1 系統(tǒng)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(chǎn)線上開展的“生料配料自動控制系統(tǒng)”研究項(xiàng)目,于1978年通過了部級鑒定,并榮獲全國科技大會獎。六五期間,我院在消化冀東、寧國等國外引進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上,根據(jù)國家下達(dá)的任務(wù),進(jìn)行為我國自行設(shè)計(jì)的2000t/d熟料干法工藝線配備生料質(zhì)量計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的開發(fā)研究。七五期間,為解決我國中小水泥廠生料制備中的質(zhì)量問題,我院成立了QCS生料質(zhì)量自動控制系統(tǒng)研究項(xiàng)目課題組,專門從事中、小水泥廠的生料質(zhì)量自動控制研究與試驗(yàn)工作。其成果分別在江西、廣東通過省級鑒定。
　　目前QCS系統(tǒng)已經(jīng)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(qū)幾十條生產(chǎn)線上,在不同的工藝、原料條件下取得了較滿意的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。在推廣成果的同時(shí),我們重點(diǎn)抓了成果的繼續(xù)開發(fā)和完善工作,使得該系統(tǒng)不斷完善、充實(shí)、日趨成熟。
　　2 控制原理
　　從附圖可知,計(jì)算機(jī)在輸入原料石灰石、粘土、鐵粉、礦化劑等的化學(xué)成分及煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)、原料水分?jǐn)?shù)據(jù)的條件下,再輸入化驗(yàn)室的配方要求以后,自動進(jìn)行配方計(jì)算,用線性規(guī)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(xué)成分的控制目標(biāo)值。在生產(chǎn)過程中,每隔一定的時(shí)間取一次生料樣（一般為1h平均樣）,壓片機(jī)將具有代表性的生料樣制片后,送入分析儀進(jìn)行分析,得到分析結(jié)果自動（或通過鍵盤手動）進(jìn)入控制機(jī)內(nèi),這時(shí),控制機(jī)將把要求的控制目標(biāo)值參數(shù)與實(shí)測值參數(shù)進(jìn)行比較,然后進(jìn)入配料調(diào)節(jié)算法軟件包,該軟件包輸出新的下料配比。在磨機(jī)負(fù)荷控制系統(tǒng)中,操作人員根據(jù)當(dāng)時(shí)的磨機(jī)特性設(shè)定電耳的控制分貝數(shù),在一定的控制周期內(nèi)（一般5～20min）,控制機(jī)實(shí)測到具有代表性的電耳實(shí)測值后,將目標(biāo)值與實(shí)測值參數(shù)進(jìn)行比較,然后進(jìn)入負(fù)荷調(diào)節(jié)算法軟件包,該軟件包輸出新的產(chǎn)量增量?？刂扑惴ù_保磨機(jī)填充量穩(wěn)定在設(shè)定的磨音范圍內(nèi),不會出現(xiàn)因物料易磨性、水分變化導(dǎo)致空磨、飽磨等非正常工況現(xiàn)象。當(dāng)控制機(jī)得到新的產(chǎn)量與新的下料配比后,根據(jù)乘法原則,得到各種原料的新的給定流量?？刂茩C(jī)與計(jì)量秤之間采用自適應(yīng)調(diào)節(jié)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(chǎn)。
　　3 系統(tǒng)組成
　　QCS系統(tǒng)由下列裝備構(gòu)成
　　3.1 檢測機(jī)構(gòu)
　　①在線連續(xù)線切割自動取樣器;②制樣裝置;③成分分析儀;④磨音數(shù)字測量儀。
　　3.2 執(zhí)行機(jī)械
　　①計(jì)量秤;②自動給定裝置。
　　3.3 控制機(jī)構(gòu)
　?、貿(mào)CS—03控制機(jī);②顯示器;③打印機(jī);④系統(tǒng)接口。
　　3.4 輔助機(jī)構(gòu)
　?、?a title="UPS" target="_blank" >UPS不間斷電源;②交流電子電源 target=_blank>穩(wěn)壓電源;③儀表盤。
　　4 檢測機(jī)構(gòu)
　　4.1 分析儀
　　QCS系統(tǒng)根據(jù)水泥廠的規(guī)模、工藝條件、廠方要求及投資狀況分別選用:①斷續(xù)鈣、鐵分析儀;②連續(xù)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(xù)鈣鐵分析儀,下面僅給出該儀器的主要技術(shù)指標(biāo):（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(shí)間:64s、128s、256s任選指
　　指標(biāo)適應(yīng):連測12次,在置信度為95%條件下。
　　4.2 磨音數(shù)字測量儀
　　磨音是一種噪音,其聲壓級約為110～120dB。選頻式聲強(qiáng)電耳選出磨音聲壓級級差明顯的頻段內(nèi)的信號,經(jīng)處理,能得到較可靠地反映磨機(jī)填充率參數(shù)的信號。主要技術(shù)指標(biāo):
　　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(jié)構(gòu)簡單;④防止潮濕結(jié)露。
　　5 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
　　5.1 定量喂料裝置
　　QCS生料系統(tǒng)采用的定量喂料裝置有恒速秤、減量秤、雙懸臂秤、核子秤、調(diào)速秤等多種定量喂料秤。但根據(jù)我們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),認(rèn)為選用調(diào)速秤較好,該秤性能穩(wěn)定,調(diào)節(jié)特性很好。主要參數(shù)如下:
　　系統(tǒng)動態(tài)計(jì)量誤差≤1%
　　系統(tǒng)動態(tài)調(diào)節(jié)誤差≤1%
　　皮帶寬度:400～800mm（可選）
　　喂料方式:連續(xù)
　　喂料范圍:0.2～100t/h（可選）
　　調(diào)速范圍:Vmin∶Vmax=1∶5
　　5.2 移動給定器
　　為了增加系統(tǒng)的可靠性,我們設(shè)計(jì)了移動給定器。當(dāng)工控機(jī)萬一發(fā)生故障時(shí),通過切換開關(guān),操作工可直接通過給定器給定各原料的配比及總產(chǎn)量。
　　6 控制機(jī)構(gòu)
　　6.1 QCS—03工業(yè)控制機(jī)
　　QCS系統(tǒng)可提供的控制機(jī)有兩種:①PC總線的工業(yè)控制機(jī);②STD總線工業(yè)控制機(jī),兩種工業(yè)控制機(jī)都具有高可靠性、高抗干擾性、易維護(hù)性。PC總線的工業(yè)控制機(jī)主機(jī)*處理器CPU為80286芯片,STD總線的工業(yè)控制機(jī)*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(tǒng)特點(diǎn)
　　7.1 技術(shù)特點(diǎn)
　　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(zhì)量控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn);②結(jié)合多年的實(shí)踐,摸索出適合我國具體國情的軟件技術(shù);③針對每個(gè)廠不同的工藝、具體的原材料狀況采用具體的調(diào)節(jié)特性,充分達(dá)到針對性強(qiáng),適用性強(qiáng),效果好的目的;④硬件上（在系統(tǒng)的組態(tài)上）既考慮采用國內(nèi)、可靠的裝備,又能根據(jù)用戶的特殊要求,靈活組態(tài),達(dá)到相對的使用效果;⑤重視人材培訓(xùn)。強(qiáng)化培訓(xùn),提高水泥廠人員素質(zhì)。隨著項(xiàng)目的進(jìn)展,分三個(gè)階段進(jìn)行三次培訓(xùn)。
　　7.2 技術(shù)參數(shù)
　　條件:①石灰石原料CaCO3波動值≤3.5%,標(biāo)準(zhǔn)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%
　?、苌暇瘞炀禂?shù)≥6;
　?、輰τ谶B續(xù)式均化庫有效均化周期≥6～8h;
　?、奕∵B續(xù)積樣且具有代表性。
　　效果:
　　①出磨生料化學(xué)成分合格率在原有基礎(chǔ)上提高20%～30%或達(dá)到60%～80%;
　?、诔瞿ド蠘?biāo)準(zhǔn)偏差≤0.6%～0.8%;均化系數(shù)≥2;
　?、鄢瞿ド下手岛细衤剩↘H:±0.2;n、P:±0.1）達(dá)到60%～80%或在原有基礎(chǔ)上提高20%～30%;
　?、艹瞿ド先齻€(gè)率值標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá):SKH≤0.02%～0.04%,SnP≤0.1%～0.2%;
　?、萑敫G生料三個(gè)率值合格率（范圍同③）達(dá)到70%～85%或原有基礎(chǔ)提高10%～15%;
　?、奕敫G生料三個(gè)率值標(biāo)準(zhǔn)偏差:SKH≤0.015%～0.03%,SnP≤0.05%～0.15%;
　　⑦磨機(jī)臺時(shí)產(chǎn)量在原有基礎(chǔ)上提高5%～20%以上。
　?。ㄗ?以上使用效果不是全部達(dá)到,而是根據(jù)用戶的重點(diǎn)要求及現(xiàn)場具體情況部分單項(xiàng)達(dá)到）。
　　7.3 硬件特點(diǎn)
　　①系統(tǒng)內(nèi)的每一單機(jī)設(shè)備具備*、可靠、適用性;
　　②保持整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備準(zhǔn)確度的一致性,不單純追求某一單機(jī)設(shè)備的所謂“高準(zhǔn)確度”;
　?、奂攘⒆阌趪鴥?nèi)的*、成熟技術(shù),又要考慮具體廠的實(shí)際情況。
　　7.4 軟件特點(diǎn)及功能
　　特點(diǎn):漢字提示、圖形直觀、操作簡便,適用性強(qiáng)
　　功能:
　　（1）配方計(jì)算（各種組分配方計(jì)算軟件包）;
　?。?）配料控制（各種配料算法控制軟件包）;
　?。?）負(fù)荷控制（各種負(fù)荷過程控制軟件包）;
　?。?）過程控制數(shù)據(jù)輸入、輸出濾波、處理;
　?。?）人工緊急干預(yù)（修改目標(biāo)值、配比、流量等非常規(guī)操作）;
　　（6）鍵盤處理（漢字、菜單提示）;
　?。?）聲光報(bào)警（飽磨、斷料、*等異常報(bào)警）;
　?。?）自動累計(jì)（各原料用量、總產(chǎn)量、均化庫生料量等）;
　　（9）參數(shù)修改（僅供工藝技術(shù)人員使用）;
　　（10）通訊接口量程自動校準(zhǔn);
　?。?1）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(yīng)用軟件是QCS生料質(zhì)量自動控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù),那么QCS應(yīng)用軟件中的控制算法軟件包（又稱調(diào)節(jié)規(guī)則）就是關(guān)鍵技術(shù)的核心部分。該軟件包既吸取了國外的*技術(shù),又根據(jù)大量的實(shí)踐探索,總結(jié)出適合我國具體國情的適用技術(shù)。
　　該軟件包針對性強(qiáng)、適應(yīng)性好,在配料及負(fù)荷調(diào)節(jié)算法上具有多變性、*性、對策性、模糊性、時(shí)變性等特點(diǎn)。上述算法*適應(yīng)不同的工廠規(guī)模,各種生產(chǎn)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(diào)節(jié)算法上,我們考慮了下述各種因素的影響:
　?。?）過程工藝技術(shù)人員擬定不同的控制質(zhì)量要求（注:不同的控制質(zhì)量要求可以理解為下述要求）:①出磨或入窯生料化學(xué)成分合格率;②出磨或入窯化學(xué)成分波動標(biāo)準(zhǔn)偏差;③出磨或入窯生料三個(gè)率值合格率;④出磨或入窯生料三個(gè)率值波動標(biāo)準(zhǔn)偏差）;
　　（2）磨機(jī)的動態(tài)特性;
　?。?）系統(tǒng)的純滯后的時(shí)間;
　　（4）喂料秤容量實(shí)際限制;
　?。?）原料的數(shù)目、化學(xué)組成及相對質(zhì)量要求的積累偏差;
　?。?）原材料的均化水平或入磨原料化學(xué)成分波動標(biāo)準(zhǔn)偏差;
　　（7）生料均化庫形式,均化水平,均化周期,調(diào)整周期;
　　（8）取樣方式（瞬時(shí)樣、平均樣、取樣周期）。
　　上述影響可以用參數(shù)的形式在調(diào)試過程中隨時(shí)適當(dāng)修改,以達(dá)*效果。