1 系統概況
70年代水泥研究院遼寧自動化所在琉璃河水泥廠干法生產線上開展的“生料配料自動控制系統”研究項目,于1978年通過了部級鑒定,并榮獲全國科技大會獎。目前QCS系統已經推廣到廣東、福建、海南、安徽、湖南、湖北、吉林、四川、江西、青海、黑龍江、廣西等省、市、自治區幾十條生產線上,在不同的工藝、原料條件下取得了較滿意的經濟效益和社會效益。在推廣成果的同時,我們重點抓了成果的繼續開發和完善工作,使得該系統不斷完善、充實、日趨成熟。

2 控制原理 
從附圖可知,計算機在輸入原料石灰石、粘土、鐵粉、礦化劑等的化學成分及煤的工業分析數據、原料水分數據的條件下,再輸入化驗室的配方要求以后,自動進行配方計算,用線性規劃法求得石灰石、粘土、鐵粉等原料的*配比,得到生料各種化學成分的控制目標值。在生產過程中,每隔一定的時間取一次生料樣（一般為1h平均樣）,壓片機將具有代表性的生料樣制片后,送入分析儀進行分析,得到分析結果自動（或通過鍵盤手動）進入控制機內,這時,控制機將把要求的控制目標值參數與實測值參數進行比較,然后進入配料調節算法軟件包,該軟件包輸出新的下料配比。在磨機負荷控制系統中,操作人員根據當時的磨機特性設定電耳的控制分貝數,在一定的控制周期內（一般5～20min）,控制機實測到具有代表性的電耳實測值后,將目標值與實測值參數進行比較,然后進入負荷調節算法軟件包,該軟件包輸出新的產量增量。控制算法確保磨機填充量穩定在設定的磨音范圍內,不會出現因物料易磨性、水分變化導致空磨、飽磨等非正常工況現象。當控制機得到新的產量與新的下料配比后,根據乘法原則,得到各種原料的新的給定流量。控制機與計量秤之間采用自適應調節方法,使通訊接口的各通道吻合。上述過程確保了生料的、高產。 
3 系統組成 
QCS系統由下列裝備構成 
3.1 檢測機構 
①在線連續線切割自動取樣器;②制樣裝置;③成分分析儀;④磨音數字測量儀。 
3.2 執行機械 
①計量秤;②自動給定裝置。 
3.3 控制機構 
①QCS—03控制機;②顯示器;③打印機;④系統接口。 
3.4 輔助機構 
①UPS不間斷電源;②交流電子電源 target=_blank>穩壓電源;③儀表盤。 
4 檢測機構 
4.1 分析儀 
QCS系統根據水泥廠的規模、工藝條件、廠方要求及投資狀況分別選用:①斷續鈣、鐵分析儀;②連續鈣、鐵分析儀;③多元素分析儀。 
目前中小水泥廠大部分選用了斷續鈣鐵分析儀,下面僅給出該儀器的主要技術指標:（QCS—1型分析儀）。 
分析范圍:ΔCaO=5%;ΔFe2O3=3% 
誤差:CaO≤0.25%;Fe2O3≤0.10% 
相對誤差:SCaO≤0.12%;SFe2O3≤0.05% 
分析時間:64s、128s、256s任選指 
指標適應:連測12次,在置信度為95%條件下。 
4.2 磨音數字測量儀 
磨音是一種噪音,其聲壓級約為110～120dB。選頻式聲強電耳選出磨音聲壓級級差明顯的頻段內的信號,經處理,能得到較可靠地反映磨機填充率參數的信號。主要技術指標: 
測量范圍:60～140dB（分60、100、140以40dB間隔分三檔） 
頻率范圍:40Hz～12kHz 
輸出信號:0～10mA;0～5V兩種可任選 
4.3 取樣器 
基本要求:①有代表性;②縮分比合理;③結構簡單;④防止潮濕結露。 
5 執行機構 
5.1 定量喂料裝置 
QCS生料系統采用的定量喂料裝置有恒速秤、減量秤、雙懸臂秤、核子秤、調速秤等多種定量喂料秤。但根據我們的實踐經驗,認為選用調速秤較好,該秤性能穩定,調節特性很好。主要參數如下: 
系統動態計量誤差≤1% 
系統動態調節誤差≤1% 
皮帶寬度:400～800mm（可選） 
喂料方式:連續 
喂料范圍:0.2～100t/h（可選） 
調速范圍:Vmin∶Vmax=1∶5 
5.2 移動給定器 
為了增加系統的可靠性,我們設計了移動給定器。當工控機萬一發生故障時,通過切換開關,操作工可直接通過給定器給定各原料的配比及總產量。 
6 控制機構 
6.1 QCS—03工業控制機 
QCS系統可提供的控制機有兩種:①PC總線的工業控制機;②STD總線工業控制機,兩種工業控制機都具有高可靠性、高抗干擾性、易維護性。PC總線的工業控制機主機*處理器CPU為80286芯片,STD總線的工業控制機*處理器CPU為V40芯片。 
6.2 過程控制接口裝置 
該接口裝置具有模擬量輸入（16路）,模擬量輸出（16路或4路）,并行口輸入32路,并行口輸出32路。 
7 系統特點 
7.1 技術特點 
①軟件上吸取了國外幾家公司（日本IHI、丹麥FLS-QCX,西德POLAB及ABB-OS-CA-MLX、SINENS等）生料質量控制系統的優點;②結合多年的實踐,摸索出適合我國具體國情的軟件技術;③針對每個廠不同的工藝、具體的原材料狀況采用具體的調節特性,充分達到針對性強,適用性強,效果好的目的;④硬件上（在系統的組態上）既考慮采用國內、可靠的裝備,又能根據用戶的特殊要求,靈活組態,達到相對的使用效果;⑤重視人材培訓。強化培訓,提高水泥廠人員素質。隨著項目的進展,分三個階段進行三次培訓。 
7.2 技術參數 
條件:①石灰石原料CaCO3波動值≤3.5%,標準偏差S≤1.4%～2%; 
②其它原料氧化物波動值≤2% 
③入磨綜合原料水分≤1.2%～1.6% 
④生料均化庫均化系數≥6; 
⑤對于連續式均化庫有效均化周期≥6～8h; 
⑥取連續積樣且具有代表性。 
效果: 
①出磨生料化學成分合格率在原有基礎上提高20%～30%或達到60%～80%; 
②出磨生料標準偏差≤0.6%～0.8%;均化系數≥2; 
③出磨生料率值合格率（KH:±0.2;n、P:±0.1）達到60%～80%或在原有基礎上提高20%～30%; 
④出磨生料三個率值標準偏差達:SKH≤0.02%～0.04%,SnP≤0.1%～0.2%; 
⑤入窯生料三個率值合格率（范圍同③）達到70%～85%或原有基礎提高10%～15%; 
⑥入窯生料三個率值標準偏差:SKH≤0.015%～0.03%,SnP≤0.05%～0.15%; 
⑦磨機臺時產量在原有基礎上提高5%～20%以上。 
（注:以上使用效果不是全部達到,而是根據用戶的重點要求及現場具體情況部分單項達到）。 
7.3 硬件特點 
①系統內的每一單機設備具備*、可靠、適用性; 
②保持整個系統設備準確度的一致性,不單純追求某一單機設備的所謂“高準確度”; 
③既立足于國內的*、成熟技術,又要考慮具體廠的實際情況。 
7.4 軟件特點及功能 
特點:漢字提示、圖形直觀、操作簡便,適用性強 
功能: 
（1）配方計算（各種組分配方計算軟件包）; 
（2）配料控制（各種配料算法控制軟件包）; 
（3）負荷控制（各種負荷過程控制軟件包）; 
（4）過程控制數據輸入、輸出濾波、處理; 
（5）人工緊急干預（修改目標值、配比、流量等非常規操作）; 
（6）鍵盤處理（漢字、菜單提示）; 
（7）聲光報警（飽磨、斷料、*等異常報警）; 
（8）自動累計（各原料用量、總產量、均化庫生料量等）; 
（9）參數修改（僅供工藝技術人員使用）; 
（10）通訊接口量程自動校準; 
（11）各種畫面、趨勢圖表; 
（12）各種表格打印。 
8 控制算法 
如果說QCS應用軟件是QCS生料質量自動控制系統的關鍵技術,那么QCS應用軟件中的控制算法軟件包（又稱調節規則）就是關鍵技術的核心部分。該軟件包既吸取了國外的*技術,又根據大量的實踐探索,總結出適合我國具體國情的適用技術。 
該軟件包針對性強、適應性好,在配料及負荷調節算法上具有多變性、*性、對策性、模糊性、時變性等特點。上述算法*適應不同的工廠規模,各種生產工藝線,各種原料之間的配合,各種生料均化形式及用戶的各種特殊要求。 
綜上所述,在調節算法上,我們考慮了下述各種因素的影響: 
（1）過程工藝技術人員擬定不同的控制質量要求（注:不同的控制質量要求可以理解為下述要求）:①出磨或入窯生料化學成分合格率;②出磨或入窯化學成分波動標準偏差;③出磨或入窯生料三個率值合格率;④出磨或入窯生料三個率值波動標準偏差）; 
（2）磨機的動態特性; 
（3）系統的純滯后的時間; 
（4）喂料秤容量實際限制; 
（5）原料的數目、化學組成及相對質量要求的積累偏差; 
（6）原材料的均化水平或入磨原料化學成分波動標準偏差; 
（7）生料均化庫形式,均化水平,均化周期,調整周期; 
（8）取樣方式（瞬時樣、平均樣、取樣周期）。 
上述影響可以用參數的形式在調試過程中隨時適當修改,以達*效果。 
9 推廣體會 
通過多年來在全國幾十條生產線對QCS系統的推廣應用,我們逐步體會到:要使用戶用好QCS生料質量自動控制系統,必須達到下述五個方面要求: 
（1）*的適用技術; 
（2）嚴格的現代管理; 
（3）過硬的可靠設備; 
（4）優良的人員素質; 
（5）完善的售后服務。 
*的適用技術意味著:確保系統的取樣代表性、分析準確性、控制*性、計量準確性、通訊準確性、系統準確度的一致性。 
嚴格的現代管理意味著:現代化的技術裝備必須要有現代化的嚴格管理相適應。QCS系統要求用戶進行下述五個方面的嚴格管理:①質量意識管理;②使用狀況（效果）分析管理;③操作規程管理;④控制室規章制度管理;⑤設備日常維護管理。 
過硬的可靠設備意味著:系統設備具有過硬的抗干擾、抗粉塵、抗振動、抗濕度、抗高溫等能力。 
優良的人員素質意味著:必須重視、反復培訓用戶的管理、技術、操作、維修人員,使上述人員在其職責范圍內達到熟練地使用QCS系統的要求。 
完善的售后服務意味著:及時幫助用戶解決在使用后碰到的技術、設備等各方面問題,以使設備運行在*狀態。