杜惠娜

摘要：針對X射線礦石分選機(jī)控制系統(tǒng)需求，文章中設(shè)計(jì)了一套基于PAC（可編程自動控制器）的自動控制系統(tǒng)，此系統(tǒng)可滿足設(shè)備對數(shù)據(jù)的高速處理需求，同時(shí)在控制器內(nèi)集成定制算法與PC上位機(jī)功能，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)，運(yùn)算速度快。

關(guān)鍵詞：PAC;XRF;X射線礦石分選

中圖分類號：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0119-02

0引言

針對濕法選礦行業(yè)生產(chǎn)工藝存在的弊端，如選礦藥劑、排放尾礦固廢的污染，磨礦工序的高能耗等?；赬射線熒光能量色散（XRF）技術(shù)的在線式礦石預(yù)選設(shè)備成為行業(yè)熱點(diǎn)，該設(shè)備可將礦石中的廢石、低品位礦石提前篩除，有效的提高入選礦石品位，提高選礦效率，但該設(shè)備的控制系統(tǒng)對數(shù)據(jù)運(yùn)算速度要求較高，傳統(tǒng)的PLC控制器或嵌入式控制器難以滿足需求，文中通過采用PAC可控制器作做為控制核心，設(shè)計(jì)了基于X射線礦石分選機(jī)的控制系統(tǒng)。

1設(shè)備工作流程及系統(tǒng)研究

通過對X射線檢測原理的研究，利用高壓發(fā)生器施加一定的高壓（約50kV），X射線管靶材元素被激發(fā)，發(fā)出X射線束，當(dāng)X射線束轟擊樣品時(shí)，被分析元素即產(chǎn)生特征X射線，此X射線被Si（Li）探測器記錄，形成脈沖信號，

經(jīng)過信號處理方法后，形成頻譜，經(jīng)計(jì)算機(jī)或信號處理裝置處理”。

結(jié)合礦石預(yù)選的目標(biāo)，選取類似色選機(jī)的多流道，振動給料重力下落的結(jié)構(gòu)作為設(shè)備的機(jī)械機(jī)構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)礦石均勻振動給料，在礦石下落過程中，使用X射線光譜分析進(jìn)行半定量分析，通過比較設(shè)定的閾值，達(dá)到閾值進(jìn)行剔除動作，實(shí)現(xiàn)礦石的分類預(yù)選。

2控制系統(tǒng)硬件選型設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)處理核心為PAC可編程自動化控制器，選擇研華APAX-5580作為PAC處理器，配合I/0模塊，搭建完成控制系統(tǒng)的硬件，其I/0模塊采用通用軟PLC編程平臺CodeSYS進(jìn)行程序編寫。

3數(shù)據(jù)接收組件與數(shù)據(jù)傳輸研究

探測器SDD（硅漂移傳感器）的輸出脈沖信號經(jīng)過放大及濾波處理之后，首先要進(jìn)行能量頻段的甄別，來判斷脈沖信號所處的能量范圍，然后計(jì)數(shù)繪制頻譜，在探測器及DSP芯片內(nèi)，對兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)研究[2]。

3.1道址計(jì)數(shù)器分析器（MCA）

MCA道址計(jì)數(shù)器又稱為多道分析器，是由若千個(gè)隔離的彈道脈沖分析器組成，其道數(shù)越多，可甄別的脈沖電子計(jì)數(shù)越精確。在本研究中，基于處理速度與精度的要求，選用道址計(jì)數(shù)器MCA道數(shù)為256位，可在滿足精度要求下，實(shí)現(xiàn)最快速度的數(shù)據(jù)處理。

3.2甄別域

當(dāng)DSP芯片接收到一組脈沖信號時(shí)，判斷其值得大小，根據(jù)依次逼近法則，將此信號歸類到相應(yīng)大小的甄別域中，對應(yīng)的存儲器計(jì)數(shù)器加1，設(shè)定一個(gè)光譜采集時(shí)間的區(qū)間TO，稱為“計(jì)數(shù)時(shí)間”。在T0時(shí)間到達(dá)后，存儲器當(dāng)前數(shù)據(jù)寫入一個(gè)長度為256的數(shù)組itemp中，itemp中原有數(shù)據(jù)通過堆棧語句，壓入數(shù)組iView中，由iView數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)繪制光譜，同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析處理[3]。

4上位機(jī)軟件研究設(shè)計(jì)

4.1上位機(jī)軟件功能設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件部署在PAC模塊內(nèi)，采用C++語言編寫，通過USB接口接收X射線的波長數(shù)據(jù)，分析出該礦石的品位數(shù)據(jù)，并結(jié)合用戶設(shè)置的品位極限值，判斷丟棄操作或不丟棄操作。其中數(shù)據(jù)分析組件是軟件的核心，相當(dāng)于整臺設(shè)備的大腦。數(shù)據(jù)分析軟件組成結(jié)構(gòu)示意如圖1所示。

4.2控制系統(tǒng)軟件算法程序設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件的編寫包含下列幾部分。

（1）數(shù)據(jù)接收及轉(zhuǎn)存程序

上位機(jī)通過接收、轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)存程序，將探測器DSP芯片處理完成的數(shù)組數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)存，壓入堆棧。數(shù)據(jù)進(jìn)入堆棧后，將數(shù)組分配傳輸至相應(yīng)功能塊，如繪制光譜的交互子程序、數(shù)據(jù)處理算法、數(shù)據(jù)存儲函數(shù)等。

（2）光譜繪制顯示功能程序

光譜是對礦石信息觀察的直觀工具，在用戶交互界面制作單獨(dú)窗口進(jìn)行顯示，但本設(shè)備對礦石塊處理速度要求較高，故光譜界面刷新較快。單獨(dú)對每個(gè)樣品顯示光譜不易觀察，除制作實(shí)時(shí)光譜顯示功能外，需單獨(dú)制作光譜歷史查看功能。

（3）峰背比計(jì)算

由光譜學(xué)基礎(chǔ)知識可知，光譜中的縱軸值代表的是光子計(jì)數(shù)，其數(shù)值與元素的含量為正比關(guān)系，橫坐標(biāo)E代表能量頻段，其數(shù)值與原子序數(shù)Z成正比，峰背比可作為探測器檢測線高低的依據(jù)，同時(shí)也可作為礦物定性分析或半定量分析的判斷依據(jù)。

（4）半定量分析、貧富判斷函數(shù)

已知某礦石塊的光譜數(shù)據(jù)與峰背比數(shù)據(jù)，峰背比與礦石塊的特征元素含量成正比，根據(jù)需求，可在程序內(nèi)部建立修正系數(shù)系數(shù)K，由K值來矯正礦石塊大小、形狀引起的含量誤差，其K值與礦石塊的預(yù)期品位、粒度、所含元素種類有關(guān)，經(jīng)過峰背比與K的乘積得到礦石塊的含量值U。

比較用戶設(shè)定的分選閾值Y，若U大于分選閾值Y，則判斷此礦石滿足要求，搜集到精礦槽中，若U小于分選閾值Y，則判斷此礦石不滿足要求，搜集進(jìn)入廢石槽中。

（5）礦石計(jì)數(shù)功能

通過I/0傳感器映射變量，結(jié)合數(shù)據(jù)分析算法中的掃描周期，創(chuàng)建兩個(gè)顯示變量，jk_num、wk_num，命名為精礦、尾礦，變量屬性為64位的長整型Long，用于存放精礦、尾礦的數(shù)量。

設(shè)備工作期間，通過I/0傳感器計(jì)數(shù)，動態(tài)調(diào)節(jié)震動放料器，使物料均勻釋放，當(dāng)在X射線輻射完成一塊礦石掃描后，為相應(yīng)的變量區(qū)域遞增計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)礦石精礦、尾礦的計(jì)數(shù)功能。計(jì)數(shù)功能可提供當(dāng)班產(chǎn)量計(jì)數(shù)、單日累計(jì)計(jì)數(shù)及總產(chǎn)量計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量計(jì)算功能。

（6）與I/0模塊通訊，實(shí)現(xiàn)設(shè)備機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作控制系統(tǒng)的PAC硬件通過CodeSYS軟件，進(jìn)行硬件模塊的組態(tài)與邏輯程序的編寫，上位機(jī)軟件通過內(nèi)置的0DBC協(xié)議，硬件控制子程序與邏輯處理子程序連接，實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的快速響應(yīng)。

5結(jié)束語

文中通過對X射線發(fā)射與檢測機(jī)理的研究，對基于XRF原理的X射線礦石分選機(jī)設(shè)備進(jìn)行了控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括對設(shè)備的控制系統(tǒng)需求分析、機(jī)械原理，控制系統(tǒng)，上位機(jī)軟件進(jìn)行了研究，研究表明，此設(shè)計(jì)具有可行性，可滿足在線式礦石預(yù)選設(shè)備的控制需求。

參考文獻(xiàn)

[1]王雪瑩，王飛飛.鈦礦石與鈦精礦X射線熒光光譜分析與化學(xué)分析用標(biāo)準(zhǔn)樣品的研制[J].中國無機(jī)分析化學(xué)，2018（1）：21-28.

[2]張衛(wèi)衛(wèi).X射線熒光光譜分析法在有色金屬礦石化學(xué)成分鑒定中的應(yīng)用[J].世界有色金屬，2016（22）：93-94.

[3]張鑫，柳金良.用X射線熒光光譜法同時(shí)測定礦石中鈾、鉬、汞[J].鈾礦冶，2016（2）：132-137.