1 系統(tǒng)概況
70年代水泥研究院遼寧自動(dòng)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(dòng)控制系統(tǒng)”研究項(xiàng)目,于1978年通過了部級(jí)鑒定,并榮獲全國(guó)科技大會(huì)獎(jiǎng)。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(huì)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(dòng)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(dòng)（或通過鍵盤手動(dòng)）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(cè)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(cè)到具有代表性的電耳實(shí)測(cè)值后,將目標(biāo)值與實(shí)測(cè)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(huì)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(cè)機(jī)構(gòu) 
①在線連續(xù)線切割自動(dòng)取樣器;②制樣裝置;③成分分析儀;④磨音數(shù)字測(cè)量?jī)x。 
3.2 執(zhí)行機(jī)械 
①計(jì)量秤;②自動(dòng)給定裝置。 
3.3 控制機(jī)構(gòu) 
①Q(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) 
①UPS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(cè)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(duì)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(cè)12次,在置信度為95%條件下。 
4.2 磨音數(shù)字測(cè)量?jī)x 
磨音是一種噪音,其聲壓級(jí)約為110～120dB。選頻式聲強(qiáng)電耳選出磨音聲壓級(jí)級(jí)差明顯的頻段內(nèi)的信號(hào),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(hào)。主要技術(shù)指標(biāo): 
測(cè)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(hào):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(jiǎn)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(dòng)態(tài)計(jì)量誤差≤1% 
系統(tǒng)動(dòng)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(dòng)給定器 
為了增加系統(tǒng)的可靠性,我們?cè)O(shè)計(jì)了移動(dòng)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(guó)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(guó)具體國(guó)情的軟件技術(shù);③針對(duì)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(duì)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(guó)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(duì)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(dòng)值≤3.5%,標(biāo)準(zhǔn)偏差S≤1.4%～2%; 
②其它原料氧化物波動(dòng)值≤2% 
③入磨綜合原料水分≤1.2%～1.6% 
④生料均化庫(kù)均化系數(shù)≥6; 
⑤對(duì)于連續(xù)式均化庫(kù)有效均化周期≥6～8h; 
⑥取連續(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%; 
②出磨生料標(biāo)準(zhǔn)偏差≤0.6%～0.8%;均化系數(shù)≥2; 
③出磨生料率值合格率（KH:±0.2;n、P:±0.1）達(dá)到60%～80%或在原有基礎(chǔ)上提高20%～30%; 
④出磨生料三個(gè)率值標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá):SKH≤0.02%～0.04%,SnP≤0.1%～0.2%; 
⑤入窯生料三個(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%; 
⑥入窯生料三個(gè)率值標(biāo)準(zhǔn)偏差:SKH≤0.015%～0.03%,SnP≤0.05%～0.15%; 
⑦磨機(jī)臺(tái)時(shí)產(chǎn)量在原有基礎(chǔ)上提高5%～20%以上。 
（注: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(chǎng)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”; 
③既立足于國(guó)內(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(jiǎn)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）; 
（2）配料控制（各種配料算法控制軟件包）; 
（3）負(fù)荷控制（各種負(fù)荷過程控制軟件包）; 
（4）過程控制數(shù)據(jù)輸入、輸出濾波、處理; 
（5）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）; 
（7）聲光報(bào)警（飽磨、斷料、*等異常報(bào)警）; 
（8）自動(dòng)累計(jì)（各原料用量、總產(chǎn)量、均化庫(kù)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(dòng)校準(zhǔn); 
（11）各種畫面、趨勢(shì)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(dòng)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(guó)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(guó)具體國(guó)情的適用技術(shù)。 
該軟件包針對(duì)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(duì)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: 
（1）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(dòng)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(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差）; 
（2）磨機(jī)的動(dòng)態(tài)特性; 
（3）系統(tǒng)的純滯后的時(shí)間; 
（4）喂料秤容量實(shí)際限制; 
（5）原料的數(shù)目、化學(xué)組成及相對(duì)質(zhì)量要求的積累偏差; 
（6）原材料的均化水平或入磨原料化學(xué)成分波動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)偏差; 
（7）生料均化庫(kù)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。 
9 推廣體會(huì) 
通過多年來在全國(guó)幾十條生產(chǎn)線對(duì)QCS系統(tǒng)的推廣應(yīng)用,我們逐步體會(huì)到:要使用戶用好QCS生料質(zhì)量自動(dòng)控制系統(tǒng),必須達(dá)到下述五個(gè)方面要求: 
（1）*的適用技術(shù); 
（2）嚴(yán)格的現(xiàn)代管理; 
（3）過硬的可靠設(shè)備; 
（4）優(yōu)良的人員素質(zhì); 
（5）完善的售后服務(wù)。 
*的適用技術(shù)意味著:確保系統(tǒng)的取樣代表性、分析準(zhǔn)確性、控制*性、計(jì)量準(zhǔn)確性、通訊準(zhǔn)確性、系統(tǒng)準(zhǔn)確度的一致性。 
嚴(yán)格的現(xiàn)代管理意味著:現(xiàn)代化的技術(shù)裝備必須要有現(xiàn)代化的嚴(yán)格管理相適應(yīng)。QCS系統(tǒng)要求用戶進(jìn)行下述五個(gè)方面的嚴(yán)格管理:①質(zhì)量意識(shí)管理;②使用狀況（效果）分析管理;③操作規(guī)程管理;④控制室規(guī)章制度管理;⑤設(shè)備日常維護(hù)管理。 
過硬的可靠設(shè)備意味著:系統(tǒng)設(shè)備具有過硬的抗干擾、抗粉塵、抗振動(dòng)、抗?jié)穸?、抗高溫等能力?nbsp;
優(yōu)良的人員素質(zhì)意味著:必須重視、反復(fù)培訓(xùn)用戶的管理、技術(shù)、操作、維修人員,使上述人員在其職責(zé)范圍內(nèi)達(dá)到熟練地使用QCS系統(tǒng)的要求。 
完善的售后服務(wù)意味著:及時(shí)幫助用戶解決在使用后碰到的技術(shù)、設(shè)備等各方面問題,以使設(shè)備運(yùn)行在*狀態(tài)。