引言 

我廠特種水泥生產原料主要由石灰石、鋁釩土和部分熟料(晶種)組成，配料原則上應該根據(jù)各原料的化學成分按比例配制。但是因為技術和裝備等原因，原料、生料和熟料的成分分析一直沿用傳統(tǒng)的化學分析方法，定時取樣，手工分析。根據(jù)CaCO3的滴定值，人工計算，人工下料，配料方法原始，時間滯后，不能及時精確地指導生產，致使生料堿度系數(shù)Am合格率和625號高鋁水泥產品品級率低，嚴重制約了特種水泥生產的發(fā)展。 
　　
1999年我們采用X熒光光譜分析技術，實現(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，編制了水泥配料專家系統(tǒng)軟件，建立了光譜儀、配料微機和失重秤三者之間的聯(lián)網，完成了分析數(shù)據(jù)的傳送、配料的自動計算和失重秤下料量的自動控制，提高了特種水泥生產控制分析和過程控制的自動化水平，滿足了生產的要求。 

1　水泥生料、熟料成分的快速分析 

　　成分分析用國內較先進的X熒光光譜分析技術，儀器為國產FJ-2810G型X熒光分析儀。主要由X射線發(fā)生器、樣品室、Si-Li探測器、多道能譜儀、計算機數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和壓片制樣裝置等構成。工作原理是利用X射線激發(fā)被分析元素的原子，從而產生該元素的特征X射線，由探測器接收特征X射線而產生電源脈沖，經前置放大器、主放大器、模數(shù)轉換器變成微機可接受的數(shù)字量被多道譜儀所采集、由計算機將獲取的特征X射線的強度數(shù)據(jù)進行一系列的數(shù)學處理，并加以標定、擬合、校正，最后得到樣品中各元素的含量。 

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

1.2　工作曲線的制作 
　　
儀器分析的關鍵是工作曲線，需進行壓片、測量、設置分析元素和檢測區(qū)、編輯濃度文件和強度文件、編輯影響元素表、做工作曲線等工作。還要進行分析準確性和可靠性檢驗，進行統(tǒng)計分析，計算相對標準偏差。 

1.3　生產應用 
　　
本法經過化驗室8個多月的運行使用，承擔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，取代了原來的化學分析方法。儀器分析SiO2、Al2O3和CaO的標準偏差都在0.15～0.25之間；Fe2O3的在0.1左右；MgO的稍高，達到0.3左右；分析結果合格率在90%以上。分析精度和準確性可以滿足生產控制分析需要，同時提高了分析速度，減輕了工人勞動強度，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配料系統(tǒng)的開發(fā) 

　　 
2.1　系統(tǒng)設計原則 
　　1)軟件界面友好，操作簡單，適宜一般工作人員使用。 
　　2)系統(tǒng)安全、可靠、易于維護。 
　　3)充分利用設備原有的資源，全部采用國產儀器，節(jié)省投資。 
　　4)開放式系統(tǒng)，易于擴充和修改。 
　　5)離線快速分析、在線控制。 

2.2　分析數(shù)據(jù)庫的建立 
　　
在X熒光光譜儀微機上，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。這樣，分析員每分析一個樣品，分析結果會自動存入相應的數(shù)據(jù)庫中，以備調用。 

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配料，還承擔其它分析任務。為使X熒光光譜儀和配料系統(tǒng)都能各自不中斷運行，充分發(fā)揮各自的作用。經過比較，我們選用了WIN95的對等網，在雙方微機上各安裝一塊網卡，配置了網絡適配器。這樣連接，充分利用了WIN95的多任務功能，并且成本低，性能可靠，配料系統(tǒng)可以隨時到熒光分析儀的數(shù)據(jù)庫中讀取分析數(shù)據(jù)，而不用中斷X熒光的正常分析工作。 
　　
專家系統(tǒng)微機距離現(xiàn)場配料崗位300m左右，需進行遠程通訊。我們采用遠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，通過對其屬性的設定和編程，實現(xiàn)了配料數(shù)據(jù)的自動傳送。 

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 
　　
特種水泥生產配料的數(shù)學公式之一為: 
　　 
　　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)，計算堿度系數(shù)Am，參考水泥技術人員的經驗預置一整定值(Am0)，通過比較，計算出要加物料的重量，傳送到失重秤，實現(xiàn)自動控制下料量。 

2.4.2　程序原理框圖 
　　
根據(jù)上述模型和控制機理，編制了采樣、對比分析、調整發(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語言編寫，可直接運行于WIN95或WIN98環(huán)境中，界面友好，操作簡單。為了便于用戶操作，軟件的全部功能按鈕放于屏幕底部，用戶用鼠標單擊左鍵，便可實現(xiàn)相應的功能。它們分別為:輸入標準值、接收數(shù)據(jù)、計算配比、調整配比、修改配比、發(fā)送配比、退出。各功能分別介紹如下: 
　　
輸入標準值:執(zhí)行后，會彈出一個對話框，請用戶輸入各個配料成分的標準配比和經驗堿度系數(shù)Am0。用戶輸入完成后，單擊確定，各配比會被顯示在主屏幕上。 
　　
計算配比:程序將平均值代入Am計算公式，計算出實際的Am值，并顯示于屏幕上。 
　　
接收數(shù)據(jù):通過WIN95對等網，從X熒光分析儀的專用數(shù)據(jù)庫中讀取分析數(shù)據(jù)。執(zhí)行時，會先請求用戶輸入樣品名稱，然后程序會從數(shù)據(jù)庫中找出所有符合條件的分析數(shù)據(jù)記錄，用網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。 
　　
調整配比:程序將實際的Am值與給定標準的Am0相比較，計算出差值，判斷是否超差。如果超差，則調整石灰石和鋁釩土等原料的配比。 
　　
發(fā)送配比:程序將調整后的配比通過串口發(fā)送至失重秤微機。為了能夠讓控制機知道去控制幾號磨，用選項控件，做了一個磨號選擇過程，用戶只需將預控制的磨號前的按鈕選中，程序會自動將配料數(shù)據(jù)發(fā)往該磨。 

2.4.4　配料系統(tǒng)與失重秤的連接 
　　
配料微機距離現(xiàn)場配料崗位300m左右，需進行RS-232串行端口遠程通訊。我們采用遠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，通過對其屬性的設定和編程，實現(xiàn)了配料數(shù)據(jù)的自動傳送。 

2.4.5　程序的使用 
　　
程序使用時，在WINDOWS桌面上雙擊配料系統(tǒng)圖標，即可進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　特種水泥自動配料系統(tǒng)簡介 

2.5.1　控制模式 
　　
本系統(tǒng)控制模式分為兩種。模式1可以自動與X熒光分析儀連接的專家系統(tǒng)微機通訊，專家系統(tǒng)微機根據(jù)分析數(shù)據(jù)及工程師下達的堿度系數(shù)Am指標，自動計算調整配比并發(fā)送到現(xiàn)場控制微機。模式2為重量配比，配比為工藝員根據(jù)化驗結果，手工調整。兩種模式可以隨時切換。 

2.5.2　系統(tǒng)簡圖 
　　
特種水泥快速分析與自動配料控制聯(lián)網結構如圖2所示。系統(tǒng)硬件由X熒光光譜儀、配料微機、遠程通訊卡、球磨機和失重秤等組成。這種方式是經過多種方案對比，優(yōu)化選取的，具有成本低、操作維護方便，效果好等特點。系統(tǒng)運行時，配料微機自動從X熒光分析讀取有關分析數(shù)據(jù)，經運算處理后，計算出新的配比，通過串口遠程傳至失重秤微機，失重秤微機接到新的配比方案后，指導失重秤動作，按指令下料。 
　　 




　　圖2　聯(lián)網結構圖 


2.5.3　系統(tǒng)功能 
　　1)自動調用X熒光光譜儀的成分分析數(shù)據(jù)； 
　　2)自動計算、調整配比，給定下料量； 
　　3)根據(jù)下料量自動發(fā)出指令卸料； 
　　4)系統(tǒng)能自動累計顯示每路的時產量、班產量、日產量、月產量、年產量，可以隨時查詢和打印； 
　　5)在線控制與離線控制隨意切換； 
　　6)具有雙通訊功能，可以跟總控微機連接，也可以同時跟X熒光分析儀或鈣鐵分析儀連接；可以將信息遠傳到管理部門。 
　　
系統(tǒng)不受路數(shù)和磨機臺數(shù)限制，適合失重秤、皮帶秤、調速秤?？梢栽诮ú男袠I(yè)推廣，也可以應用于其它生產過程分析和配料系統(tǒng)，有較高的推廣應用價值。