QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)在新型干法水泥生產(chǎn)線上的應(yīng)用

引言
    近幾年，隨著新型干法水泥生產(chǎn)線突飛猛進(jìn)的發(fā)展，水泥廠的自動(dòng)化水平也得到不斷提高。DCS集散控制系統(tǒng)和QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)已成為新型干法水泥生產(chǎn)線兩大重要的自動(dòng)化系統(tǒng)。
    眾所周知，入窯生料KH、N、P三率值的均勻穩(wěn)定，是穩(wěn)定水泥窯熱工制度和提高熟料產(chǎn)質(zhì)量的前提條件，因而生料質(zhì)量控制已成為新型干法生產(chǎn)線至關(guān)重要的控制內(nèi)容。因此，掌握QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)中各項(xiàng)技術(shù)和其控制原理，對(duì)于應(yīng)用好該系統(tǒng)具有重要作用。
    1系統(tǒng)組成與結(jié)構(gòu)
 
    2系統(tǒng)軟硬件環(huán)境
    QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)采用基于Intel處理器的Dell計(jì)算機(jī)為硬件環(huán)境，使用Microsoft  Windows 2000  Server作為操作系統(tǒng)，為QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)提供了一個(gè)穩(wěn)定、可靠、高效的軟硬件平臺(tái)。
    QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫(kù)作為QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與查詢，管理整個(gè)生產(chǎn)過程的所有相關(guān)的控制數(shù)據(jù)。并且包括多種豐富的數(shù)據(jù)庫(kù)查閱方式（如曲線圖表或數(shù)據(jù)報(bào)表），可方便用戶隨時(shí)查詢數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握生產(chǎn)控制及質(zhì)量情況。
    X熒光分析儀是生料質(zhì)量控制系統(tǒng)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的核心，它為QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)提供出磨生料和入窯生料各化學(xué)成分快速分析。選擇穩(wěn)定性高,故障率極低,適合水泥行業(yè)大批量樣品連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的要求，并且具有中文操作系統(tǒng)的X熒光分析儀，對(duì)于QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)至關(guān)重要（如帕納科Magix、Axios-Magix改進(jìn)型、Venus等型號(hào)的熒光儀）。
    QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)與X熒光分析儀采用以太網(wǎng)絡(luò)或者RS232串行通訊方式進(jìn)行可靠的物理聯(lián)接，X熒光分析儀在成分分析后，自動(dòng)將分析結(jié)果及相應(yīng)標(biāo)識(shí)傳送至QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)。QCS系統(tǒng)通過標(biāo)識(shí)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類處理。若為出磨生料，則將分析結(jié)果存入計(jì)算機(jī)并自動(dòng)執(zhí)行配料控制計(jì)算；若為入窯生料或入磨原料等其他成分?jǐn)?shù)據(jù)，則將分析結(jié)果存入計(jì)算機(jī)的Microsoft SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫(kù)，以便進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及報(bào)表打印等處理。
QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)在實(shí)際生產(chǎn)設(shè)計(jì)應(yīng)用時(shí)，必須與DCS系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)控制數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)交換。通常QCS傳給DCS內(nèi)容為各原料的配比，出磨和入窯生料CaO 、SiO2、 Al2O3、Fe2O3、MgO等化學(xué)成分；出磨生料的KH 、 N  、P  實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；DCS傳給QCS 的內(nèi)容包括：各原料秤開停狀態(tài)、瞬時(shí)流量、累計(jì)流量、磨機(jī)給定產(chǎn)量等。
    隨著現(xiàn)代化的工業(yè)控制的發(fā)展，QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)交換，需要面對(duì)眾多DCS廠商的硬件產(chǎn)品和不斷更新的軟件產(chǎn)品。因此，QCS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)采用快速以太網(wǎng)進(jìn)行物理聯(lián)接，利用 OPC（OLE for Process Control——用于過程控制的OLE）工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和通訊是兩大系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的最好平臺(tái)。
OPC是一個(gè)先進(jìn)的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，它是許多世界領(lǐng)先的自動(dòng)化和軟、硬件公司與微軟公司合作的結(jié)晶。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)定義了應(yīng)用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC 的客戶機(jī)之間交換自動(dòng)化實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的方法。
    OPC規(guī)范定義了一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)使得COM技術(shù)適用于過程控制和制造自動(dòng)化等應(yīng)用領(lǐng)域。 OPC是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)。OLE/COM是一種客戶/服務(wù)器模式，具有語(yǔ)言無(wú)關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點(diǎn)。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對(duì)客戶的透明性，使用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來(lái)。
    由于OPC規(guī)范基于OLE/COM技術(shù)，同時(shí)OLE/COM的擴(kuò)展遠(yuǎn)程OLE自動(dòng)化與DCOM技術(shù)支持TCP/IP等多種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，因此可以將OPC客戶、服務(wù)器在物理上分開，分布于網(wǎng)絡(luò)不同節(jié)點(diǎn)上,正是這一點(diǎn)使得DCS與QCS之間的數(shù)據(jù)交換和通訊成為可能。因此Schneider公司的Quantum 、Siemens公司的SIMATIC、ABB公司的Freelance2000等，均支持OPC方式的數(shù)據(jù)聯(lián)接。利用OPC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊的QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)，不僅與DCS交互了QCS必需的配比和流量數(shù)據(jù)，而且對(duì)與現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)的眾多DCS信息數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，生成QCS獨(dú)特的生產(chǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)，可通過網(wǎng)絡(luò)傳送給生產(chǎn)隔離系統(tǒng)，供企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)決策。
    3 系統(tǒng)原理功能
    QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)包括原料數(shù)據(jù)管理、配方計(jì)算、配料實(shí)時(shí)控制、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、事件記錄、數(shù)據(jù)庫(kù)管理與查詢、工藝管理、用戶管理、趨勢(shì)曲線等多功能。其中，采用最優(yōu)化技術(shù)是QCS系統(tǒng)的技術(shù)核心。
 
    3.1  QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)原理
    首先，QCS生料配料控制系統(tǒng)根據(jù)各原料化學(xué)成分、煤灰的化學(xué)成分、煤的工業(yè)分析數(shù)據(jù)以及熟料要求的三率值和熱耗進(jìn)行配料計(jì)算，求出生料的KH、N、P三率值控制目標(biāo)和石灰石、粘土、鐵粉以及校正原料初始喂料配比。QCS系統(tǒng)將各原料的初始配比傳送給DCS控制系統(tǒng)控制電子喂料皮帶秤進(jìn)行喂料。由于原料成分的波動(dòng)，出磨生料KH、N、P三率值和出均化庫(kù)生料KH、N、P三率值都會(huì)與生料KH、N、P目標(biāo)值之間產(chǎn)生偏差。QCS配料系統(tǒng)每過一段時(shí)間(一小時(shí))從生料取樣器中取出具有代表性的出磨生料樣品和均化庫(kù)出口生料樣品，通過X熒光分析儀分析出它的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分并自動(dòng)傳送給配料計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)算出一個(gè)周期內(nèi)的實(shí)測(cè)KH、N、P以及它們與目標(biāo)值之間的偏差，QCS系統(tǒng)按一定的優(yōu)化算法求出新的物料配比。在幾個(gè)周期內(nèi)將均化庫(kù)出口生料三率值控制在要求的范圍內(nèi)，確保入窯生料KH、N、P三率值的合格率達(dá)到規(guī)定要求。
    3.2  QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)的基本功能
    3.2.1 配方計(jì)算功能
    可進(jìn)行根據(jù)各原料化學(xué)成分以及工藝要求的KH、N、P三率值自動(dòng)進(jìn)行配料計(jì)算。本QCS系統(tǒng)可進(jìn)行三組分、四組分、多組分的配方設(shè)計(jì)和計(jì)算，并打印出配方計(jì)算報(bào)告。
    3.2.2 生料率值自動(dòng)控制功能
    根據(jù)出磨生料率值與生料目標(biāo)值之間的偏差，并考慮各物料的配比限制、率值的權(quán)重進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，算出各物料下一周期新的喂料配比，通過DCS系統(tǒng)控制各原料電子秤喂料。
    3.2.3數(shù)據(jù)通訊功能
    (1)本系統(tǒng)可以通過網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接或RS232（或RS485）串行通訊方式與X熒光分析儀進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。完成分析結(jié)果數(shù)據(jù)的采集、處理和管理功能。
    (2)可以通過網(wǎng)絡(luò)與全廠DCS計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，從而完成各種原料喂料配比、實(shí)測(cè)流量、生料實(shí)測(cè)成分等數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送。這些控制參量同時(shí)可傳輸?shù)街醒肟刂剖疫M(jìn)行顯示。
    (3)本控制系統(tǒng)將各類分析結(jié)果數(shù)據(jù)、與DCS通訊各類生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及各類控制數(shù)據(jù)建立完整的數(shù)據(jù)庫(kù)，以便于MIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)查詢。
    3.2.4數(shù)據(jù)處理功能
    計(jì)算機(jī)自動(dòng)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，包括生料實(shí)測(cè)成分、瞬時(shí)流量、累計(jì)產(chǎn)量等。完成對(duì)各種數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示，各種報(bào)表和趨勢(shì)圖的顯示和打印。
    3.2.5 QCS軟件
    本QCS軟件采用Windows操作系統(tǒng)平臺(tái)，全中文界面，可方便地通過鼠標(biāo)或鍵盤實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。
    4 QCS系統(tǒng)的未來(lái)發(fā)展
    隨著水泥廠規(guī)模的不斷擴(kuò)大和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在水泥廠的深入普及，未來(lái)水泥廠QCS自動(dòng)化系統(tǒng)的另一突出特點(diǎn)在于管理和控制一體化。QCS生料質(zhì)量控制系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)的實(shí)時(shí)質(zhì)量控制，而且還可以收集、儲(chǔ)存海量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)和質(zhì)量數(shù)據(jù)。對(duì)這些寶貴的數(shù)據(jù)按照生產(chǎn)管理要求進(jìn)行精簡(jiǎn)處理，通過信息化的網(wǎng)絡(luò)，可以給生產(chǎn)管理者提供快速準(zhǔn)確的各類管理報(bào)表，使企業(yè)的生產(chǎn)管理達(dá)到現(xiàn)代化的信息化管理水平，使水泥廠真正實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)控制自動(dòng)化、生產(chǎn)管理信息化。
（中國(guó)水泥網(wǎng) 轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處）