QCS生料质量控制系统在新型干法水泥生产线上的应用
引言
近几年，随着新型干法水泥生产线突飞猛进的发展，水泥厂的自动化水平也得到不断提高。DCS集散控制系统和QCS生料质量控制系统已成为新型干法水泥生产线两大重要的自动化系统。
众所周知，入窑生料KH、N、P三率值的均匀稳定，是稳定水泥窑热工制度和提高熟料产质量的前提条件，因而生料质量控制已成为新型干法生产线至关重要的控制内容。因此，掌握QCS生料质量控制系统中各项技术和其控制原理，对于应用好该系统具有重要作用。
1系统组成与结构
2系统软硬件环境
QCS生料质量控制系统采用基于Intel处理器的Dell计算机为硬件环境，使用Microsoft Windows 2000 Server作为操作系统，为QCS生料质量控制系统提供了一个稳定、可靠、高效的软硬件平台。
QCS生料质量控制系统采用Microsoft SQL Server 2000 数据库作为QCS生料质量控制系统的数据中心，进行数据存储与查询，管理整个生产过程的所有相关的控制数据。并且包括多种丰富的数据库查阅方式（如曲线图表或数据报表），可方便用户随时查询数据，实时掌握生产控制及质量情况。
X荧光分析仪是生料质量控制系统进行质量检验的核心，它为QCS生料质量控制系统提供出磨生料和入窑生料各化学成分快速分析。选择稳定性高,故障率极低,适合水泥行业大批量样品连续运转的要求，并且具有中文操作系统的X荧光分析仪，对于QCS生料质量控制系统至关重要（如帕纳科Magix、Axios-Magix改进型、Venus等型号的荧光仪）。
QCS生料质量控制系统与X荧光分析仪采用以太网络或者RS232串行通讯方式进行可靠的物理联接，X荧光分析仪在成分分析后，自动将分析结果及相应标识传送至QCS生料质量控制系统。QCS系统通过标识自动进行数据分类处理。若为出磨生料，则将分析结果存入计算机并自动执行配料控制计算；若为入窑生料或入磨原料等其他成分数据，则将分析结果存入计算机的Microsoft SQL Server 2000 数据库，以便进行统计分析及报表打印等处理。
QCS生料质量控制系统在实际生产设计应用时，必须与DCS系统联网以实现各项控制数据的实时交换。通常QCS传给DCS内容为各原料的配比，出磨和入窑生料CaO 、SiO2、 Al2O3、Fe2O3、MgO等化学成分；出磨生料的KH 、 N 、P 实时数据；DCS传给QCS 的内容包括：各原料秤开停状态、瞬时流量、累计流量、磨机给定产量等。
随着现代化的工业控制的发展，QCS生料质量控制系统和DCS系统进行大量的数据交换，需要面对众多DCS厂商的硬件产品和不断更新的软件产品。因此，QCS系统与DCS系统采用快速以太网进行物理联接，利用 OPC（OLE for Process Control——用于过程控制的OLE）工业标准进行数据交换和通讯是两大系统进行数据交换的最好平台。
OPC是一个先进的工业标准，它是许多世界领先的自动化和软、硬件公司与微软公司合作的结晶。这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC 的客户机之间交换自动化实时数据的方法。
OPC规范定义了一个工业标准接口，这个标准使得COM技术适用于过程控制和制造自动化等应用领域。 OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使用户完全从低层的开发中脱离出来。
由于OPC规范基于OLE/COM技术，同时OLE/COM的扩展远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP/IP等多种网络协议，因此可以将OPC客户、服务器在物理上分开，分布于网络不同节点上,正是这一点使得DCS与QCS之间的数据交换和通讯成为可能。因此Schneider公司的Quantum 、Siemens公司的SIMATIC、ABB公司的Freelance2000等，均支持OPC方式的数据联接。利用OPC标准进行数据通讯的QCS生料质量控制系统，不仅与DCS交互了QCS必需的配比和流量数据，而且对与现场工业生产相关的众多DCS信息数据进行采集，生成QCS独特的生产数据库，可通过网络传送给生产隔离系统，供企业领导进行生产和经营决策。
3 系统原理功能
QCS生料质量控制系统包括原料数据管理、配方计算、配料实时控制、统计报表、事件记录、数据库管理与查询、工艺管理、用户管理、趋势曲线等多功能。其中，采用最优化技术是QCS系统的技术核心。
3.1 QCS生料质量控制系统原理
首先，QCS生料配料控制系统根据各原料化学成分、煤灰的化学成分、煤的工业分析数据以及熟料要求的三率值和热耗进行配料计算，求出生料的KH、N、P三率值控制目标和石灰石、粘土、铁粉以及校正原料初始喂料配比。QCS系统将各原料的初始配比传送给DCS控制系统控制电子喂料皮带秤进行喂料。由于原料成分的波动，出磨生料KH、N、P三率值和出均化库生料KH、N、P三率值都会与生料KH、N、P目标值之间产生偏差。QCS配料系统每过一段时间(一小时)从生料取样器中取出具有代表性的出磨生料样品和均化库出口生料样品，通过X荧光分析仪分析出它的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分并自动传送给配料计算机。计算机算出一个周期内的实测KH、N、P以及它们与目标值之间的偏差，QCS系统按一定的优化算法求出新的物料配比。在几个周期内将均化库出口生料三率值控制在要求的范围内，确保入窑生料KH、N、P三率值的合格率达到规定要求。
3.2 QCS生料质量控制系统的基本功能
3.2.1 配方计算功能
可进行根据各原料化学成分以及工艺要求的KH、N、P三率值自动进行配料计算。本QCS系统可进行三组分、四组分、多组分的配方设计和计算，并打印出配方计算报告。
3.2.2 生料率值自动控制功能
根据出磨生料率值与生料目标值之间的偏差，并考虑各物料的配比限制、率值的权重进行优化计算，算出各物料下一周期新的喂料配比，通过DCS系统控制各原料电子秤喂料。
3.2.3数据通讯功能
(1)本系统可以通过网络联接或RS232（或RS485）串行通讯方式与X荧光分析仪进行数据通讯。完成分析结果数据的采集、处理和管理功能。
(2)可以通过网络与全厂DCS计算机控制系统进行数据通讯，从而完成各种原料喂料配比、实测流量、生料实测成分等数据实时传送。这些控制参量同时可传输到中央控制室进行显示。
(3)本控制系统将各类分析结果数据、与DCS通讯各类生产实时数据以及各类控制数据建立完整的数据库，以便于MIS系统的数据查询。
3.2.4数据处理功能
计算机自动对各种数据进行处理，包括生料实测成分、瞬时流量、累计产量等。完成对各种数据实时显示，各种报表和趋势图的显示和打印。
3.2.5 QCS软件
本QCS软件采用Windows操作系统平台，全中文界面，可方便地通过鼠标或键盘实现人机对话。
4 QCS系统的未来发展
随着水泥厂规模的不断扩大和计算机网络技术在水泥厂的深入普及，未来水泥厂QCS自动化系统的另一突出特点在于管理和控制一体化。QCS生料质量控制系统不仅能够实现生产的实时质量控制，而且还可以收集、储存海量的生产数据和质量数据。对这些宝贵的数据按照生产管理要求进行精简处理，通过信息化的网络，可以给生产管理者提供快速准确的各类管理报表，使企业的生产管理达到现代化的信息化管理水平，使水泥厂真正实现生产控制自动化、生产管理信息化。
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近几年，随着新型干法水泥生产线突飞猛进的发展，水泥厂的自动化水平也得到不断提高。DCS集散控制系统和QCS生料质量控制系统已成为新型干法水泥生产线两大重要的自动化系统。
众所周知，入窑生料KH、N、P三率值的均匀稳定，是稳定水泥窑热工制度和提高熟料产质量的前提条件，因而生料质量控制已成为新型干法生产线至关重要的控制内容。因此，掌握QCS生料质量控制系统中各项技术和其控制原理，对于应用好该系统具有重要作用。
1系统组成与结构
2系统软硬件环境
QCS生料质量控制系统采用基于Intel处理器的Dell计算机为硬件环境，使用Microsoft Windows 2000 Server作为操作系统，为QCS生料质量控制系统提供了一个稳定、可靠、高效的软硬件平台。
QCS生料质量控制系统采用Microsoft SQL Server 2000 数据库作为QCS生料质量控制系统的数据中心，进行数据存储与查询，管理整个生产过程的所有相关的控制数据。并且包括多种丰富的数据库查阅方式（如曲线图表或数据报表），可方便用户随时查询数据，实时掌握生产控制及质量情况。
X荧光分析仪是生料质量控制系统进行质量检验的核心，它为QCS生料质量控制系统提供出磨生料和入窑生料各化学成分快速分析。选择稳定性高,故障率极低,适合水泥行业大批量样品连续运转的要求，并且具有中文操作系统的X荧光分析仪，对于QCS生料质量控制系统至关重要（如帕纳科Magix、Axios-Magix改进型、Venus等型号的荧光仪）。
QCS生料质量控制系统与X荧光分析仪采用以太网络或者RS232串行通讯方式进行可靠的物理联接，X荧光分析仪在成分分析后，自动将分析结果及相应标识传送至QCS生料质量控制系统。QCS系统通过标识自动进行数据分类处理。若为出磨生料，则将分析结果存入计算机并自动执行配料控制计算；若为入窑生料或入磨原料等其他成分数据，则将分析结果存入计算机的Microsoft SQL Server 2000 数据库，以便进行统计分析及报表打印等处理。
QCS生料质量控制系统在实际生产设计应用时，必须与DCS系统联网以实现各项控制数据的实时交换。通常QCS传给DCS内容为各原料的配比，出磨和入窑生料CaO 、SiO2、 Al2O3、Fe2O3、MgO等化学成分；出磨生料的KH 、 N 、P 实时数据；DCS传给QCS 的内容包括：各原料秤开停状态、瞬时流量、累计流量、磨机给定产量等。
随着现代化的工业控制的发展，QCS生料质量控制系统和DCS系统进行大量的数据交换，需要面对众多DCS厂商的硬件产品和不断更新的软件产品。因此，QCS系统与DCS系统采用快速以太网进行物理联接，利用 OPC（OLE for Process Control——用于过程控制的OLE）工业标准进行数据交换和通讯是两大系统进行数据交换的最好平台。
OPC是一个先进的工业标准，它是许多世界领先的自动化和软、硬件公司与微软公司合作的结晶。这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC 的客户机之间交换自动化实时数据的方法。
OPC规范定义了一个工业标准接口，这个标准使得COM技术适用于过程控制和制造自动化等应用领域。 OPC是以OLE/COM机制作为应用程序的通讯标准。OLE/COM是一种客户/服务器模式，具有语言无关性、代码重用性、易于集成性等优点。OPC规范了接口函数，不管现场设备以何种形式存在，客户都以统一的方式去访问，从而保证软件对客户的透明性，使用户完全从低层的开发中脱离出来。
由于OPC规范基于OLE/COM技术，同时OLE/COM的扩展远程OLE自动化与DCOM技术支持TCP/IP等多种网络协议，因此可以将OPC客户、服务器在物理上分开，分布于网络不同节点上,正是这一点使得DCS与QCS之间的数据交换和通讯成为可能。因此Schneider公司的Quantum 、Siemens公司的SIMATIC、ABB公司的Freelance2000等，均支持OPC方式的数据联接。利用OPC标准进行数据通讯的QCS生料质量控制系统，不仅与DCS交互了QCS必需的配比和流量数据，而且对与现场工业生产相关的众多DCS信息数据进行采集，生成QCS独特的生产数据库，可通过网络传送给生产隔离系统，供企业领导进行生产和经营决策。
3 系统原理功能
QCS生料质量控制系统包括原料数据管理、配方计算、配料实时控制、统计报表、事件记录、数据库管理与查询、工艺管理、用户管理、趋势曲线等多功能。其中，采用最优化技术是QCS系统的技术核心。
3.1 QCS生料质量控制系统原理
首先，QCS生料配料控制系统根据各原料化学成分、煤灰的化学成分、煤的工业分析数据以及熟料要求的三率值和热耗进行配料计算，求出生料的KH、N、P三率值控制目标和石灰石、粘土、铁粉以及校正原料初始喂料配比。QCS系统将各原料的初始配比传送给DCS控制系统控制电子喂料皮带秤进行喂料。由于原料成分的波动，出磨生料KH、N、P三率值和出均化库生料KH、N、P三率值都会与生料KH、N、P目标值之间产生偏差。QCS配料系统每过一段时间(一小时)从生料取样器中取出具有代表性的出磨生料样品和均化库出口生料样品，通过X荧光分析仪分析出它的CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3等成分并自动传送给配料计算机。计算机算出一个周期内的实测KH、N、P以及它们与目标值之间的偏差，QCS系统按一定的优化算法求出新的物料配比。在几个周期内将均化库出口生料三率值控制在要求的范围内，确保入窑生料KH、N、P三率值的合格率达到规定要求。
3.2 QCS生料质量控制系统的基本功能
3.2.1 配方计算功能
可进行根据各原料化学成分以及工艺要求的KH、N、P三率值自动进行配料计算。本QCS系统可进行三组分、四组分、多组分的配方设计和计算，并打印出配方计算报告。
3.2.2 生料率值自动控制功能
根据出磨生料率值与生料目标值之间的偏差，并考虑各物料的配比限制、率值的权重进行优化计算，算出各物料下一周期新的喂料配比，通过DCS系统控制各原料电子秤喂料。
3.2.3数据通讯功能
(1)本系统可以通过网络联接或RS232（或RS485）串行通讯方式与X荧光分析仪进行数据通讯。完成分析结果数据的采集、处理和管理功能。
(2)可以通过网络与全厂DCS计算机控制系统进行数据通讯，从而完成各种原料喂料配比、实测流量、生料实测成分等数据实时传送。这些控制参量同时可传输到中央控制室进行显示。
(3)本控制系统将各类分析结果数据、与DCS通讯各类生产实时数据以及各类控制数据建立完整的数据库，以便于MIS系统的数据查询。
3.2.4数据处理功能
计算机自动对各种数据进行处理，包括生料实测成分、瞬时流量、累计产量等。完成对各种数据实时显示，各种报表和趋势图的显示和打印。
3.2.5 QCS软件
本QCS软件采用Windows操作系统平台，全中文界面，可方便地通过鼠标或键盘实现人机对话。
4 QCS系统的未来发展
随着水泥厂规模的不断扩大和计算机网络技术在水泥厂的深入普及，未来水泥厂QCS自动化系统的另一突出特点在于管理和控制一体化。QCS生料质量控制系统不仅能够实现生产的实时质量控制，而且还可以收集、储存海量的生产数据和质量数据。对这些宝贵的数据按照生产管理要求进行精简处理，通过信息化的网络，可以给生产管理者提供快速准确的各类管理报表，使企业的生产管理达到现代化的信息化管理水平，使水泥厂真正实现生产控制自动化、生产管理信息化。
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