引言 

我廠特種水泥生產(chǎn)原料主要由石灰石、鋁釩土和部分熟料(晶種)組成，配料原則上應(yīng)該根據(jù)各原料的化學(xué)成分按比例配制。但是因?yàn)榧夹g(shù)和裝備等原因，原料、生料和熟料的成分分析一直沿用傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法，定時(shí)取樣，手工分析。根據(jù)CaCO3的滴定值，人工計(jì)算，人工下料，配料方法原始，時(shí)間滯后，不能及時(shí)精確地指導(dǎo)生產(chǎn)，致使生料堿度系數(shù)Am合格率和625號(hào)高鋁水泥產(chǎn)品品級(jí)率低，嚴(yán)重制約了特種水泥生產(chǎn)的發(fā)展。 
　　
1999年我們采用X熒光光譜分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了原料、生料和熟料成分的快速分析，建立了各種分析數(shù)據(jù)庫(kù)，編制了水泥配料專家系統(tǒng)軟件，建立了光譜儀、配料微機(jī)和失重秤三者之間的聯(lián)網(wǎng)，完成了分析數(shù)據(jù)的傳送、配料的自動(dòng)計(jì)算和失重秤下料量的自動(dòng)控制，提高了特種水泥生產(chǎn)控制分析和過(guò)程控制的自動(dòng)化水平，滿足了生產(chǎn)的要求。 

1　水泥生料、熟料成分的快速分析 

　　成分分析用國(guó)內(nèi)較先進(jìn)的X熒光光譜分析技術(shù)，儀器為國(guó)產(chǎn)FJ-2810G型X熒光分析儀。主要由X射線發(fā)生器、樣品室、Si-Li探測(cè)器、多道能譜儀、計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和壓片制樣裝置等構(gòu)成。工作原理是利用X射線激發(fā)被分析元素的原子，從而產(chǎn)生該元素的特征X射線，由探測(cè)器接收特征X射線而產(chǎn)生電源脈沖，經(jīng)前置放大器、主放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器變成微機(jī)可接受的數(shù)字量被多道譜儀所采集、由計(jì)算機(jī)將獲取的特征X射線的強(qiáng)度數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)處理，并加以標(biāo)定、擬合、校正，最后得到樣品中各元素的含量。 

1.1　標(biāo)準(zhǔn)樣品的制備 
　　
儀器分析的精度主要取決于標(biāo)準(zhǔn)樣品的均勻性和準(zhǔn)確定值。X熒光光譜分析每個(gè)品種選擇了15～30個(gè)，標(biāo)樣中各元素的含量范圍覆蓋生產(chǎn)樣品所可能達(dá)到的范圍并有一定的變化梯度。 
　　
選取生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的最高和最低的樣品分別粉磨，并用0.08mm方孔篩進(jìn)行篩分處理，將篩余部分重新粉磨，直至全部通過(guò)0.08mm方孔篩。然后進(jìn)行篩混，隨機(jī)取樣8次，進(jìn)行硅、鐵、鋁、鈣、鎂、鈦等化學(xué)成分的測(cè)定，檢查其均勻性，并進(jìn)行成分定值。中間標(biāo)樣按間隔布點(diǎn)，用高低標(biāo)樣按比例摻混，配制成分布均勻的15～30個(gè)標(biāo)樣，這些標(biāo)樣分別用振動(dòng)篩篩混4次，然后再人工篩混3次，經(jīng)過(guò)化學(xué)分析多次測(cè)定，進(jìn)行定值。 

1.2　工作曲線的制作 
　　
儀器分析的關(guān)鍵是工作曲線，需進(jìn)行壓片、測(cè)量、設(shè)置分析元素和檢測(cè)區(qū)、編輯濃度文件和強(qiáng)度文件、編輯影響元素表、做工作曲線等工作。還要進(jìn)行分析準(zhǔn)確性和可靠性檢驗(yàn)，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。 

1.3　生產(chǎn)應(yīng)用 
　　
本法經(jīng)過(guò)化驗(yàn)室8個(gè)多月的運(yùn)行使用，承擔(dān)了普通水泥和特種水泥的生料、熟料及其它原料的成分分析任務(wù)，取代了原來(lái)的化學(xué)分析方法。儀器分析SiO2、Al2O3和CaO的標(biāo)準(zhǔn)偏差都在0.15～0.25之間；Fe2O3的在0.1左右；MgO的稍高，達(dá)到0.3左右；分析結(jié)果合格率在90%以上。分析精度和準(zhǔn)確性可以滿足生產(chǎn)控制分析需要，同時(shí)提高了分析速度，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，人員減少了55%，降低了分析成本。 

2　特種水泥原料磨在線自動(dòng)配料系統(tǒng)的開發(fā) 

　　 
2.1　系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 
　　1)軟件界面友好，操作簡(jiǎn)單，適宜一般工作人員使用。 
　　2)系統(tǒng)安全、可靠、易于維護(hù)。 
　　3)充分利用設(shè)備原有的資源，全部采用國(guó)產(chǎn)儀器，節(jié)省投資。 
　　4)開放式系統(tǒng)，易于擴(kuò)充和修改。 
　　5)離線快速分析、在線控制。 

2.2　分析數(shù)據(jù)庫(kù)的建立 
　　
在X熒光光譜儀微機(jī)上，根據(jù)傳送和配料需要，建立了普通水泥、特種水泥生料和熟料的分析數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣，分析員每分析一個(gè)樣品，分析結(jié)果會(huì)自動(dòng)存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，以備調(diào)用。 

2.3　X熒光光譜儀與配料系統(tǒng)的連接 
　　
由于X熒光光譜儀不僅用于自動(dòng)配料，還承擔(dān)其它分析任務(wù)。為使X熒光光譜儀和配料系統(tǒng)都能各自不中斷運(yùn)行，充分發(fā)揮各自的作用。經(jīng)過(guò)比較，我們選用了WIN95的對(duì)等網(wǎng)，在雙方微機(jī)上各安裝一塊網(wǎng)卡，配置了網(wǎng)絡(luò)適配器。這樣連接，充分利用了WIN95的多任務(wù)功能，并且成本低，性能可靠，配料系統(tǒng)可以隨時(shí)到熒光分析儀的數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取分析數(shù)據(jù)，而不用中斷X熒光的正常分析工作。 
　　
專家系統(tǒng)微機(jī)距離現(xiàn)場(chǎng)配料崗位300m左右，需進(jìn)行遠(yuǎn)程通訊。我們采用遠(yuǎn)程通訊卡和芯屏蔽電纜將二者相連。這里使用了VB6的串行通信控件MSCOMM，通過(guò)對(duì)其屬性的設(shè)定和編程，實(shí)現(xiàn)了配料數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳送。 

2.4　水泥配料專家系統(tǒng)軟件的開發(fā) 

2.4.1　專家系統(tǒng)配料的主要公式 
　　
特種水泥生產(chǎn)配料的數(shù)學(xué)公式之一為: 
　　 
　　式中:CaO、Al2O3、SiO2、TiO2和MgO均為高鋁生料或熟料中相應(yīng)組分的百分含量。 
　　
我們根據(jù)接收到的FJ-2810G型X熒光分析儀的分析數(shù)據(jù)，計(jì)算堿度系數(shù)Am，參考水泥技術(shù)人員的經(jīng)驗(yàn)預(yù)置一整定值(Am0)，通過(guò)比較，計(jì)算出要加物料的重量，傳送到失重秤，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制下料量。 

2.4.2　程序原理框圖 
　　
根據(jù)上述模型和控制機(jī)理，編制了采樣、對(duì)比分析、調(diào)整發(fā)送和控制等程序，匯集成水泥配料專家系統(tǒng)軟件。程序原理框圖見圖1。 
　　 

圖1　配料專家系統(tǒng)原理 

2.4.3　功能介紹 
　　
本軟件用VB6語(yǔ)言編寫，可直接運(yùn)行于WIN95或WIN98環(huán)境中，界面友好，操作簡(jiǎn)單。為了便于用戶操作，軟件的全部功能按鈕放于屏幕底部，用戶用鼠標(biāo)單擊左鍵，便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。它們分別為:輸入標(biāo)準(zhǔn)值、接收數(shù)據(jù)、計(jì)算配比、調(diào)整配比、修改配比、發(fā)送配比、退出。各功能分別介紹如下: 
　　
輸入標(biāo)準(zhǔn)值:執(zhí)行后，會(huì)彈出一個(gè)對(duì)話框，請(qǐng)用戶輸入各個(gè)配料成分的標(biāo)準(zhǔn)配比和經(jīng)驗(yàn)堿度系數(shù)Am0。用戶輸入完成后，單擊確定，各配比會(huì)被顯示在主屏幕上。 
　　
計(jì)算配比:程序?qū)⑵骄荡階m計(jì)算公式，計(jì)算出實(shí)際的Am值，并顯示于屏幕上。 
　　
接收數(shù)據(jù):通過(guò)WIN95對(duì)等網(wǎng)，從X熒光分析儀的專用數(shù)據(jù)庫(kù)中讀取分析數(shù)據(jù)。執(zhí)行時(shí)，會(huì)先請(qǐng)求用戶輸入樣品名稱，然后程序會(huì)從數(shù)據(jù)庫(kù)中找出所有符合條件的分析數(shù)據(jù)記錄，用網(wǎng)格控件以電子表的形式顯示于屏幕上，并求出平均值，列于電子表格最后一行。 
　　
調(diào)整配比:程序?qū)?shí)際的Am值與給定標(biāo)準(zhǔn)的Am0相比較，計(jì)算出差值，判斷是否超差。如果超差，則調(diào)整石灰石和鋁釩土等原料的配比。 
　　
發(fā)送配比:程序?qū)⒄{(diào)整后的配比通過(guò)串口發(fā)送至失重秤微機(jī)。為了能夠讓控制機(jī)知道去控制幾號(hào)磨，用選項(xiàng)控件，做了一個(gè)磨號(hào)選擇過(guò)程，用戶只需將預(yù)控制的磨號(hào)前的按鈕選中，程序會(huì)自動(dòng)將配料數(shù)據(jù)發(fā)往該磨。 

2.4.4　配料系統(tǒng)與失重秤的連接 
　　
配料微機(jī)距離現(xiàn)場(chǎng)配料崗位300m左右，需進(jìn)行RS-232串行端口遠(yuǎn)程通訊。我們采用遠(yuǎn)程通訊卡和四芯屏蔽電纜將二者相連。這里使用了VB6的串行通信控件MSCOMM，通過(guò)對(duì)其屬性的設(shè)定和編程，實(shí)現(xiàn)了配料數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳送。 

2.4.5　程序的使用 
　　
程序使用時(shí)，在WINDOWS桌面上雙擊配料系統(tǒng)圖標(biāo)，即可進(jìn)入水泥專家配料系統(tǒng)。程序的所有操作在屏幕上均有體現(xiàn)。 

2.5　特種水泥自動(dòng)配料系統(tǒng)簡(jiǎn)介 

2.5.1　控制模式 
　　
本系統(tǒng)控制模式分為兩種。模式1可以自動(dòng)與X熒光分析儀連接的專家系統(tǒng)微機(jī)通訊，專家系統(tǒng)微機(jī)根據(jù)分析數(shù)據(jù)及工程師下達(dá)的堿度系數(shù)Am指標(biāo)，自動(dòng)計(jì)算調(diào)整配比并發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)控制微機(jī)。模式2為重量配比，配比為工藝員根據(jù)化驗(yàn)結(jié)果，手工調(diào)整。兩種模式可以隨時(shí)切換。 

2.5.2　系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 
　　
特種水泥快速分析與自動(dòng)配料控制聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)硬件由X熒光光譜儀、配料微機(jī)、遠(yuǎn)程通訊卡、球磨機(jī)和失重秤等組成。這種方式是經(jīng)過(guò)多種方案對(duì)比，優(yōu)化選取的，具有成本低、操作維護(hù)方便，效果好等特點(diǎn)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，配料微機(jī)自動(dòng)從X熒光分析讀取有關(guān)分析數(shù)據(jù)，經(jīng)運(yùn)算處理后，計(jì)算出新的配比，通過(guò)串口遠(yuǎn)程傳至失重秤微機(jī)，失重秤微機(jī)接到新的配比方案后，指導(dǎo)失重秤動(dòng)作，按指令下料。 
　　 




　　圖2　聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖 


2.5.3　系統(tǒng)功能 
　　1)自動(dòng)調(diào)用X熒光光譜儀的成分分析數(shù)據(jù)； 
　　2)自動(dòng)計(jì)算、調(diào)整配比，給定下料量； 
　　3)根據(jù)下料量自動(dòng)發(fā)出指令卸料； 
　　4)系統(tǒng)能自動(dòng)累計(jì)顯示每路的時(shí)產(chǎn)量、班產(chǎn)量、日產(chǎn)量、月產(chǎn)量、年產(chǎn)量，可以隨時(shí)查詢和打印； 
　　5)在線控制與離線控制隨意切換； 
　　6)具有雙通訊功能，可以跟總控微機(jī)連接，也可以同時(shí)跟X熒光分析儀或鈣鐵分析儀連接；可以將信息遠(yuǎn)傳到管理部門。 
　　
系統(tǒng)不受路數(shù)和磨機(jī)臺(tái)數(shù)限制，適合失重秤、皮帶秤、調(diào)速秤?？梢栽诮ú男袠I(yè)推廣，也可以應(yīng)用于其它生產(chǎn)過(guò)程分析和配料系統(tǒng)，有較高的推廣應(yīng)用價(jià)值。