X熒光礦漿在線品位分析儀監(jiān)控軟件的開發(fā)與應(yīng)用

張偉 吳耀昕 尹兆余

摘? 要：我國幅員遼闊，礦產(chǎn)資源豐富，礦業(yè)生產(chǎn)也是我國工業(yè)領(lǐng)域的重要組成部分，并為整個國家的經(jīng)濟(jì)和社會建設(shè)作出了巨大的貢獻(xiàn)。在有色或黑色選礦及冶煉中，X熒光礦漿在線品位分析儀是必不可少的設(shè)備，通過該設(shè)備應(yīng)用，能夠?qū)饘俸康染唧w情況進(jìn)行精密分析，這對于這些礦產(chǎn)的開發(fā)和冶煉有非常重要的影響，是決定生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率的關(guān)鍵環(huán)節(jié)?；诖?，該系統(tǒng)的監(jiān)控軟件也得到高度重視，對于整個系統(tǒng)在線狀態(tài)下的正常運(yùn)行意義重大。

關(guān)鍵詞：X熒光礦漿? 在線品位分析儀監(jiān)控軟件? 開發(fā)? 應(yīng)用

中圖分類號：TH871? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）12（c）-0088-03

Abstract： China has a vast territory， rich in mineral resources. Mining production is also an important part of China's industrial sector， and has made a huge contribution to the economic and social construction of the whole country. In color or black ore dressing and smelting， pulp online grade X fluorescence analyzer is indispensable equipment， through the use of the equipment can carry on the precision analysis to the metal content such as the specific circumstances， this is very important for the development of mining and smelting， is to determine the key links in the production cost and production efficiency. Based on this， the monitoring software of the system is also highly valued， which is of great significance to the normal operation of the whole system under the online state.

Key Words： X-ray fluorescence pulp; On-line grade analyzer monitoring software; Development; Application

我國作為世界上最大的制造業(yè)國家，對礦產(chǎn)資源的需求量非常巨大，整個礦業(yè)生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)都是國家高度重視并大量投入的項(xiàng)目，確保生產(chǎn)整體的穩(wěn)定性，這是非常重要的工作。X熒光礦漿在線品位分析儀廣泛用于礦業(yè)生產(chǎn)和金屬冶煉等環(huán)節(jié)，其監(jiān)控軟件的開發(fā)和應(yīng)用不但直接決定了X熒光礦漿在線品位分析儀功能的正常發(fā)揮，同時對整個生產(chǎn)都產(chǎn)生較大影響。為此，必須注重相關(guān)軟件的開發(fā)工作，使得相關(guān)功能和性能能夠滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要。

1? X熒光礦漿在線品位分析儀概述

我國的礦業(yè)生產(chǎn)和金屬冶煉等過程中，需要根據(jù)采用X熒光在線品位分析儀對礦漿中的金屬物質(zhì)及其含量進(jìn)行檢測分析，進(jìn)而保證整個生產(chǎn)能夠滿足需要。X熒光礦漿在線品位分析儀屬于精密儀器，可以通過在線方式對礦漿中的各種金屬及其含量進(jìn)行精確分析。該設(shè)備可以用于對各種有色和黑色金屬進(jìn)行選礦和冶煉。其可用于包括鐵、錳、鋅、鉛、銅、鉬、錫、銻等金屬元素的分析，具有性能高和準(zhǔn)確性好的特點(diǎn)。目前，該設(shè)備能夠通過網(wǎng)絡(luò)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析，所需要的現(xiàn)場數(shù)據(jù)主要通過總線與控制主機(jī)連接，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的實(shí)時交互。保證了在線分析的及時性，對生產(chǎn)的信息化控制和管理有很大的幫助。

2? X熒光礦漿在線品位分析儀監(jiān)控軟件的開發(fā)與應(yīng)用

X熒光礦漿在線品位分析儀能夠有效實(shí)現(xiàn)在線功能，其基礎(chǔ)就是監(jiān)控軟件發(fā)揮了信息收集和傳輸功能。為保證整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行和穩(wěn)定發(fā)揮作用，對監(jiān)控軟件的開發(fā)和應(yīng)用設(shè)計(jì)，必須做到精益求精，不但將所有可能存在的問題進(jìn)行有效處置，還要充分考慮各種其他影響因素。將各種因素考慮全面，并結(jié)合實(shí)際的用途進(jìn)行設(shè)計(jì)，只有這樣才能更有效挖掘和發(fā)揮軟件系統(tǒng)的功能，確保生產(chǎn)持續(xù)穩(wěn)定。

2.1 X熒光礦漿在線品位分析儀應(yīng)用類型

為滿足實(shí)際生產(chǎn)需要在線式X熒光礦漿在線品位分析儀必須滿足全天候24h運(yùn)行的要求，同時，其工作環(huán)境相對惡劣，需要在高溫、高濕、高電磁、多振動，且有強(qiáng)烈腐蝕性的環(huán)境中應(yīng)用，這對于整個設(shè)備的軟硬件都有非常嚴(yán)格的要求，特別是系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面必須確保達(dá)到應(yīng)有的標(biāo)準(zhǔn)。這使得整個監(jiān)控軟件的開發(fā)和應(yīng)用要面臨巨大壓力。具體應(yīng)用上，X熒光礦漿在線品位分析儀根據(jù)取樣方式可大致分為兩種類型。

2.1.1 集中引流式

集中引流式品位分析儀主要是利用泵對流水線進(jìn)行取樣，在不同的采樣點(diǎn)抽取礦漿，并利用管道將這些樣品導(dǎo)入控制室?？刂剖覂?nèi)裝設(shè)X熒光礦漿在線品位分析儀，完成對樣品的檢測，并將數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳遞給中心處理系統(tǒng)。這種類型的優(yōu)點(diǎn)比較顯著，可以基于一套分析儀就可以實(shí)現(xiàn)對多路礦漿的分析，且整個設(shè)備的工作環(huán)境處于可控狀態(tài)，沒有溫濕度和粉塵腐蝕及電磁環(huán)境的各種干擾和影響。但該系統(tǒng)建設(shè)的缺點(diǎn)也比較顯著，最大的問題就是建設(shè)較為困難，對已經(jīng)建成的系統(tǒng)進(jìn)行改造非常麻煩。而當(dāng)今的技術(shù)升級是一種常態(tài)化，包括各種設(shè)備的增加和調(diào)整都非常普遍，重新建設(shè)的成本過高影響過大，有些不合實(shí)際。

2.1.2 近流取樣式

近流取樣式X熒光礦漿在線品位分析儀是將設(shè)備直接裝設(shè)在檢測點(diǎn)，可以直接提取礦漿實(shí)施現(xiàn)場分析。其優(yōu)勢顯而易見，實(shí)時性和便捷性都能夠得到很好的兼顧，針對系統(tǒng)的升級改造非常方便快捷，且運(yùn)營成本低。但其問題是其應(yīng)用環(huán)境的惡劣，對于整個系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性是一個非常大的考驗(yàn)。包括其硬件和軟件的設(shè)計(jì)和應(yīng)用，都需要將這些環(huán)境影響因素充分考慮全面，在抗干擾能力和運(yùn)行穩(wěn)定性方面必須得到充分強(qiáng)化。

2.2 監(jiān)控軟件主要功能設(shè)計(jì)

從系統(tǒng)整體的運(yùn)行目的完成相關(guān)設(shè)計(jì)，X熒光礦漿在線品位分析儀的監(jiān)控軟件需要整合一些基本的功能單元。具體功能設(shè)定包括：礦漿樣品采集、金屬能譜監(jiān)視、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)報表生成及統(tǒng)計(jì)和查詢、數(shù)據(jù)建模及模型瀏覽等。從其核心設(shè)計(jì)的角度來分析，主要包括界面設(shè)計(jì)、建模設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)處理設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)。

X熒光礦漿在線品位分析儀監(jiān)控軟件的應(yīng)用界面需要包括如下一些項(xiàng)目，下面分別加以分析說明：

（1）啟動登陸。系統(tǒng)需要按照用戶等級和身份設(shè)置登錄訪問權(quán)限，不同用戶被賦予不同角色，基本用戶包括值班員與系統(tǒng)管理員。用戶通過點(diǎn)擊登錄按鈕，并輸入用戶名和密碼。就可以進(jìn)入相應(yīng)的訪問渠道，進(jìn)行設(shè)定的應(yīng)用和管理職能。管理員的操作基本沒有訪問限制，而普通用戶則只停留在系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視模式，不能更改系統(tǒng)的任何參數(shù)。值班員根據(jù)崗位需要設(shè)置權(quán)限，包括對不同監(jiān)測點(diǎn)檢測金屬元素方品位及濃度數(shù)據(jù)、能譜數(shù)據(jù)、歷史曲線查詢、數(shù)據(jù)報表查詢等。

（2）主窗體。管理或值班用戶完成登陸可看到軟件的主窗體，其頂端設(shè)計(jì)為菜單和一些比較常用的功能按鈕，主窗體的中間位置是檢測通道歷史曲線，檢測的實(shí)時品位值等內(nèi)容也在窗體的不同區(qū)域進(jìn)行顯示，窗體的底部設(shè)計(jì)有狀態(tài)欄，可以將一些必要參數(shù)進(jìn)行展示。

（3）采樣建模。監(jiān)控軟件的采樣建模功能設(shè)計(jì)涵蓋了礦樣數(shù)據(jù)的采集及對化驗(yàn)數(shù)據(jù)的錄入、標(biāo)樣數(shù)據(jù)采集、道參數(shù)設(shè)置及數(shù)學(xué)模型選擇等。在系統(tǒng)的正常運(yùn)行條件下，系統(tǒng)所采集得到的礦漿樣本設(shè)計(jì)，必須確保每一采樣點(diǎn)的采樣大于等于40個。礦漿樣本中的檢測金屬元素其品位及濃度范圍要保證全面，整個檢測區(qū)間內(nèi)呈現(xiàn)正態(tài)分布。采樣建模功能的實(shí)現(xiàn)，必須根據(jù)需要得以完善。

（4）歷史曲線。用戶打開歷史曲線窗口，其初始的默認(rèn)畫面是對應(yīng)通道30min內(nèi)的監(jiān)控曲線，用戶可以根據(jù)自己的愛好完成縮放和平移等操作，并通過設(shè)定查詢時間對不同階段的監(jiān)控歷史曲線進(jìn)行顯示。還可以開放多個查詢窗口進(jìn)行比較查詢，非常方便高效。

（5）數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)報表是監(jiān)控系統(tǒng)將監(jiān)控數(shù)據(jù)以報表形式進(jìn)行輸出的方式，其中，月報表是對某個月的生產(chǎn)數(shù)據(jù)作出統(tǒng)計(jì);日報表是對某天的生產(chǎn)數(shù)據(jù)作出統(tǒng)計(jì);班報表是對某天某班的生產(chǎn)數(shù)據(jù)作出統(tǒng)計(jì);月生產(chǎn)班報表，對某個月內(nèi)某一生產(chǎn)班的生產(chǎn)數(shù)據(jù)作出統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)報表中包括元素名稱、查詢時間段內(nèi)的最高和最低品位、平均品位等信息，查詢完畢后可打印報表。

2.3 標(biāo)定建模

能量色散型X熒光礦漿在線品位分析儀硬件安裝調(diào)試好之后，為保證其應(yīng)用檢測的精度，必須要對儀器進(jìn)行標(biāo)定。標(biāo)定時需要采集具有一定代表性的樣本數(shù)，一般每個檢測點(diǎn)必須保證采集礦樣樣本不少于40個。同時要求采集樣本中各檢測元素的品位波動范圍需要涵蓋正常生產(chǎn)時品位的正常波動范圍的上下限，且分布均勻，同時也要保證樣本的化驗(yàn)精度。采集完成樣本后，通過上位機(jī)軟件錄入各元素化驗(yàn)值，并根據(jù)能譜數(shù)據(jù)選取適當(dāng)?shù)奶卣鞣鍏?shù)，帶入回歸分析程序，進(jìn)行模型計(jì)算。

計(jì)算時可對回歸分析得到數(shù)學(xué)模型進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)偏差精度評估，選取最優(yōu)數(shù)學(xué)模型投入實(shí)際使用中。要保證良好的標(biāo)定效果，還需要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況和品位的波動再酌情增補(bǔ)樣本數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化模型，這樣才能保證模型的適應(yīng)性。從本次工業(yè)試驗(yàn)的情況來看，采樣標(biāo)定時間跨度歷時2個月，樣本數(shù)量和品位波動范圍都滿足要求。標(biāo)定時采集的樣本的化驗(yàn)值與模型計(jì)算值進(jìn)行誤差分析，除了個別數(shù)據(jù)存在較大偏差，整個趨勢非常明顯，相關(guān)系數(shù)都在0.97以上，滿足現(xiàn)場使用要求，能為生產(chǎn)提供指導(dǎo)作用。回歸算法采用了功能強(qiáng)大且集成了諸多常用算法的 MatLab 進(jìn)行開發(fā)，方便數(shù)據(jù)分析和回歸驗(yàn)證。代碼采用模塊化封裝，對外以DLL方式提供接口，供主程序調(diào)用和后期功能擴(kuò)展移植。

2.4 多道能譜數(shù)據(jù)處理

能譜數(shù)據(jù)是指多道脈沖幅度分析器采集的一定檢測周期內(nèi)的各種能量 X 熒光光子的計(jì)數(shù)累加統(tǒng)計(jì)。設(shè)計(jì)采用2048道來對多道能譜數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。當(dāng)上位機(jī)接收到主控板發(fā)送的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒命令后， 回復(fù)準(zhǔn)備接收命令，并開始接收數(shù)據(jù)。每個道址上的總計(jì)數(shù)值用3個字節(jié)表示，分別是高位HB，中位MB，低位LB，2048道數(shù)據(jù)一共有2048*3字節(jié)。數(shù)據(jù)接收完成后，計(jì)算出各道址對應(yīng)的計(jì)數(shù)，計(jì)算完成后把得到的與本次能譜對應(yīng)的2048個數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫并發(fā)送到對應(yīng)監(jiān)視窗口進(jìn)行曲線繪制和顯示。分析計(jì)算是指完成能譜數(shù)據(jù)采集與處理后，調(diào)用已經(jīng)建立的數(shù)學(xué)模型對各檢測元素品位值進(jìn)行實(shí)時計(jì)算的過程。得到2048道能譜數(shù)據(jù)后，通過模型中的道參數(shù)完成各特征峰的峰面積計(jì)算，每個峰面積作為模型中的自變量帶入模型進(jìn)行計(jì)算，最終得到品位值。

3? 結(jié)語

綜上所述，X熒光礦漿在線品位分析儀廣泛用于礦業(yè)生產(chǎn)和有色金屬冶煉等領(lǐng)域，主要用于對金屬成分及其含量進(jìn)行精確分析。該分析儀實(shí)現(xiàn)了在線功能，需要通過監(jiān)控軟件執(zhí)行相應(yīng)的信息收集和監(jiān)管工作。對監(jiān)控軟件的開發(fā)和具體應(yīng)用，需要結(jié)合實(shí)際的工作情況，并能夠?qū)⑵湫阅苡行Оl(fā)揮，使得在線監(jiān)控和數(shù)據(jù)的傳輸處理保持高效率和高質(zhì)量，達(dá)到企業(yè)整個生產(chǎn)系統(tǒng)流程化和智能化的基本要求。同時，該軟禁系統(tǒng)還需要考慮兼容性和拓展性，為生產(chǎn)線的升級和優(yōu)化提供必要條件。

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