基于PAC的X射線礦石分選機控制系統研究

杜惠娜

摘要：針對X射線礦石分選機控制系統需求，文章中設計了一套基于PAC（可編程自動控制器）的自動控制系統，此系統可滿足設備對數據的高速處理需求，同時在控制器內集成定制算法與PC上位機功能，系統數據處理能力強，運算速度快。

關鍵詞：PAC;XRF;X射線礦石分選

中圖分類號：TP311

文獻標識碼：A

文章編號：2095-6487（2019）03-0119-02

0引言

針對濕法選礦行業生產工藝存在的弊端，如選礦藥劑、排放尾礦固廢的污染，磨礦工序的高能耗等。基于X射線熒光能量色散（XRF）技術的在線式礦石預選設備成為行業熱點，該設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，但該設備的控制系統對數據運算速度要求較高，傳統的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，設計了基于X射線礦石分選機的控制系統。

1設備工作流程及系統研究

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

經過信號處理方法后，形成頻譜，經計算機或信號處理裝置處理”。

結合礦石預選的目標，選取類似色選機的多流道，振動給料重力下落的結構作為設備的機械機構，可實現礦石均勻振動給料，在礦石下落過程中，使用X射線光譜分析進行半定量分析，通過比較設定的閾值，達到閾值進行剔除動作，實現礦石的分類預選。

2控制系統硬件選型設計

控制系統處理核心為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，搭建完成控制系統的硬件，其I/0模塊采用通用軟PLC編程平臺CodeSYS進行程序編寫。

3數據接收組件與數據傳輸研究

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

3.1道址計數器分析器（MCA）

MCA道址計數器又稱為多道分析器，是由若千個隔離的彈道脈沖分析器組成，其道數越多，可甄別的脈沖電子計數越精確。在本研究中，基于處理速度與精度的要求，選用道址計數器MCA道數為256位，可在滿足精度要求下，實現最快速度的數據處理。

3.2甄別域

當DSP芯片接收到一組脈沖信號時，判斷其值得大小，根據依次逼近法則，將此信號歸類到相應大小的甄別域中，對應的存儲器計數器加1，設定一個光譜采集時間的區間TO，稱為“計數時間”。在T0時間到達后，存儲器當前數據寫入一個長度為256的數組itemp中，itemp中原有數據通過堆棧語句，壓入數組iView中，由iView數據的數據繪制光譜，同時進行數據的分析處理[3]。

4上位機軟件研究設計

4.1上位機軟件功能設計

上位機軟件部署在PAC模塊內，采用C++語言編寫，通過USB接口接收X射線的波長數據，分析出該礦石的品位數據，并結合用戶設置的品位極限值，判斷丟棄操作或不丟棄操作。其中數據分析組件是軟件的核心，相當于整臺設備的大腦。數據分析軟件組成結構示意如圖1所示。

4.2控制系統軟件算法程序設計

上位機軟件的編寫包含下列幾部分。

（1）數據接收及轉存程序

上位機通過接收、轉換、轉存程序，將探測器DSP芯片處理完成的數組數據進行轉存，壓入堆棧。數據進入堆棧后，將數組分配傳輸至相應功能塊，如繪制光譜的交互子程序、數據處理算法、數據存儲函數等。

（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窗口進行顯示，但本設備對礦石塊處理速度要求較高，故光譜界面刷新較快。單獨對每個樣品顯示光譜不易觀察，除制作實時光譜顯示功能外，需單獨制作光譜歷史查看功能。

（3）峰背比計算

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

（4）半定量分析、貧富判斷函數

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

比較用戶設定的分選閾值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，搜集進入廢石槽中。

（5）礦石計數功能

通過I/0傳感器映射變量，結合數據分析算法中的掃描周期，創建兩個顯示變量，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、尾礦的數量。

設備工作期間，通過I/0傳感器計數，動態調節震動放料器，使物料均勻釋放，當在X射線輻射完成一塊礦石掃描后，為相應的變量區域遞增計數，實現礦石精礦、尾礦的計數功能。計數功能可提供當班產量計數、單日累計計數及總產量計數，實現產量計算功能。

（6）與I/0模塊通訊，實現設備機械執行機構工作控制系統的PAC硬件通過CodeSYS軟件，進行硬件模塊的組態與邏輯程序的編寫，上位機軟件通過內置的0DBC協議，硬件控制子程序與邏輯處理子程序連接，實現執行機構的快速響應。

5結束語

文中通過對X射線發射與檢測機理的研究，對基于XRF原理的X射線礦石分選機設備進行了控制系統的設計，包括對設備的控制系統需求分析、機械原理，控制系統，上位機軟件進行了研究，研究表明，此設計具有可行性，可滿足在線式礦石預選設備的控制需求。

參考文獻

[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分析用標準樣品的研制[J].中國無機分析化學，2018（1）：21-28.

[2]張衛衛.X射線熒光光譜分析法在有色金屬礦石化學成分鑒定中的應用[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測定礦石中鈾、鉬、汞[J].鈾礦冶，2016（2）：132-137.