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1、1丹丹东东东东方方测测控控技技术术股股份份有有限限公公司司在在线线分分析析仪仪生生料料配配料料技技术术方方案案2目录目录目录目录一、DF-5701 中子活化水泥元素在线分析仪分析系统.3（一）概述.3（二）测量原理.3（三）组成.4（四）在线分析仪技术参数. 6二、DF-5701 中子活化水泥元素在线分析仪自动配料系统.8（一）实现优化智能配料. 8（二）实现给料皮带和集料皮带的智能匹配. 10（三）实现低成本物料优选控制.10三、在线分析仪控制系统与 DCS 系统连接. 11（一）自动配料系统硬件连接.11（二）信号接口.11四、在线分析仪自动配料系统功能和效益.13五、在线分析仪自动配料系
2、统技术优势.14六、分析仪安装.15七、现场条件要求.18八、项目实施内容.193一、一、DF-5701 中子活化水泥元素在线分析仪分析系统中子活化水泥元素在线分析仪分析系统（一）概述一）概述在线分析仪是跨皮带式水泥物料在线检测装置。用于水泥生产过程中需要对物料成分进行测量的各相关环节。 装置为模块化结构， 不需切割皮带， 可方便的绕皮带安装。 运行时，皮带从测量装置内托槽上滑过，对流经的所有物料进行检测，整个检测过程不需取样，不接触物料，不影响皮带运行，即时给出成分结果，主要应用于预均化堆场管理、生料自动配比等水泥工艺控制,提高水泥质量，提高产量和企业效益，充分利用矿山资源。图 1在线分析仪
3、照片（二）测量原理（二）测量原理图 2中子与物料作用示意图4在线分析仪采用瞬发伽玛中子活化分析(PGNAA)技术。 中子源发出的中子经慢化后产生热中子，轰击原料原子核，使原子核活化，处于激发态。原子核的激发状态是不稳定的，在趋向稳定的过程， 也就是退激过程放出与核素对应的特征伽玛射线， 特征伽玛射线被分析仪探测器接收。 分析仪通过检测特征伽玛射线的能量识别相应的核素， 通过计算特征射线的数量来分析核素的含量。（三）组成（三）组成图 3在线分析仪组成示意图如图 3 所示，在线分析仪主要包括测量装置、中子源、探测器、信号处理柜、主机等。（1 1）测量装置）测量装置测量装置采用模块式框架结构。包含利
4、于中子活化瞬发伽玛分析(PGNAA)的关键部件，同时对射线进行辐射防护， 使装置周围剂量率达到辐射安全国家标准， 保证工作人员的健康安全。（2 2）中子源）中子源采用252Cf 中子源为激发源。源物质完全密封在双层不锈钢外壳内，源从装置侧面伸入密封的源室内，并在外面加锁以保证源的安全。252Cf 的半衰期为 2.6 年，放射性活度随着持续发射中子逐渐减小，约二年半时间，需补充新的中子源芯以达到初始源强度。5（3 3）探测器）探测器探测器用于接收来自物料的特征射线，探测器信号通过电缆传送至信号处理柜。（4 4）信号处理柜）信号处理柜信号处理柜内有探测器外围部件，电子信号处理部件和温度控制部件。探
5、测器外围部件为探测器运行提供高、 低压电源。 电子信号处理部件的主要功能是将来自探测器的模拟信号，通过 ADC 转换为数字信号。主机控制柜采用了排风与加热装置，自动对温度进行检测和控制。在较高温度下工作时，启动排风装置将控制柜内设备产生的热量排出，以免内部设备过热，影响设备可靠性。在较低温度下工作时，启动加热装置对控制箱内部进行加热，祛湿、防凝露。测量电路可以在-4060环境下可靠工作。（5 5）主机）主机主机由硬件和软件组成，主要采集来自电子信号处理单元的数字信号，并对这些数字信号进行解析，计算出元素成分含量及相关的质量控制参数，以指导和控制水泥生产。硬件包括计算机、显示器和键盘鼠标。计算机
6、内配有数据传输接口，实现与自动控制系统连接，远程故障监测处理、技术支持。软件利用计算机高速数据处理能力，对复杂的信号进行分析，每分钟给出一次分析结果，实时显示并提供多种方式报表查询。（6 6）标准样）标准样标准样覆盖了现场物料成分的变化范围，具有稳定、准确的化学成分，用于分析仪的标定和校准。6图 4皮带上在线分析仪安装示意图如图 4 所示，载料皮带从测量装置中间滑槽穿过，信号处理柜安装于测量装置旁，主机安装于主控室。（四）在线分析仪技术参数（四）在线分析仪技术参数表表 1 1 在线分析仪规格参数在线分析仪规格参数应用皮带宽度800mm1000mm1200mm1400mm长2040 mm2040
7、 mm2040 mm2040 mm宽1890 mm1890 mm2090 mm2090 mm高1850 mm1850 mm1900 mm1900 mm托槽角度3045中子源3060g252Cf运行温度4060电源220VAC10，50HZ5，30A，3 线（L、N、GND）7通讯方式采用光纤通讯测量原理中子活化瞬发分析（PGNAA）技术分析时间1 分钟，用户可设定标准分析氧化物SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3 等计算质量参数KH、SM、IM、C3S、C2S、C3A、C4AF 等8二、二、DF-5701 中子活化水泥元素在线分析仪自中子活化水泥元素在线分
8、析仪自动动配料系统配料系统（一）实现优化智能配料（一）实现优化智能配料在线分析仪安装在入磨原料皮带机上，每一分钟检测出入磨原料的化学成分(SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO、MgO、K2O、Na2O、SO3)等，计算机系统根据入磨原料产量累计积分和对应批次的化学成分，计算入磨混合料 KH、SM、IM 三个率值的检测值，通过和生料质量计算机控制系统 KH、SM、IM 三个率值的设定值（目标值）比较，通过优化计算，连续不断地调节各原料下料配比。通过控制装置调节各原料下料，使得入窑原料的 KH、SM、IM 三个率值不断地逼近设定值。由于这个闭环控制几乎是实时进行的，这就使得出磨生料的 KH、S
9、M、IM 三个率值控制非常稳定。控制框图、配料系统操作界面及系统连接如下。图 5在线分析仪测量示意图9图 6分析仪配料主界面图 7自动配料系统连接10（1）系统设计依据标准：HG20507-92自动化仪表选型规定GB3368-82工业自动化仪表用电源、电压GB500932002工业自动化仪表工程施工及验收规范（2）系统由配料计算机与 PLC 控制系统组成。配料计算机放在主控室，PLC 控制系统放在现场配料站 IO 设备室。主要设备如表 2 所示。表表 2 2 自动配料系统主要设备自动配料系统主要设备名称规格型号数量说明配料计算机1 台安装 windows XP，西门子组态软件 wincc，西门
10、子编程软件STEP7PLC 控制柜厚宽高60080020001 面PLC 硬件系统西门子 S7 315 系列与上位机进行以太网通讯（二）实现给料皮带和集料皮带的智能匹配（二）实现给料皮带和集料皮带的智能匹配配料秤堵料是许多企业配料系统的共同问题，一旦某种原料堵秤或架仓造成某种原料断料，如果不能即时处理，不但造成磨机实际产量下降，而且各种原料不能按预期比例进入磨机混合， 出磨生料的成分波动非常大。 智能配料系统对此现象做智能判断， 并做应急处理。处理方式主要有以下几方面：1、严重堵料时，系统全部断料保护，及时报警；2、轻微堵料时，系统维护各料配比，临时降低总流量做应急处理，及时报警；（三）实现低
11、成本物料优选控制（三）实现低成本物料优选控制在满足生产质量的前提下，降低成本是水泥企业发展的主题。为降低生产成本，在多种原料可供选择， 且满足三率值配料要求的情况下， 在线分析仪自动配料系统依据物料的成本数据，实现最低成本物料优选控制方案。11三、在线分析仪控制系统与三、在线分析仪控制系统与 DCS 系统连接系统连接在线分析仪控制系统通过 OPC 协议或其他通讯方式， 可实现与现场 DCS 系统进行无缝连接。 在线分析仪自动配料系统软件根据现场 DCS 系统的组态类型， 与生料配料站各个下料点的喂料秤载重信号与控制信号建立连接， 将优化配料指令下达给 DCS 系统， 实现实时在线优化自动配料。
12、（一）自动配料系统硬件连接（一）自动配料系统硬件连接如图 10,自动配料系统采用西门子 S7 315 系列 CPU，与上位机采用以太网通讯方式，在线分析仪数据与自动配料系统之间采用 OPC 通讯方式进行数据交换。 网络系统采用以太网构架，具有稳定、快速、开放特性，根据用户需要，可与企业局域网连接，把生产和控制数据实时发布到企业局域网上，便于生产指导和管理。图 8 系统硬件连接示意图（二）信号接口（二）信号接口在应用企业已具有简单的配料系统情况下， 系统对模拟量输入信号采用信号一分二转换器，满足双系统需要。系统对模拟量输出信号采用继电转换，满足双系统需要。系统对开关量输入信号采用继电转换，满足双
13、系统需要。12图 9模拟量输入信号处理图 10 模拟量输出信号处理图 11 开关量输入信号处理13四、在线分析仪自动配料系统功能和效益四、在线分析仪自动配料系统功能和效益在线分析仪安装在生料磨前的集矿皮带上，不需取样，实时测量块状原料成分，并根据生产要求进行自动配料控制，控制周期为 1 分钟，对原料成分波动反应快速，能有效抑制原料成分波动，提高了配料系统对原料的适应性，并使生料成分稳定在生产要求范围内，具体可在以下方面带来效益：1)降低预均化要求2)最大化利用低品位石灰石，降低成本3)减少生料成分波动，提高生料率值合格率4)降低均化库运行成本5)提高窑的产能，减少能耗6)减少窑的操作，降低窑的
14、故障率7)延长耐火材料使用寿命8)提高熟料质量14五、在线分析仪自动配料系统技术优势五、在线分析仪自动配料系统技术优势目前， 水泥生产企业大多数采用 X 荧光或化学化验， 人工每小时调整配料比例的传统配料方式，与之对比，在线分析仪自动配料方式具有以下技术优势：（1）全面：测量通过的所有物料，代表性强。传统的化验分析仅使用料流的极小一部分（通常为 10-9） ，由于化验分析所用的极小部分被视为整个料流的代表，取样的代表性差。与之相比， 在线分析仪的分析结果代表性强， 整体误差小。 由于是对整个料流进行检测，反映了物料的全部信息。分析仪的随机误差即是该分析系统的整体误差。相反，与化验分析相关的随机
15、误差在化验系统的整体误差中只占其中一部分，有时甚至只是很小一部分， 而其他随机误差主要来自取样和制样。因此，整体误差比传统的化验分析要小的多。（2）快速：每分钟即可给出检测结果,无需取样与制样。传统的化验分析，需要取样、制样，最后化验分析，整个过程需要数小时,反馈控制严重滞后。与之相比，在线分析仪每分钟即可给出检测结果，实时性强,反馈迅速。分析仪每分钟提供前一分钟通过的物料的成分检测值,及时反映物料成分的变化趋势，并迅速采取措施，调整搭配比例，控制物料成分的波动。因此，具有过程控制功能的在线分析仪在分析速度上具有明显的优势。（3）有效：为生产提供关键参数数据，实时进行优化配方控制。在线分析仪每
16、 1 分钟即可获得全元素的成分测量结果， 并可计算与生产紧密相关的关键参数指标，1 分钟后即可给出优化配料方案。实现动态优化闭环控制，克服传统配料方式的配料累计误差，提高配料结果的稳定性。当原料成分波动比较大时，及时准确地给出最佳的优化配料方案，降低原料成分波动引起的配料不稳定影响。（4）稳定：非接触式测量，长期稳定运行。在线分析仪跨皮带安装， 流过分析仪装置通道的物料不与探测器相接触， 减少了机械故障率。另外，探测器采用双环温度控制措施，保证探测系统长期稳定运行。（5）优化：采用最合理的配料方案，保证质量参数的同时，降低生产成本。通过在线分析仪实时准确的成分检测结果，自动配料系统可以给出最合
17、理的优化配料方案，大幅度提高了产品合格率及质量，进而提高了单位原料的经济收益率。另外，在线分15析仪自动配料系统在保证质量参数达标的同时， 采用最低成本运行方案， 进一步降低生产成本，减少原料和能源消耗。六、分析仪安装六、分析仪安装安装位置安装位置工程师通过勘测现场情况，给出安装位置。通常遵循以下原则：靠近原料仓出料口皮带震动跑偏相对较小皮带倾角较小充足的安装位置人员活动较少方便安装、走线及标定、维护安装要求安装要求测量装置安装处有 600040003000mm 安装空间距离测量装置 25m 内准备安全厂棚放置信号处理柜、标准样及储源罐承重能力 5 吨分析仪内有放射性核素及精密贵重部件， 安全
18、起见， 必须在分析仪外搭建保护棚安装流程安装流程地脚施工在线分析仪安装压辊、 限料挡板安装施工保护棚搭建图 12安装流程地脚施工施工时间在分析仪到达现场之前完成施工， 当装置开始安装时地脚已稳固且达到支撑强度要求。施工方式由厂家提供施工图纸， 用户根据图纸自行独立施工， 施工所需材料不在分析仪16内，由用户自行解决。在线分析仪安装安装时间分析仪到达用户现场后， 地脚基础达到强度要求后开始安装， 通常安装需要 2 天。安装方式测量装置由工程师指导用户施工，中子源及探测器由工程师安装。安装要求安装过程要求停止皮带运转需要将分析仪位置处皮带架切割掉需要将皮带松弛压辊、限料挡板安装 压辊作用分析仪安装
19、时皮带处于松弛状态， 在皮带运转拉紧时， 由于分析仪上下皮带间部分的尺寸大于正常上下皮带间距，所以需要压辊将下皮带压低。限料挡板作用防止极个别大块物料撞击分析仪， 在分析仪面向皮带运行方向的前端， 皮带上方安装限料挡板，限制物料高度小于分析仪皮带通道高度。压辊、限料挡板安装由厂家工程师指导用户施工人员进行安装。保护棚搭建由厂家提供施工图纸， 用户根据图纸自行独立施工， 施工所需材料不在分析仪内，由用户自行解决。设备结构布局图设备结构布局图（1）分析仪布局图17图 13在线分析仪布局图（2）分析仪基础图图 14在线分析仪基础图（3）分析仪与信号处理柜布局图18图 15在线分析仪与信号处理柜布局图
20、七、现场条件要求七、现场条件要求1、皮带要求：无钢丝、不含氯，皮带成分均匀，确认皮带无跑偏、裂损。接头采用硫化粘接方法，修补时采用同型号皮带。 安装皮带上应配备变频器， 可自动变频调速来保证当产量变化时，皮带上物料载荷不变。2、信号处理室建造要求：在距离分析仪装置 20 米内建设砖房作为信号处理室， 用于储存标准样品、 信号处理柜。信号处理室要求密封保温,并配备空调。提供 220VAC10%，50HZ5%，30 安培不间断独立电源（不和其它设备共用） ，室内设电源箱，箱内设三路断路器。为信号处理柜预埋专用接地线，接地电阻小于 4 欧姆。3、化验要求：石灰石和生料取样器采用连续式自动取样器，每个
21、石灰石样和生料样需要保留备份样。买方负责在线分析仪动态校准过程中的取样、 制样和化验， 要保证取样、 制样的一致性、代表性及化验的准确性。性能测试期间，如果测试结果超出指标范围，需要对取制样及化验进行验证，并进行合理的去除。当多次出现此种情况，需对取制样及化验误差进行计算，并作为系统误差予以去除。4、安装位置要求：19为保证检测的及时性，分析仪应靠近来料端安装。5、自动配料设施要求：现场配料设施要求能够按上位机指令连续、稳定给料，配料秤称重及给料精度在 0.5%以内，配料秤响应时间小于 15s。6、料流要求：皮带载荷在满载的三分之二以上， 同时需在分析仪前端加装限料挡板， 防止物料撞击分析仪装
22、置。要求整个料流连续、均匀、稳定。当发生堵料、断料、停开磨或者生产线故障时，当前及其后 1 小时的取样数据将不能用于性能测试。7、原料要求：生料自动配料过程中，各配料秤上的原料需满足以下条件：（1）最大粒度小于 50mm，平均粒度、水分相对变化小于 10%；（2）成分满足三率值配料要求，成分波动范围合理；（3）性能测试基于干基，性能测试期间，需保证原料种类固定，生料质量控制目标（KH,SM,IM）保持不变。8、网络要求:在分析仪运行前提供上网条件，用于远程协助、诊断及维护。9、接货、仓储及转运：买方负责接货、卸货、仓储及厂内的转运。10、提供现场生产数据：买方根据卖方的现场调查表提供现场生产数
23、据，7 日内以书面形式给出。11、现场施工:买方根据卖方提供的现场施工方案， 进行材料准备及现场施工。 工作内容主要包括分析仪基础、电气室施工建造，电源的接入，防雷搭建，彩板房、皮带改向辊准备，光纤的铺设及熔头等。12、必要的停皮带时间：通常情况下安装需要停皮带 23 天，标定需要停皮带约 8 小时。13、安装、标定配合：卖方指导买方进行设备安装，买方提供人员、设备配合，安装时间 23 天，买方需配钳工 1 名，电焊工 1 名，气割工 1 名，搬运工 4 名，准备工具包括电焊，气割，AC220v电源及插排，夜间加班工作照明灯，10 吨汽车吊。静态标定约 8 小时，买方需配搬运工 2 名。八、项
24、目实施内容八、项目实施内容1、合同签订后卖方派机械设计师去现场勘测，设计详细的现场改造方案；2、买方根据改造方案进行材料准备与现场改造；3、现场改造完毕后发货，货到后买卖双方开箱验收；204、卖方指导买方进行测量装置安装，走线；5、分析仪上电预热，静态标准样标定；6、动态运行校正：正常生产中，每小时取出磨的有代表性的生料样品，做化验室分析，此分析值与分析仪对应的测量值进行动态运行校正。7、自动配料系统调试；8、运行自动配料；9、培训：1）操作培训：操作培训将在现场安装，程序测试和控制调试时同时进行，属于实际工作培训，买方人员可在工程师指导下通过参与部分工作而得到培训。主要针对操作人员对系统如何使用。2）维护培训：维护培训将在现场安装，程序测试和控制调试时同时进行，属于实际工作培训，买方人员可在工程师指导下通过参与部分工作而得到培训。 主要针对维护人员的培训， 主要针对系统的启停，维护和简单的故障判断。培训后，被培训人员应达到：熟练掌握设备使用方法熟练掌握设备常规维护方法、简单故障判断和维修。安装调试进度表：内容天数人数安装34走线22标准样标定12动态校正232配料系统调试21注：需要停皮带，时间视现场情况，通常安装需要 3 天，标准样标定需要 1 天。
