《智能制造水泥行業應用智能控制技術要求》編制說明(征求意見稿)標準編制組2025年5月

-任務來源及編制背景任務來源本項目屬于工信部2017年智能制造綜合標準化項目《面向建材行業的智能工廠通用模型研究與試驗驗證平臺建設》的研究成果。2024年8月，工業和信息化部辦公廳發布了《關于印發2024年第三批行業標準制修訂計劃的通知》（工信廳科函〔2024〕317號），行業標準《智能制造水泥行業應用智能控制技術要求》（計劃編號：2024-0976T-JC）正式列入編制計劃，由建筑材料工業信息中心負責組織牽頭起草。背景和意義自十三五以來，作為制造業主攻方向，智能制造及其標準化工作是促進制造業轉型升級的重要措施，我國陸續出臺了若干政策文件，均提出了重點開展生產過程智能化改造的重點任務。《“十四五”原材料工業發展規劃》提出“鼓勵企業開發應用基于數據驅動、機理模型、經驗模型、仿真模型的先進工藝控制系統”。《建材行業智能制造標準體系建設指南（2021版）》將“水泥關鍵工藝環節先進過程控制系統相關技術標準”作為重點研究內容之一。開展水泥行業優化控制標準研制符合國家政策文件要求，也是指導水泥行業智能制造發展的重要方法。近年來，水泥行業的生產工藝與裝備水平已大為改觀，但是在節能減排、提高效率的大政方針下，水泥行業急需通過引入智能控制技術的手段提高運行效率，降低能耗，進而達到環保要求。現階段，水泥廠生產控制過于依賴操作員的能力和經驗積累，人為因素影響大、科學性差、隨機性大；自動化程度底，數據的采集和檢測主要依靠人工完成，實驗室進行的物理化學檢測時間過長；數據利用率低，DCS數據庫和ERP數據庫存儲的數據僅僅起到了對歷史生產的記錄作用，缺乏對后續生產的指導作用；只有邏輯形式上的閉環控制，實時的監控閉環并未形成，時間延遲、控制上的滯后和不精確導致水泥質量不穩定。為了解決以上存在的問題，企業可以通過建立自動化系統和先進控制系統，實現生產過程的信息化、自動優化和實時控制。隨著新一代信息技術和大數據分析技術的發展，優化算法的日益成熟，使得優化控制的實現成為可能，因此行業急需規范優化控制的技術，包括在線數據采集傳輸、大數據分析、模型建立、優化算法、反饋指導生產。本標準旨在針對生料制備、熟料煅燒、水泥制成等關鍵業務環節，提出生產過程感知及優化控制的技術要求，進而指導水泥企業在制造過程中利用各類感知設備和智能化系統，智能識別，立體感知水泥生產設備的運行狀態、工藝參數、業務過程等信息，通過對感知數據進行融合、分析和處理，與業務流程智能化集成，指導系統做出響應，從而促進水泥工廠的高效運行。工作簡況參編單位及任務分工本文件主要起草單位為建筑材料工業信息中心牽頭，聯合中國建筑材料聯合會及建材行業協會、典型生產企業、科研院所、大專院校共同起草，具有廣泛的代表性。具體編制過程2017年-2019年，由建筑材料工業信息中心牽頭成立標準工作組，前往泰安中聯水泥有限公司、唐山冀東水泥股份有限公司、天瑞集團鄭州水泥有限公司等典型水泥企業進行實地調研，根據調研情況，完成標準草案編寫。在項目實施期間，組織兩次專家研討會，對標準草案內容進行針對性討論，并結合專家意見對標準草案進行完善修改。2019年10月，向中國建筑材料聯合會提出團體標準立項申請，11月中國建筑材料聯合會印發了《關于下達2019年第五批協會標準制定計劃的通知》（中建材聯標發〔2019〕120號）文件，本標準被列為制定項目，計劃號為2019-66-xbjh，由中國建筑材料聯合會歸口管理。2020年-2022年，面向多家核心水泥企業征求標準修改意見，并根據反饋意見對標準草案進行完善和修改。2023年7月，完成行業標準立項資料，并提交至所歸口的單位，先后參加工信部原材料司、科技司等部門組織的多次立項答辯。2024年8月，工業和信息化部辦公廳發布了《關于印發2024年第三批行業標準制修訂計劃的通知》（工信廳科函〔2024〕317號），本標準正式立項，標準名稱確定為《智能制造水泥行業應用智能控制技術要求》，標準計劃號為2024-0976T-JC。2024年8月-12月，標準工作組結合水泥企業進行實地調研情況，根據水泥工廠數字化、智能化研究新進展對標準草案進行完善。2025年3月，由建材工業智能制造標準化工作組組織，召集建材行業協會、典型生產企業、科研院所、大專院校等代表在天津召開了標準研討會，參會代表對標準草案內容進行討論。標準工作組針對提出的標準修改建議，進一步完善標準草案。編制原則及標準的主要技術內容說明本標準的編制原則為保證標準的科學性和適用性，標準起草工作組在充分討論和研究的基礎上，明確了以下編制原則：1.規范性原則。本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規則》的要求和規定，編寫本文件的內容。2.適用性原則。本文件立足水泥企業智能控制系統應用現狀，充分體現水泥工廠智能控制需求及要求，智能控制體系結構、流程及要求力求科學合理，符合行業特色，能夠切實指導企業開展智能控制建設，實現高質量發展。3.協調性原則。本文件的編制充分考慮與我國現行法律、法規和政策相符合，與現有數字化轉型相關國家標準、行業標準等相互協調。4.開放性原則。本文件在研制推進過程中，廣泛聯合業界力量，曾多次召開標準起草會、專家研討會，廣泛聽取并充分采納業內專家、生產一線的意見建議，為標準的科學性和實用性提供了保障。本文件在編制過程中，牽頭單位聯合協會、企業、研究機構等廣大社會相關方不斷完善標準內容，通過現場+線上的形式深入企業開展調研，保證了標準的準確與適用。標準的主要內容及說明范圍本文件規定了水泥工廠智能控制體系結構、控制控制流程以及智能控制要求。本文件適用于指導水泥行業智能控制系統的設計和開發。規范性引用文件給出了本文件引用的相關標準、文件名稱及文號，凡不注日期的引用文件，其有效版本適用與本文件。本文件引用以下國家標準：GB/T32854.1-2016工業自動化系統與集成制造系統先進控制與優化軟件集成第1部分：總述、概念及術語術語和定義本文件在充分考慮適應范圍及技術條款的基礎上，對智能控制、模糊控制、模型預測控制、粒子群算法、遺傳算法、軟測量等關鍵術語作相關定義。使標準的使用者更為便捷的獲取其含義。縮略語本文件提出的縮略語均來源于其英文名稱首字母。其中，可編程邏輯控制器英文名稱為“ProgrammableLogicalControllers”，縮略語為PLC；分布式控制系統英文名稱為“DistributedControlSystem”，縮略語為DCS。智能控制體系結構本文件給出水泥生產過程智能控制體系結構，體系結構由智能控制生產環節、智能控制方式、智能控制對象、關鍵節點輸入及輸出構成，如圖1所示。其中，（1）智能控制生產環節包括生料制備、熟料煅燒、水泥制成等；（2）智能控制方式包括生料粉磨優化、分解爐溫度預測、燒成帶溫度預測、二次風溫預測、水泥質量預測等；（3）智能控制對象包括水泥粉磨系統、預分解系統、回轉窯、篦冷機、水泥粉磨系統等；圖1智能控制體系結構智能控制流程本文件規定了智能控制流程，包括建模、優化、智能控制及軟測量，如圖2所示。并對各環節進行詳細描述。其中，（1）建模是描述被控過程在輸入（控制輸入與擾動輸入）作用下，其狀態和輸出（被控參數）變化的數學表達式，其主要方法包括大模型建模、機理建模和經驗建模。（2）優化主要是尋找最佳的工藝操作參數的設定值，從生產過程中獲得最大經濟效益的關鍵點。（3）智能控制是處理多變量、有約束的復雜對象的控制策略，以實現過程的平穩控制、降低操作成本、提高效益為目標，為過程優化提供基礎條件與支撐。（4）軟測量模塊用于解決制造過程無法直接測量或直接測量困難的變量估計問題。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方面對智能控制提出技術要求，其中。（1）生料制備環節從實時檢測生料的化學成分比例、生料細度、生料水分的功能，具備生料成分優化控制、生料細度優化控制以及生料制備能耗優化等方面提出智能控制要求；（2）熟料煅燒環節從熟料成分自動檢測，預熱器、窯、篦冷機運行數據實時采集及在線檢測等方面提出智能控制要求；（3）水泥制成環節從水泥成分在線檢測、添加劑實時檢測等方面提出智能控制要求。（4）其他要求從先進過程控制系統及先進過程控制投運率等方面提出智能控制要求。參考文獻本文件在編寫過程中主要參考了以下文獻：（1）GB/T32854.1-2016工業自動化系統與集成制造系統先進控制與優化軟件集成第1部分：總述、概念及術語（2）GB/T32854.2-2017自動化系統與集成制造系統先進控制與優化軟件集成第2部分：架構和功能（3）GB/T32854.3-2020自動化系統與集成制造系統先進控制與優化軟件集成第3部分：活動模型和工作流（4）GB/T32854.4-2020自動化系統與集成制造系統先進控制與優化軟件集成第4部分：信息交互和使用（5）GB/T43439—2023信息技術服務數字化轉型成熟度模型與評估（6）T/CBMF210—2022水泥行業智能工廠評價要求（7）《中國水泥行業智能制造研究與實踐》（8）《水泥行業數字化轉型技術指南》標準中涉及專利情況本文件不涉及專利。標準實施后預期的經濟和社會效益本文件從智能控制體系、流程、要求等方面展開研制，覆蓋生料制備、熟料煅燒、水泥制成等水泥生產全過程，對科學引導水泥企業開展智能控制規劃及建設具有重要意義。一是經濟效益方面，本文件的制定與實施為水泥行業提供了統一的智能控制防范，能夠帶動水泥企業實現降本增效，以某水泥工廠為例，通過窯磨專家系統替代人工進行生產參數調優，系統穩定應用后，噸生料生產電耗降低1.5%，噸熟料生產電耗降低2.08%，噸水泥電耗降低2.17%，噸熟料煤耗降低1.19%。二是社會效益方面，本文件的制定和實施能夠加快新一代信息技術與水泥生產管理過程的深度融合，全面提升水泥行業數字化水平，推動水泥行業智能制造轉型升級進程，助力建材行業產業結構調整，實現高質量發展。三是生態效益方面，本文件的制定和實施能夠推動水泥企業的減污降碳、節能增效，有助于企業保持安全、綠色可持續發展。采用國際標準和國外先進標準情況，與國際、國外同類標準水平的對比情況，國內外關鍵指標對比分析或與測試的國外樣品、樣機的相關數據對比情況本文件未采用國際標準和國外先進標準。全球范圍內，有多家公司提供成熟的水泥行業優化控制系統產品，如ABB的優化控制與分析（OptimizationControlandAnalytics，OCA）、F.L.Smidth的ECS/ProcessExpert等，現有系統集成了豐富的水泥生產過程知識和經驗，具有很高的應用價值。當前，研究者和企業不斷探索新的優化方法和算法，以適應不斷變化的生產環境和需求。例如，采用模糊邏輯、神經網絡、遺傳算法、強化學習等先進技術來提高控制性能。與現行相關法律、法規、規章及相關標準，特別是強制性標準的協調性本文件與現行相關法律、法規、規章及相關標準協調一致。