)節(jié)從實(shí)時(shí)檢測(cè)生料的化學(xué)成分比例、生料細(xì)度、生料水分的功能，具備生料成分優(yōu)化控制、生料細(xì)度優(yōu)化控制以及生料制備能耗優(yōu)化等方面提出智能控制要求；（2）熟料煅燒環(huán)節(jié)從熟料成分自動(dòng)檢測(cè)，預(yù)熱器、窯、篦冷機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集及在線檢測(cè)等方面提出智能控制要求；（3）水泥制成環(huán)節(jié)從水泥成分在線檢測(cè)、添加劑實(shí)時(shí)檢測(cè)等方面提出智能控制要求。（4）其他要求從先進(jìn)過(guò)程控制系統(tǒng)及先進(jìn)過(guò)程控制投運(yùn)率等方面提出智能控制要求。參考文獻(xiàn)本文件在編寫(xiě)過(guò)程中主要參考了以下文獻(xiàn)：（1）GB/T32854.1-2016工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成第1部分：總述、概念及術(shù)語(yǔ)（2）GB/T32854.2-2017自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成第2部分：架構(gòu)和功能（3）GB/T32854.3-2020自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成第3部分：活動(dòng)模型和工作流（4）GB/T32854.4-2020自動(dòng)化系統(tǒng)與集成制造系統(tǒng)先進(jìn)控制與優(yōu)化軟件集成第4部分：信息交互和使用（5）GB/T43439—2023信息技術(shù)服務(wù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型成熟度模型與評(píng)估（6）T/CBMF210—2022水泥行業(yè)智能工廠評(píng)價(jià)要求（7）《中國(guó)水泥行業(yè)智能制造研究與實(shí)踐》（8）《水泥行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)指南》標(biāo)準(zhǔn)中涉及專(zhuān)利情況本文件不涉及專(zhuān)利。標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施后預(yù)期的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益本文件從智能控制體系、流程、要求等方面展開(kāi)研制，覆蓋生料制備、熟料煅燒、水泥制成等水泥生產(chǎn)全過(guò)程，對(duì)科學(xué)引導(dǎo)水泥企業(yè)開(kāi)展智能控制規(guī)劃及建設(shè)具有重要意義。一是經(jīng)濟(jì)效益方面，本文件的制定與實(shí)施為水泥行業(yè)提供了統(tǒng)一的智能控制防范，能夠帶動(dòng)水泥企業(yè)實(shí)現(xiàn)降本增效，以某水泥工廠為例，通過(guò)窯磨專(zhuān)家系統(tǒng)替代人工進(jìn)行生產(chǎn)參數(shù)調(diào)優(yōu)，系統(tǒng)穩(wěn)定應(yīng)用后，噸生料生產(chǎn)電耗降低1.5%，噸熟料生產(chǎn)電耗降低2.08%，噸水泥電耗降低2.17%，噸熟料煤耗降低1.19%。二是社會(huì)效益方面，本文件的制定和實(shí)施能夠加快新一代信息技術(shù)與水泥生產(chǎn)管理過(guò)程的深度融合，全面提升水泥行業(yè)數(shù)字化水平，推動(dòng)水泥行業(yè)智能制造轉(zhuǎn)型升級(jí)進(jìn)程，助力建材行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展。三是生態(tài)效益方面，本文件的制定和實(shí)施能夠推動(dòng)水泥企業(yè)的減污降碳、節(jié)能增效，有助于企業(yè)保持安全、綠色可持續(xù)發(fā)展。采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況，與國(guó)際、國(guó)外同類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)水平的對(duì)比情況，國(guó)內(nèi)外關(guān)鍵指標(biāo)對(duì)比分析或與測(cè)試的國(guó)外樣品、樣機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比情況本文件未采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)。全球范圍內(nèi)，有多家公司提供成熟的水泥行業(yè)優(yōu)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品，如ABB的優(yōu)化控制與分析（OptimizationControlandAnalytics，OCA）、F.L.Smidth的ECS/ProcessExpert等，現(xiàn)有系統(tǒng)集成了豐富的水泥生產(chǎn)過(guò)程知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，具有很高的應(yīng)用價(jià)值。當(dāng)前，研究者和企業(yè)不斷探索新的優(yōu)化方法和算法，以適應(yīng)不斷變化的生產(chǎn)環(huán)境和需求。例如，采用模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等先進(jìn)技術(shù)來(lái)提高控制性能。與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，特別是強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性本文件與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)一致。