QCS生料質量控制系統(tǒng)在新型干法水泥生產線上的應用

引言
    近幾年，隨著新型干法水泥生產線突飛猛進的發(fā)展，水泥廠的自動化水平也得到不斷提高。DCS集散控制系統(tǒng)和QCS生料質量控制系統(tǒng)已成為新型干法水泥生產線兩大重要的自動化系統(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質量的前提條件，因而生料質量控制已成為新型干法生產線至關重要的控制內容。因此，掌握QCS生料質量控制系統(tǒng)中各項技術和其控制原理，對于應用好該系統(tǒng)具有重要作用。
    1系統(tǒng)組成與結構
 
    2系統(tǒng)軟硬件環(huán)境
    QCS生料質量控制系統(tǒng)采用基于Intel處理器的Dell計算機為硬件環(huán)境，使用Microsoft  Windows 2000  Server作為操作系統(tǒng)，為QCS生料質量控制系統(tǒng)提供了一個穩(wěn)定、可靠、高效的軟硬件平臺。
    QCS生料質量控制系統(tǒng)采用Microsoft SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫作為QCS生料質量控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心，進行數(shù)據(jù)存儲與查詢，管理整個生產過程的所有相關的控制數(shù)據(jù)。并且包括多種豐富的數(shù)據(jù)庫查閱方式（如曲線圖表或數(shù)據(jù)報表），可方便用戶隨時查詢數(shù)據(jù)，實時掌握生產控制及質量情況。
    X熒光分析儀是生料質量控制系統(tǒng)進行質量檢驗的核心，它為QCS生料質量控制系統(tǒng)提供出磨生料和入窯生料各化學成分快速分析。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)運轉的要求，并且具有中文操作系統(tǒng)的X熒光分析儀，對于QCS生料質量控制系統(tǒng)至關重要（如帕納科Magix、Axios-Magix改進型、Venus等型號的熒光儀）。
    QCS生料質量控制系統(tǒng)與X熒光分析儀采用以太網絡或者RS232串行通訊方式進行可靠的物理聯(lián)接，X熒光分析儀在成分分析后，自動將分析結果及相應標識傳送至QCS生料質量控制系統(tǒng)。QCS系統(tǒng)通過標識自動進行數(shù)據(jù)分類處理。若為出磨生料，則將分析結果存入計算機并自動執(zhí)行配料控制計算；若為入窯生料或入磨原料等其他成分數(shù)據(jù)，則將分析結果存入計算機的Microsoft SQL Server 2000 數(shù)據(jù)庫，以便進行統(tǒng)計分析及報表打印等處理。
QCS生料質量控制系統(tǒng)在實際生產設計應用時，必須與DCS系統(tǒng)聯(lián)網以實現(xiàn)各項控制數(shù)據(jù)的實時交換。通常QCS傳給DCS內容為各原料的配比，出磨和入窯生料CaO 、SiO2、 Al2O3、Fe2O3、MgO等化學成分；出磨生料的KH 、 N  、P  實時數(shù)據(jù)；DCS傳給QCS 的內容包括：各原料秤開停狀態(tài)、瞬時流量、累計流量、磨機給定產量等。
    隨著現(xiàn)代化的工業(yè)控制的發(fā)展，QCS生料質量控制系統(tǒng)和DCS系統(tǒng)進行大量的數(shù)據(jù)交換，需要面對眾多DCS廠商的硬件產品和不斷更新的軟件產品。因此，QCS系統(tǒng)與DCS系統(tǒng)采用快速以太網進行物理聯(lián)接，利用 OPC（OLE for Process Control——用于過程控制的OLE）工業(yè)標準進行數(shù)據(jù)交換和通訊是兩大系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交換的最好平臺。
OPC是一個先進的工業(yè)標準，它是許多世界領先的自動化和軟、硬件公司與微軟公司合作的結晶。這個標準定義了應用Microsoft操作系統(tǒng)在基于PC 的客戶機之間交換自動化實時數(shù)據(jù)的方法。
    OPC規(guī)范定義了一個工業(yè)標準接口，這個標準使得COM技術適用于過程控制和制造自動化等應用領域。 OPC是以OLE/COM機制作為應用程序的通訊標準。OLE/COM是一種客戶/服務器模式，具有語言無關性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使用戶完全從低層的開發(fā)中脫離出來。
    由于OPC規(guī)范基于OLE/COM技術，同時OLE/COM的擴展遠程OLE自動化與DCOM技術支持TCP/IP等多種網絡協(xié)議，因此可以將OPC客戶、服務器在物理上分開，分布于網絡不同節(jié)點上,正是這一點使得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標準進行數(shù)據(jù)通訊的QCS生料質量控制系統(tǒng)，不僅與DCS交互了QCS必需的配比和流量數(shù)據(jù)，而且對與現(xiàn)場工業(yè)生產相關的眾多DCS信息數(shù)據(jù)進行采集，生成QCS獨特的生產數(shù)據(jù)庫，可通過網絡傳送給生產隔離系統(tǒng)，供企業(yè)領導進行生產和經營決策。
    3 系統(tǒng)原理功能
    QCS生料質量控制系統(tǒng)包括原料數(shù)據(jù)管理、配方計算、配料實時控制、統(tǒng)計報表、事件記錄、數(shù)據(jù)庫管理與查詢、工藝管理、用戶管理、趨勢曲線等多功能。其中，采用最優(yōu)化技術是QCS系統(tǒng)的技術核心。
 
    3.1  QCS生料質量控制系統(tǒng)原理
    首先，QCS生料配料控制系統(tǒng)根據(jù)各原料化學成分、煤灰的化學成分、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行配料計算，求出生料的KH、N、P三率值控制目標和石灰石、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行喂料。由于原料成分的波動，出磨生料KH、N、P三率值和出均化庫生料KH、N、P三率值都會與生料KH、N、P目標值之間產生偏差。QCS配料系統(tǒng)每過一段時間(一小時)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等成分并自動傳送給配料計算機。計算機算出一個周期內的實測KH、N、P以及它們與目標值之間的偏差，QCS系統(tǒng)按一定的優(yōu)化算法求出新的物料配比。在幾個周期內將均化庫出口生料三率值控制在要求的范圍內，確保入窯生料KH、N、P三率值的合格率達到規(guī)定要求。
    3.2  QCS生料質量控制系統(tǒng)的基本功能
    3.2.1 配方計算功能
    可進行根據(jù)各原料化學成分以及工藝要求的KH、N、P三率值自動進行配料計算。本QCS系統(tǒng)可進行三組分、四組分、多組分的配方設計和計算，并打印出配方計算報告。
    3.2.2 生料率值自動控制功能
    根據(jù)出磨生料率值與生料目標值之間的偏差，并考慮各物料的配比限制、率值的權重進行優(yōu)化計算，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)可以通過網絡聯(lián)接或RS232（或RS485）串行通訊方式與X熒光分析儀進行數(shù)據(jù)通訊。完成分析結果數(shù)據(jù)的采集、處理和管理功能。
    (2)可以通過網絡與全廠DCS計算機控制系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊，從而完成各種原料喂料配比、實測流量、生料實測成分等數(shù)據(jù)實時傳送。這些控制參量同時可傳輸?shù)街醒肟刂剖疫M行顯示。
    (3)本控制系統(tǒng)將各類分析結果數(shù)據(jù)、與DCS通訊各類生產實時數(shù)據(jù)以及各類控制數(shù)據(jù)建立完整的數(shù)據(jù)庫，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
    計算機自動對各種數(shù)據(jù)進行處理，包括生料實測成分、瞬時流量、累計產量等。完成對各種數(shù)據(jù)實時顯示，各種報表和趨勢圖的顯示和打印。
    3.2.5 QCS軟件
    本QCS軟件采用Windows操作系統(tǒng)平臺，全中文界面，可方便地通過鼠標或鍵盤實現(xiàn)人機對話。
    4 QCS系統(tǒng)的未來發(fā)展
    隨著水泥廠規(guī)模的不斷擴大和計算機網絡技術在水泥廠的深入普及，未來水泥廠QCS自動化系統(tǒng)的另一突出特點在于管理和控制一體化。QCS生料質量控制系統(tǒng)不僅能夠實現(xiàn)生產的實時質量控制，而且還可以收集、儲存海量的生產數(shù)據(jù)和質量數(shù)據(jù)。對這些寶貴的數(shù)據(jù)按照生產管理要求進行精簡處理，通過信息化的網絡，可以給生產管理者提供快速準確的各類管理報表，使企業(yè)的生產管理達到現(xiàn)代化的信息化管理水平，使水泥廠真正實現(xiàn)生產控制自動化、生產管理信息化。
（中國水泥網 轉載請注明出處）