水泥是全球使用最為廣泛的產品之一，而中國對水泥的需求持續不間斷，引領了全球水泥生產。水泥是基礎設施與住宅發展的關鍵元素，這些發展支撐著該國日益增加的都會人口與不斷成長的巨型都市。
雖然持續穩定的需求對中國生產商是個好消息，但水泥是大幅仰賴燃煤作為燃料的能源密集產業。
洛克威爾自動化公司經理Alessandro Masiello表示：「燃煤是溫室氣體的首要來源。中國水泥生產商尋求不僅是降低燃煤成本，更要符合環保規範。」
該國的水泥領導生產商近期與洛克威爾自動化公司合作，運用更有效的途徑將製程最佳化、減少燃料消耗以及控制成本。
複雜變量
水泥生產是一個起始於原料粉煤機的複雜製程，在粉煤機中將石灰石與其他材料碾碎混合。窯內原物料歷經高溫後轉化為水泥熟料。水泥熟料送至精軋機研磨並與石膏混和後產出成品。
雖然水泥生產在每一步驟都會消耗能源，但以窯爐的最佳化最為困難。
現代化水泥廠一般用附有煅燒爐的乾式迴轉窯。煅燒爐可將原物料預熱至大約900°C (1650°F)。煅燒製程在窯內完成，其將材料加熱至約1200°C (2200°F)。為了要達到這些溫度，會從煅燒爐將燃料添加至窯的主燃燒器。
洛克威爾自動化公司水泥產業顧問Tiger Xiaohu He表示：「原物料的品質以及燃煤熱數值有很多變化，窯內製程條件會持續改變。」
此外，風扇會在水泥熟料出窯時將其冷卻，而系統將產生的熱空氣再循環送回煅燒爐。當再循環空氣改善能源效益之際，也為製程增添了其他變量。
另為了要維護產品品質，會定期檢測材料以確保游離石灰成分維持在1-2%範圍內。游離石灰含量與輸入到窯內的能源直接相關。
傳統控制遭遇的問題
Tiger Xiaohu He解釋說：「水泥公司過去使用標準PID迴路來控制有限的變量數。但因為水泥廠的變量數高，PID迴路無法確實將製程最佳化。」
雖然水泥生產商在其龐大的廠房網絡都面臨類似挑戰，但選擇把焦點首先擺在益陽(Yiyang)廠。
益陽廠每天使用約500噸的燃煤生產5000噸水泥熟料。該廠年度燃煤消耗量約165,000噸，每年開銷為美金1650萬元。本公司瞭解到必須更有效控制窯能源使用量，以減少燃煤消耗。
Tiger Xiaohu He表示：「窯內溫度大幅波動。為了要控制溫度，操作員監控製程並對任何波動以手動方式應變。」
舉例而言，操作員監控主燃燒器內的熱像儀，並接著調整燃料流量來增減溫度。操作員會更改煅燒爐內的PID迴路溫度設定點，以在必要時觸發燃料追加。
Tiger Xiaohu He說道：「操作員花費了50-70%的時間監控與調整溫度和燃料追加。但即使費盡心力，仍無法提升系統的熱效率。」
MPC提升窯穩定性
洛克威爾自動化公司推薦以Pavilion8作為基礎的解決方案(即模型預測控制，又稱MPC)軟體平台，以達成更加穩定的窯作業。
洛克威爾自動化公司Pavilion事業開發經理Jingkun Tang表示：「Pavilion8 MPC可與任何先前既有的控制系統整合。它能夠藉由預測廠房輸出，以及回應製程輸入的變量和干擾，進而提升製程。」
Pavilion8 MPC充分運用受監督管理的機器學習技術，以建立多變量製程的動態性穩健模型。其分析歷史資料和生產趨勢(還有當下製程和實驗室資料)，並進行控管以將效益最佳化。
例如，軟體可塑造及預測再循環熱空氣將對煅燒爐溫度造成的影響。接著，其可自動操控燃煤追加以用理想的燃料量來達成高品質產品。
Alessandro Masiello表示：「這樣的應用程式可將所有環節聯繫起來。Pavilion8 MPC可允許更有效地控制品質，以及減少能源，最終能推動更大產能。」
擴大粉煤機運作的收益並遍及整個企業
益陽廠將燃煤消耗最佳化的其中一個做法是聚焦於窯效益。但該廠期望另一個能源密集的製程(粉煤機應用)也能夠降低能源消耗量。
該廠藉由將Pavilion8 MPC運用至原料粉煤機與精軋機，能夠更有效控管原物料不一致及水泥熟料易磨性等變量，以及將能源使用最佳化。
Jingkun Tang表示：「整體而言，這項解決方案有助於穩定窯爐與粉煤機運作。更為穩定的系統能顯著降低操作員工作負荷，能源節約的效果也令人為之驚豔。」
益陽廠藉由Pavilion8 MPC之力，降低了窯內燃煤與能源消耗高達2%，粉煤機也獲得了額外的節約效果。燃煤減量等同於年節省高達美金33萬元，也讓該廠燃煤消耗的兩種副產品減量，亦即減少二氧化碳(CO2)與氮氧化物(NOx)排放量。
Jingkun Tang說道：「益陽廠的先驅計畫非常成功。本公司已將Pavilion8 MPC解決方案延伸至另外五個廠房，並有至少五間以上的廠房正在推動中。」
