自动化免疫分析精选(五篇)

序言：作为思想的载体和知识的探索者，写作是一种独特的艺术，我们为您准备了不同风格的5篇自动化免疫分析，期待它们能激发您的灵感。

篇1

关键词：运动控制；轮廓误差；前馈复合控制；变增益交叉耦合控制

中图分类号：TP273文献标识码：Adoi: 10.3969/j.issn.1003-6970.2011.03.025

Design of a Motion Controller for the Sampling Platform of a Automated Chemiluminescence Immunoassay Analyzer

Qian Jun1, Zhang Xin2, Bai Zhi-hong3, Jia Zan-dong4, Xu Zhong4, Wang Bi-dou1

(1.Suzhou Institute of Biomedical Engineering and Technology, Chinese Academy of Sciences, Suzhou 215163 China; 2. CIOM Medical Instrument Co., Ltd. Changchun 130033, China; 3. HYB Bio-Medical Engineering Co., Ltd. Suzhou 215163, China; 4. Changchun Institute of Fine Mechanics and Physics, Chinese Academy of Sciences, Changchun 130033, China; 5. Changchun University of Technology, Changchun 130012, China)

【Abstract】 In this paper, a motion controller for the sampling platform of a automated chemiluminescence immunoassay analyzer is developed. The single-axis controller has a double closed-loop structure, consisting of an inside velocity loop and an outside position loop. In the position loop, the fuzzy controller and the feedforward compound controller are used. In consideration of the dynamic cooperation of the two axes, a variant gain cross-coupling-controller is designed to minimize contour error. Experimental results indicates that, by using this control strategy, not only the single-axis tracking performance having been improved efficiently, but the contour error having been minimized significantly .

【Key words】 motion control; contour error; feedforward compound control; variant gain cross-coupling-control

0引言

化学发光免疫分析法是以标记发光剂为示踪物信号建立起来的一种非放射标记免疫分析法。它具有灵敏度高、线性范围宽、分析速度快等优点，已成为临床免疫学检验中的常用手段而获得了广泛应用[1-3]。相应的化学发光免疫分析仪器已成为临床免疫学检验中不可或缺的检测设备。全自动化学发光免疫分析仪一改过去依赖于手工加样，再交由仪器测量的半自动化技术局面，是近十年来免疫检验技术的一次飞跃。全自动化学发光免疫分析仪需要对大量的样本进行连续的处理，取样平台运动控制系统是设备实现自动化的基础。需要设计出响应速度快、重复定位精度高、按规定轨迹运动的取样平台运动控制系统。

本文讨论了全自动化学发光免疫分析仪取样平台X―Y轴运动控制器的设计，包括单轴运动控制器和两轴变增益交叉耦合控制器的设计，最后给出了相应的实验结果。

1取样平台运动系统硬件结构

三自由度机械臂是取样平台的主要部分，包括两根X轴平行导轨、X轴滑块、两根Y轴导轨、Y轴滑块、Z轴齿形针管、Z轴液面传感器模块等，具体结构如图1所示。三个自由度分别是X轴的左右滑动、Y轴的前后滑动、Z轴的上下传动。X、Y轴的运动由直流电机驱动，实现取样针在平面上的定位。取样针的行程为160cm（X轴方向）×60cm（Y轴方向）。本文主要讨论取样平台X-Y轴运动的控制。

图1机械臂机械模型

Fig.1 Model of the Mechanism Robot Arm

2取样平台运动控制器设计

取样平台X轴、Y轴的控制目标是完成精确的位置控制。不仅对单个轴的运动速度和定位精度有严格要求，而且要求双轴联动时两轴之间的动态配合要好。因此对单轴跟踪误差和位置轨迹轮廓误差都需要加以考虑；在连续运动控制过程中，不但要考虑单轴的控制策略，还要考虑双轴联动时的交叉耦合控制策略[4,5]。

2.1取样平台单轴运动控制器设计

提高每一个运动轴的控制跟踪精度能有效地减小系统轮廓误差。取样平台的单轴控制器采用传统的速度内环，位置外环双闭环结构[6]。

2.1.1取样平台单轴速度环数学模型

数字随动系统中必须有D/A、A/D转换器或相当于其功能的转换装置。在该系统中，起D/A作用的是数字脉宽调制装置。它把数字输出量转化为脉宽可调的方波电压，并保持一个采样周期Ts，相当于一个零阶保持器，其传递函数为：

(1)

起A/D作用的是数字测速装置。其基本原理是数值微分，可等效为一个纯延迟环节。用Tr表示纯延迟时间，得传递函数为：

(2)

数字计算机的传递函数也可等效为一纯延迟环节，设Td为计算延迟时间，则其传递函数为：

(3)

综上所述，数字计算机及转换装置的传递函数为：

(4)

则取样平台单轴控制系统动态结构图如图2所示。

图2单轴控制器动态结构图

Fig.2 Block diagram of the single-axis controller

图中：Go(s) ――计算机及转换装置等效传递函数；

Ks――数字脉宽调制装置功率放大倍数；

Ce――伺服电机反电动势；

Tm――电力拖动系统机电时间常数；

α――速度反馈系数。

增加速度环的作用是：

(1)减小系统固有部分的惯性，提高系统的快速性；

(2)削弱被转速反馈包围部分参数变化及非线性影响，提高系统刚度，扩展调速范围。

2.1.2取样平台单轴位置控制器设计

采用古典方法进行单轴位置控制器的设计，无法解决动态特性与稳态精度间的矛盾。为此，设计智能控制器来克服一些控制理论靠单纯的数学解析结构难以处理对象不确定性的弱点。在本系统中，采用非线性量化因子模糊控制器实现位置控制器的设计[7,8]，其结构图如图3所示。

图3单轴位置环模糊控制器结构图

Fig.3 Block diagram of the fuzzy controller for the position loop

控制器输入为误差e及误差变化率ec。通过非线性量化因子Fe、Fec将e、ec从语言的基本论域映射到量化论域E、EC。模糊控制器输出u=kuU。

取非线性量化因子为

(5)

式中：ne、nec――误差及误差变化率的量化等级；

ae、aec――常数。

E=EC=U={-6，-5，-4，-3，-2，-1，0，1，2，3，4，5，6}。定义在量化论域上的模糊子集为{NB，NM，NS，ZE，PS，PM，PB}，分别表示“负大”、“负中”、“负小”、“零”、“正小”、“正中”、“正大”。E、EC及U的 赋值见表1，模糊规则表见表2。模糊推理采用Mamdani准则，输出模糊量逆模糊化采用加权平均法。

为了进一步提高系统的控制精度，在该取样平台单轴控制系统中，利用输入量的一阶和二阶导数信号进行前馈补偿，构成前馈复合控制（Feedforward Compound Control）[9]。具体实现框图如图4所示。引入输入量一阶导数前馈信号可以补偿速度误差，引入输入量二阶导数前馈信号可以补偿加速度误差。

图4单轴前馈复合控制器结构图

Fig.4 Block diagram of the feedforward compound controller

图中：――位置回路线性部分等效传递函数，KV为等效放大倍数，TV为等效时间常数；

D(s) ――前馈环节传递函数。

根据完全不变性原理，取

(6)

2.2双轴变增益交叉耦合轮廓跟踪控制

根据各个运动轴的反馈信息和差补值，实时修正轮廓误差模型的增益，以寻求最佳的补偿律并反馈到各轴，从而达到补偿轮廓误差的目的，这就是变增益交叉耦合控制（Variant Gain Cross-coupling-control）[10-12]。根据上述单轴控制器设计及交叉耦合控制原理，得出取样平台双轴协调运动控制系统框图如图5所示。其中，rx、ry和ex、ey分别为X、Y轴的参考输入和跟踪误差；Cx为X轴的交叉耦合增益系数；Cy为Y轴的交叉耦合增益系数；ε为系统的轮廓误差；Cc为交叉耦合控制器，u为其输出。对于给定的系统，ex、ey作为交叉耦合控制器的输入量，交叉耦合控制器的输出再通过交叉耦合系数Cx、Cy分解到两个进给轴上，从而控制两轴的协调运动。

图5双轴变增益交叉耦合控制器结构框图

Fig.5 Block diagram of the two-axis variant gain cross-coupling-controller

交叉耦合控制器选择的是经典的PID控制策略[13]，控制器的参数用实验方法得出。补偿量为

ε=-exCx+eyCy (7)

X、Y轴的补偿分量Ux、Uy分别为

(8)

Cx、Cy可以根据文献[14]所述方法求得。它们分别随着X、Y轴的跟踪误差ex、ey和参考轨迹的变化而取不同的值，即Cc为变增益交叉耦合控制器。

3实验结果与分析

以长春光机医疗仪器有限公司的CA-2000全自动化学发光免疫分析仪原理样机为平台，对本文所设计的运动控制器进行了实验研究。

图6是单轴S型曲线位置随动过程的实验曲线。可以看出，稳态误差变化范围是0.4%～0.9%，稳态误差的影响已经基本克服。非线性量化模糊控制在误差较小时采取的非线性处理结构是达到此控制效果的主要原因；动态跟踪误差也明显降低，这是是前馈控制的本质决定的。此外，实验发现在随动过程中电枢电流的平均值明显变小。这是因为：在稳态时，一方面该控制器不需要频繁做较大范围的调整输出，就不会造成速度环给定出现较大的变化；另一方面，该控制方法抑制扰动能力也优于基本模糊控制；在动态跟踪过程中，前馈控制能够依据给定和系统前向通道的变化产生提前的控制量，克服偏差控制量产生的滞后，因此，速度超调就被有效地克服了。

为了验证双轴变增益交叉耦合轨迹跟踪的实际效果，按照取样臂的运行范围，以图7的路径为例进行实验研究，以加样系统Z轴的垂直中心M为研究对象。采用NURBS插值方法[14]进行路径规划，其中参考进给速度为400mm/s。图8对实际速度与理论速度进行了比较，实验中通过局部放大可以看出实际速度相对于理论速度约有60ms的滞后，曲线基本重合。根据编码器反馈的实际值和M点在平面某附近点的X、Y轴的参考坐标，就可以获得M点的实际轮廓曲线和理论轮廓曲线。M点实际运动轨迹与参考轨迹之间的轮廓误差可以通过轮廓误差计算公式得到，如图9所示。结果表明，曲线在曲率较大处的误差较平坦处大，但是能够控制在要求范围内。

图7轨迹跟踪曲线

Fig.7 Curve of the trajectory tracking

图8实验速度曲线

Fig.8 Experimental speed curve

图9变增益交叉耦合轮廓误差

Fig. 9 Coupling error of variant gain cross-counpling control

4结论

本文针对取样平台运动系统的要求，进行了单轴速度环与位置环控制器的设计；为了进一步提高单轴的跟踪精度，利用输入量的一阶、二阶导数信号进行前馈控制，构成前馈控制和反馈控制相结合的复合控制系统；基于观测跟踪误差和轮廓误差两种误差，进行了变增益交叉耦合控制器的设计。在硬件不变的情况下有效地提高了系统的跟踪精度，使系统的轮廓误差明显降低，同时响应时间也满足设计要求。实验结果表明，此控制策略满足了取样平台的高精度、高速度的定位的工作要求。

参考文献

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篇2

化学发光免疫分析包括三大类型: 即标记化学发光物质的化学发光免疫分析、 标记荧光物质的荧光化学发光免疫分析和标记酶的化学发光酶联免疫分析。化学发光免疫分析技术可测定内分泌激素、 肿瘤标志物、 血药浓度、 传染病和心血管疾病标志物、 贫血及过敏原等项目［1］。目前对运动员血清睾酮的检测， 大多采用放射免疫法， 由于其自动化程度低， 不适用于快速检测， 又有放射污染。美国Beckman．Coulter公司和法国Pasture研究院合作生产的Access全自动微粒子化学发光免疫分析仪， 其方法学具有高灵敏性、 高精确性、 高稳定性等特点， 无需对样本进行测前处理， 简便的自动化操作， 全程仅需15～20 min， 且无放射污染。本室引进Access免疫分析系统对运动员血清T进行定量测定， 现对该方法的临床应用评价如下。

1 材料和方法

1.1 检测对象 无锡市体育管理中心运动员122人， 年龄≥15岁， 其中男64人， 女58人。对照组为来我院正常体检的中学生， 男、 女各30人。采运动员清晨静脉血2 mL， 分离血清后进行检测。

1.2 材料 血清睾酮的检测采用Access磁微粒化学发光免疫分析系统。Access免疫分析系统及配套的T试剂盒， 冲洗缓冲液， 碱性液， 酸性液， 定标液， 基质液(Substrste)， 反应杯(RV管)由BeckmanCoulter公司提供。

1.3 方法

1.3.1 标准曲线 分别取0、 1.7、 5.2、 13.9、 27.8、 55.5 nmol/L T标准液， 在Access免疫分析系统中执行自动定标程序。以2次测定结果的均值， 进行数学逻辑处理， 绘制标准曲线。

1.3.2 统计学分析 两组间数据采用t检验。

2 结果

2.1 精密度测试 取低、 中、 高值的混合血清分别重复测定20次， 计算变异系数CV， 反映批内精密度。每天对不同浓度的质控血清测定1次， 连续20 d， 评价批间精密度。低、 中、 高值批内CV分别为4.1、 2.7、 1.6; 批间CV 分别为4.4、 3.2、 2.6。

2.2 血清睾酮检测结果及统计分析 运动员血清睾酮检测结果显示， 男女运动员与各自相同性别正常人对照组之间无统计学意义（P>0.05）。 表1 运动员血清睾酮检测

3 讨论

Access免疫分析通过在RV管中加入包被单克隆抗体的磁性微粒、 血清样品、 碱性磷酸酶(ALP)标记的抗原， 经37℃孵育后， 形成竞争法抗原抗体结合成的复合物。再加入底物 AMPDD(一种金刚基二螺［4， 4］二氧乙烷的磷酸脂)发光剂。AMPDD经ALP水解， 生成一种不稳定的阴离子， 该阴离子分解时持续发光， 且与ALP量成正比， 通过测定相对发光单位(relative light unit， RLU)定量检测血清中物质的浓度［2］。

对运动员血清T检测结果表明， CV％值较小， 说明仪器重复性较好， 测定结果稳定。 T的测定浓度范围在0～55.5 nmol/L之间， 能够满足运动员正常测试的需要。自动化的Access免疫分析系统， 既具有化学发光检测的高灵敏度， 又具有免疫分析的高特异性， 准确性、 稳定性， 能够快速及时的为运动员训练监控提供可靠的依据。另外， 它是用化学试剂来标记抗原或抗体， 避免了因使用放射性核素而带来的对人体和环境的危害。

但由于试剂成本的原因， Access免疫分析系统仍未广泛应用于临床。随着临床需求的进一步扩展， 高灵敏度、 宽线性Access免疫分析系统的将得到广泛应用。

参考文献

篇3

就现在开发OA的技术来说，主要集中分为三大类：基于C/S结构的应用程序开发，结合C/S结构和Web技术的复合应用程序，基于B/S结构的动态网页技术。以下将分析这三类技术的各自优缺点：

C/S结构系统：是传统开发模式，一般以数据库和客户端的两层结构实现，也有加入中间件的三层或多层结构，在OA早期是标准的系统模式，但随着计算机技术的发展和网络的发展，它已经无法满足现在的远程网络办公和移动办公，逐渐在被取代

C/S+Web技术：是为了补充C/S结构的不足，在C/S基础上加入Web技术来实现对远程数据的获取，但拥有一定局限性，如数据及时更新、软件升级等问题就无法很好解决

B/S结构系统：是援用动态网页技术，加入OA的开发理念，完全适应网络办公和移动办公需求，也是现代办公自动化系统的首选技术。

就B/S结构的开发，具体技术又有多种选择：JSP+J2EE，ASP+IIS，ASP.net+Microsoft .NET Framework，PHP+Apache，就这几门技术，可以说各有其优缺点，分析如下：

JSP技术：具有良好的跨平台性，加上J2EE功能十分强大，但是J2EE的布置使开发成本显得略高，而且没有良好的安装界面

PHP技术：是早期动态网页技术中的强手，但随着JSP技术与ASP技术的不断更新，使得PHP技术稍微比较落后

ASP技术：类似于PHP技术，开发简便，快速，加上IIS的功能支持，是比较简易快速的开发技术

ASP.net：可以说是ASP技术的替代技术，是ASP的一大进步，在Microsoft .NET Framework的强大支持下，可以使用C#、VB、java script三种语言来编写代码，采用预先编译技术，使得代码安全性加强

最终讨论结果：在针对于中小型企业用户，建议采用ASP.net技术，理由是，该技术易于服务器的维护，成本相对较低，开发周期较短

在针对政府部门用户，建议采用JSP或ASP.net技术，理由是，政府部门服务器很多已经改装为Linux系统，在该平台下采用JSP技术较成熟；如果是Windows用户，则采用ASP.net技术

二、OA概述

人们普遍使用计算机来提高个人工作效率，但是在需要许多人一起协同工作的现代工作环境中，我们更需要提高我们的整体工作效率。利用网络通讯基础及先进的网络应用平台，建设一个安全、可靠、开放、高效的信息网络和办公自动化、信息管理电子化系统，为管理部门提供现代化的日常办公条件及丰富的综合信息服务，实现档案管理自动化和办公事务处理自动化，以提高办公效率和管理水平，实现企业各部门日常业务工作的规范化、电子化、标准化，增强档案部门文书档案、人事档案、科技档案、 财务档案等档案的可管理性，实现信息的在线查询、借阅。最终实现“无纸”办公。

办公自动化，一个极大的概念，一个炒作了很久的概念。无论是办公设备公司，还是系统集成公司，都大力推出自己的办公自动化产品。有办公设备、办公自动化电脑、办公自动化软件。可见，办公自动化中内容庞大，可为空间不可小视。那么，首先我们来探讨一个问题，什么是办公？

办公实际就是文件的制作、修改、传递、签定、保存、销毁、存档的过程。那么随着文件的这一流程，产生了各种各样的设备。随着技术的发展，计算机网络技术的进步，办公自动化网络的建设也得到了大力推广。

传统的办公模式主要以纸介质为主，在信息革命的浪潮中，显然已经远远不能满足高效率、快节奏的现代工作和生活的需要。如何实现信息处理的自动化和办公的无纸化逐步得到了人们的重视。

传统办公模式

办公自动化提了多年，但效果并不明显，人们还是停留在单机字处理和表格处理的所谓办公自动化的初级阶段。信息的交流和共享，以及团队的协同运作等无法完美的实现，极大地限制了工作的效率。

Internet/Intranet的迅猛发展，为信息的交流和共享，团队的协同运作提供了技术的保证，同时也预示着网络化办公时代来临。

网络化办公模式

现有办公自动化系统和大型信息管理系统中，企业业务流程重组或者是文件流转功能都是核心功能。同时我们也认为，企业办公主要是一个文件流转的过程，所有的办公事务都可以抽象成一个数据库表单。

传统的办公自动化系统和大型MIS系统在处理企业管理流程中大多采用企业业务流程重组（BKR），其核心思想就是要先优化企业业务管理流程，再根据优化后的流程建设企业信息系统。这样不仅在系统建设中工作量巨大，同时面临来自企业内部重重的阻碍。

我们的核心思想是；前期系统建设中不牵涉企业内部业务流程重组，只是协助企业通过方便的流程自定义等功能进行流程电子化，以及不断根据实际需求去改变电子化流程。

三、系统结构设计

现在的网络办公自动化系统可以说百家争鸣，各有所长，但是一般的B/S结构系统都做得比较固定，也就是针对某个行业甚至某个企业而开发的，有诸多的限制和代码固化，不利于灵活的OA定制和客户化！而且很多OA系统都具有相同的功能，只是表现手法和操作流程有所不同罢了，所以，他们的基本是一致的，是有共性的，是可以统一的。

我的基础思想是开发一个底层的通用型OA平台，在此平台下实现OA系统的主要功能模块的底层操作，这样，当针对某个企业或者政府部门开发OA系统时，只需在此基础上稍加修改，就可以成为一套具有很强针对性的OA系统，这样方便该系统的二次开发，也方便于针对不通性质部门单位的OA系统的定制。

可以看出，底层通用型管理模块是整个OA系统的基础，而应用层模块是面对客户的，它是界面和业务逻辑的结合体，针对不通企业将有所不通，这种结构将很好的解决一套OA的多种定制功能，便于二次开发。

四、通用型管理模块功能划分

针对于这个底层模块，它并不需要实现实际的功能，它主要是负责完成应用层交付的任务和与底层数据库交换数据，所以它的功能是比较抽象的、统一的和可扩展的。虽然如此，我们还是将这个模块按不同的功能细分，因为办公系统有些模块之间联系并不紧密，比如公文管理系统与公共信息系统，邮件管理系统与办公设备管理系统之间的联系就不是那么紧密，甚至可以完全分开。所以我们的底层管理模块针对于这些情况，主要分为功能子模块：

1．公文管理

公文管理主要负责公文的发送与接受工作，发送流程按照流程定

制来完成，所以还包括流程定制功能。这三大块是OA的核心部分，实现也最为复杂，特别是流程定制功能，是一个非常灵活的模块，它决定了该OA系统的效率和可用性

2．邮件管理

邮件管理主要功能是发送与接受内部邮件，发送与接受外部邮件（外部邮件服务器必须支持pop3），邮件需要存入数据库，以便今后浏览查询

3．表单管理

表单管理是一个辅模块，基本上在其他所有模块都有可能用大它的功能，它主要是实现表单模板的定制，表单的存储，打印等功能。在一个企业，表单是很重要的一个东西，它在办公过程中出现的频率紧次于公文，所以这个模块也非常重要，并且表单的定制与打印是一个技术难点

4．档案管理

档案管理功能是对准备归档的公文或者企业各类合同、协议、文件、指示、资料等的一个合理存储与查阅功能，针对于复杂的分类和查阅权限，实现合理存取，管理得基本功能

5．人事管理

人事管理功能主要包括：员工资料管理，员工薪资管理，员工考勤管理，员工权限管理，部门机构管理，部门任命管理等等公司内部人事管理的所有功能，本子模块将以底层视角反应员工得管理，包括职务和所属性质都将按统一模式规划，便于应用层定制模块

6．日程安排

日程安排是办公系统的一个必不可少的辅助功能，可分为个人日程，部门日程，主要需要解决的是日程的基本存储和信息提示

7．公共信息管理

公共信息包含：公司新闻、文档、员工论坛、资料下载等功能，主要是针对所有部门的一个共用系统，该系统可以采用传统模式，如论坛可以采用BBS系统等，底层主要是统一规范，提供基本功能

8．会议管理

会议对于任何一个公司都是重要的，而会议的形式随着网络的发展也变得多样化起来，除了传统的会议，还有网络会议，视频会议等新型会议方式，使得相隔甚远的人之间也可以有了当面交流的环境。对于相隔较远的部门，如总公司与子公司之间的交流建议采用非视频的网络会议，因为这个即可以满足网速，也可以满流得需求。对于处于同一个大厦的各部门，建议使用视频会议，因为加入多媒体的功能，可以使得会议气氛跟贴近传统会议的效果，而且交流也更人性化，同时也可以得到局域网网速得支持。

这功能子模块都是OA系统得基础，在此之上，我们可以创建更多的功能和辅助，可以使得OA的定制变得轻松而丰富。

五、总结

篇4

关键词：宁阳县；矿区概况；研究分析

中图分类号：TD87 文献标识码：A1 矿区概况

兴隆庄饰面花岗岩矿区位于宁阳县东疏镇兴隆村一带，东距宁阳县城10km，南距蒙馆公路2km，南东距东疏镇驻地7km，北与汶上县相邻西距汶上县城15km。

矿区地貌为平原，地形坡度较小，地势北高南低。矿体大面积分布，上覆土层一般在1-2m之间。矿体遭受轻度风化，风化层厚度一般在6-8m之间。

矿石为中生代燕山晚期卧福山超单元兴隆庄单元中粗粒二长花岗岩，完整基岩即为矿体，呈岩床状。主要矿物成分为斜长石、微斜长石、石英、黑云母、磁铁矿、木屑石等。

矿石自然类型为块状，总观颜色呈浅灰白色，风化后呈黄灰色，颜色均匀一致，矿石结构均一，块体密度为2.58g/c立方米。

石材加工后磨光面整体为浅灰色，光泽度较高，耐腐蚀，具有较好的稳固性能，抗压强度及抗折强度均较大，吸水率为0.13g/c立方米，饱和抗压强度为122.5Mp

a，肖氏硬度为77，耐碱度为99.98%，耐酸度为99.97%，干燥弯曲强度为9.5。能够生产较大块体的荒料，加工过程中不易破碎，板材成材率高，开采技术条件简单，是较为理想的饰面建筑石料。因含有少量黑云母及磁铁矿等铁质矿物，似有锈点，故其市场商品名称“锈石”，较纯净、不含铁矿石者商品名称为“白沙石”。

2 资源储量估算

矿区面积27.33万平方米，根据闵兴石材公司及邻近汶上县境内的石材矿山生产情况及钻探资料分析，地表以下10m以上为风化层，可利用矿层厚度40m左右，估算矿区花岗岩资源储量为1542万立方米，荒料率按80%计，荒料量为1234万立方米，为一大型饰面花岗岩石材矿床。

3 规划矿山规模

该矿区可建设两座规模（荒料）为10万立方米/年的大型饰面石材开采加工矿山企业，规划开采荒料共20万立方米/年，考虑不确定因素，矿区可采年限至少可达50年。矿山每年共生产荒料20万立方米，成材率按80%计，成材量（可切割成板材的数量）为16万立方米，按板材成材系数15（每1m3成材切割成15m2板材）计算，共可生产板材约240万平方米。

4 市场分析

饰面花岗岩石材是当今建筑行业装饰用量最广、也较流行的中高档装饰材料，国际国内市场需求量一直很大，虽然受国际金融危机影响，国际市场受到一定冲击，但由于我国实行拉动经济的政策，国内的建筑用一直保持活跃，国内市场的未受大的影响。兴隆庄饰面花岗岩属中档次饰面石材，目前闵兴石材公司生产的板材业内称为锈石，因矿石含有少量含铁矿物日久腐蚀似铁锈斑点而得名。还可生产标准薄板及加工生产光板、火烧板、异形板、文化石等系列产品用于室内装饰，也可生产路沿石、台阶石和广场地板石用于城市道路、广场、大厅等建筑装饰。经对市场调查，该花岗岩石材毛光板市场价格在70-100元/m2之间，且市场销售前景较好。

5 矿山建设投资

每座矿山建设预计总投资4000万元人民币，其中地质勘查费用50万元；办理采矿许可证费用2150万元（其中采矿权价款2000万元，地质环境治理保证金80万元，开发利用方案、安全监察、地灾地环评价、土地恢复治理方案、价款评估等有关报告费用70万元）；基本建设包括三通一平共500万元；采掘、运输、加工设备及其他生产设备800万元；流动资金500万元。

6 经济效益分析

每座开采规模为10万立方米/年、投资4000万元的石材矿山按每年生产板材120万平方米、价格按70元/平方米计算，年销售收入（70元/平方米×120万平方米=8400万元）8400万元。矿山年支出为5680万元，其中生产、管理综合费用400元/立方米，计4000万元（400元/立方米×10万立方米=4000万元）；税费（营业税、增值税、矿产税、矿产资源补偿费及其他管理费用）为总产值的20%，计1680万元（8400万元×20%=1680万元）。矿山年利润为年销售收入减去年支出，为2720万元（8400万元-4000万元-1680万元=2720万元）。矿山年上缴所得税为年利润益的33%，计为898万元（2720万元×33%=898万元）。政府财政收益为各类税费之和，为2578万元（1680万元+898万元=2578万元）。矿山年纯利润为年销售收入减去年管理费用和年上缴各项税费，为2894万元（8400万元-4000万元-1680万元-898万元=1822万元）。矿山投资收益率为72.35%（1822万元/4000=45.55%），投资返还期为2.2年（1/0.4555=2.2）。

合计2座矿山共投资8000万元，年开采荒料20万m3，销售收入1.68亿元，政府财政年收益5156万元，企业纯利润3644万元。

7 矿权出让及收益

7.1 由政府出资，委托具有资质的地质勘查单位对矿产资源进行地质勘查，包括测量、钻探、测试、化验等，查明矿区内地层、构造、岩浆岩情况、查明矿体的分布、形态及矿石质量测试各项技术指标、估算矿石资源储量和荒料率，对市场行情、经济效益进行分析，估算勘查费用100万元。

7.2 针对查明的矿产资源，委托有资质的评估机构进行采矿权价款评估，评估费用20万元。

7.3 对矿产资源采矿权依法进行出让，工作费用20万元。

7.4 对整个矿区分割为两个矿区出让，资源储量1542万立方米。按采矿权价款3元/立方米计算，价款总量为4626万元，即政府在采矿权价款方面可收益4626万元；除上交根据国家财政20%共925万元外，地方财政收益3701万元；除去上述勘查、评估和工作费用140万元，地方财政可纯收益3461万元。

8 环境保护分析

通过对闵兴石材公司及附近矿山的采矿环境分析，该地区水文情况简单，不会产生大量的矿坑废水，矿山灰尘较少、噪声较低，不会对附近居民产生大的影响，产生较大影响的为矿山生产废渣，因市场原因，目前生产的下脚料未能充分利用，且堆放还要占用部分土地，可考虑一是提高废料的利用率，二是对一些确实不可利用的废渣进行异地填埋，既要保护环境，又要尽量少的占用土地。

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关键词：全自动粉体包装生产线 发展现状 低碳包装 市场前景 关键技术。

中图分类号：F276.3 文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2011）11-286-02

一、概述

袋装粉体的全自动包装生产线是国内包装行业急需发展的重要装备。当前，我国粉体生产企业迫切期望采用拥有自主知识产权的全自动粉体包装生产线来实现低碳包装。全自动粉体包装生产线需达到如下要求：（1）采用清洁包装技术解决现场粉尘污染问题；（2）减小包装体积，降低包装耗材，节约包装资源；（3）采用拥有自主知识产权的码垛机器人，降低码垛耗能。

由于粉体物料物性的多变，带来粉体包装方式的个性化、多样化要求，在包装技术上有较高的难度，给全自动粉体包装生产线的产业化带来了技术风险。扬州市创新包装有限公司新研发的全自动粉体包装生产线克服了技术难题，具有广阔的产业化前景。

二、粉体包装行业在国内的发展现状

随着市场的需求及包装技术的发展，粉体行业采用的包装方式从最初的人工包装，发展到采用定量自动包装设备进行的半自动包装。目前，在工业发达国家，大多数粉体物料生产厂家都装备了以定量自动包装机和码垛机器人为主要部件的自动化包装生产线，代表着目前粉体包装技术的最高水平。其包装工艺实现了高度自动化，计量、计数、装袋、封口、打包等都形成了流水线作业，包装效率高，而且现场环境整洁。由于目前国内劳动力成本的增加以及工人劳动保护的重视，结合发达国家包装行业的发展轨迹，采用基于机器人进行码垛的全自动粉体包装生产线，成为国内粉体包装行业当前的发展趋势。

粉体包装的高难度，导致国内很多包装设备制造企业不愿意涉足该领域，而大力开发粮食、饲料等颗、粒料全自动包装设备，致使行业发展不均衡。国内粉体包装行业，尤其是粘性粉体及超轻细粉体为代表的特殊粉体包装设备远不能满足市场需求。很多粉体生产企业在国内不能找到合适的包装设备，或使用人工包装，或使用普通包装机进行半自动粗放式包装，或花费大量金额从国外进口包装设备。

据国内某锑品生产龙头企业介绍，由于该公司没有找到国产包装设备实现全自动包装，只能从日本进口。不仅价格非常昂贵，核心技术掌握在日本企业手中，而且附加条件为每年必须保证一定量的产品供应给该日本企业，从而受制于人。

粉体物料包装通常会出现以下几个难点：（1）粉尘污染严重，尤其是超轻细粉体及含气量大的粉体散逸性强，易造成现场工人尘肺等职业病；（2）粘性粉体包装机出料口易挂料，造成掉料现象，严重污染包装现场环境；（3）流动性过强的粉体包装时冲料，导致计量不准，污染现场；（4）粉体物料易混合气体，尤其是超轻细粉体及含气量大的粉体物料包装体积大，包装袋容积率低，极大浪费了包装耗材，加大了运输成本；（5）传统高低位机械式码垛机耗能高，占地大，使用、维护成本高。

目前，国内粉体包装技术发展缓慢，市场急需此领域包装设备的产业化生产。

三、全自动粉体包装生产线在低碳包装方面的意义

扬州市创新包装有限公司新研发的全自动粉体包装生产线通过自动上袋机、粉体定量自动包装机、输送机、倒袋机、重量复检机、剔除机、整形机、喷码机、码垛机器人等成套设备完成粉体物料的自动包装、检测、码垛。该生产线在低碳包装方面有以下意义：

1.实现包括超轻细、粘性等粉体物料的清洁包装。粉体物料包装过程中粉尘污染严重，尤其是超轻细粉体及含气量大的粉体散逸性强，易造成现场工人尘肺等职业病。全自动粉体包装生产线采用负压沉积技术，将物料中气体抽出，防止粉尘飘散；采用螺旋反转，气吹式自清理出料口等技术防止包装机出料口掉料。有效减少了包装现场的粉尘污染，避免了工人在恶劣环境下的工作。

2.减少粉体物料的包装体积，降低包装耗材，节约包装资源。本包装生产线在国内率先使用螺旋压缩和负压沉积相结合的技术，可以有效减少粉体物料中的含气量。

以超轻细粉体物料为例，使用本生产线包装，可以降低物料中含气量80%以上，提高包装袋容积率35/%，可节约35%的包装袋制作原料。

按照包装袋制作采用3层克重80g/m2的牛皮纸，尺寸80（长）×50（宽）cm，年产5万吨物料（使用包装袋200万条），每年节省牛皮纸计算如下：

0.8m×0.5m×2面×3层×0.08kg/m2×2000000条×35%=134.4吨。

所以年产5万吨超轻细粉体生产厂家，使用本生产线，每年可节约134.4吨牛皮纸。同时可减少使用PE膜原料35%，并降低运输成本35%。

3.节能、降耗，采用拥有自主知识产权的码垛机器人，降低码垛能耗，符合国家低碳经济发展的要求。

国内广泛使用的机械式码垛机单机功率为30KW左右，而本生产线使用的码垛机器人单机功率为4KW，设备按照330天/年，16小时/天的工作制度计算，每套全自动粉体包装生产线年节约用电量如下：

（30-4）千瓦时×16小时×330天/年=137280千瓦时/年。

折合标准煤：13.728万千瓦×3.6吨/万千瓦时=49.42吨。

所以每使用一套全自动粉体包装生产线，每年可节约标准煤49.42吨。

同时，机械式码垛机单机尺寸为17（长）×5.5（宽）×3.5（高）m左右，而码垛机器人主机尺寸为1.5（长）×0.7（宽）×3.1（高）m左右，耗材小，并大大降低了加工耗能。

4.极大提高生产效率，降低人工成本。以年产5万吨粉料的生产厂家为例，人工包装需设置8个出料口及储料仓，每个包装口处需称重灌装人员两人，复检缝包一人，搬运、码垛两人，以两个工作班组计算，共需80个人进行包装，且工人的劳动强度非常大。如采用半自动包装，需设置6个出料口和储料仓，每台包装机需要操作人员一名，重量复检人员一名，码垛人员一名，以两个工作班组计算，共需36人进行包装。如采用全自动粉体包装生产线，只需要一套设备就可以满足年产10万吨物料的包装需求，而操作人员仅需8名。

四、全自动粉体包装生产线的市场前景

全自动粉体包装生产线主要用于包含超轻细、粘性等粉体物料的全自动包装。粉体工业的前景广阔，粉体材料已在化工、建材、冶金、电子、医药、生物工程、陶瓷、农药、涂料、国防及尖端技术等领域得到了广泛的应用。粉体材料的快速发展，给全自动粉体包装生产线带来了广阔的市场发展空间。

结合发达国家的发展历程，国内粉体行业发展前景广阔，并向聚集化发展。以钛白粉行业为例，中国达到世界发达水平之后，对钛白粉的需求量将达520万吨，而目前，离这个数字差不多还有400万吨的缺口{2}。2009年，除中国以外，全球只有18个钛白粉生产商，总产能为470万t/a，其中前7名生产厂家产能合计400万t/a，占全球总产能的85%。而同期中国具有基本生产条件的大大小小的生产企业57家，规模以上的就有37家。2010年以来，国内大型企业不断扩大产能、重组企业，以期做大做强，在大型企业的市场挤压下，小型企业逐渐被淘汰或收购{3}。全自动粉体包装生产线主要面对的客户为规模企业，此发展趋势大大增加了本包装生产线的市场规模。

据统计，中国规模以上粉体物料生产厂家有5000家左右，其中95％的企业利用人工包装或半自动包装。如果每家使用四条全自动粉体包装生产线，则需要20000条，市场规模达600亿元，并逐年扩大。

五、全自动粉体包装生产线关键技术的突破

全自动粉体包装生产线的技术难度是其产业化的主要风险，扬州市创新包装有限公司现已攻克了以下关键技术：

1.包装过程中粉料与气体的充分分离，有效防止超轻细粉尘逸出，以及包装袋退出后，防止挂在包装机出料口处的物料掉落污染包装现场环境，是清洁包装生产的关键技术问题。

技术突破：包装过程中，采用负压沉积技术，并设计了过渡料仓抽气、输送体抽气、抽气棒抽气置等真空抽气装置，有效防止了超轻细粉体生产包装过程中的外溢。还在包装机出料口设计了气吹夹层微孔，实现瞬间气吹，将挂在包装机出料口处的少量粘性粉体吹至包装袋内，从而防止包装袋退出后，挂在包装机出料口处的物料掉落，污染包装现场环境。采用上述的粉料、气体分离，负压沉积技术，减小了污染，并可有效减少包装体积30%以上，抽气后的粉料密度大为增加，方便运输和仓贮，节约30%以上的包装和运输成本。在国内处于领先水平。

2.粘性粉体在包装袋内易出现堆尖，粘性粉体的包装对加料顺畅性有很高的要求，确保包装物料顺畅是前提；而且包装速度、料口粉料外挂都会影响到包装精度，确保高计量精度是关键。

技术突破：全自动粉体包装生产线采用独有的振动料仓设计，解决了粘性粉体加料顺畅性的难题；变频调速加料装置能够根据剩余包装重量的大小及时调整加料电机的转动速度，解决了包装速度和包装精度相冲突的问题；采用双传感器计量，且在给料完毕后，对挂在包装机出料口处的少量粉料统计计量，并作计量预留，从而保证了包装精度。在计量系统上，突破性采用了振动计量一体化设计。在国内处于领先水平。

3.机器人控制的体系结构、控制框架，正确、方便、安全的信息交互，以及在线方式下各种模式的行为控制和可达性分析计算，是码垛机器人四轴运动协调控制的关键技术。

技术突破:生产线采用CAN总线技术、模块化设计、开放性结构，可移植性、易修改的标准接口，和复杂动态系统的分析与鲁棒控制技术，实现了码垛机器人的四轴运动协调控制技术：自由度数4、轨迹重复性为±1.0mm。在国内处于先进水平。

4.作业对象变更时，机器人作业系统的功能柔性和任务适应性，变位操作的全局可达和柔性配置，以及两个电磁离合器背对背连接使用的控制难度是码垛机器人灵活运动规划的关键技术。

技术突破: 全自动粉体包装生产线采用独有的连杆机构、替代两个电磁离合器背对背使用的双向电磁离合器结构，开发了变位机设计与机器人作业系统协调运动灵活规划软件，使结构重量轻、控制方便。独有的连杆机构，减少零部件的点数，提高传动效率，效率高达96%。双向电磁离合器结构还减少了伺服电机的数量，成本低、能耗小。在国内处于先进水平。

5.全自动包装码垛生产线包括了自动上袋、定量包装、输送整形、机器码垛等多个生产环节，各工序设备的协调运行、稳定可靠，以及提高生产效率是控制高度智能化自动化的关键。

技术突破：全自动粉体包装生产线通过对各工序工况进行实时监测，现场PLC进行监控和冗余控制，顶层用高速实时SYSNET网把各工序控制站联成一体，SYSNET既可以与PLC也可以与普通计算机联网，从而便于与其他类型的DCS系统互联，达到系统开放的目的，在国内处于先进水平。

六、结语

全自动粉体包装生产线的研发具有重要意义，可以提升国内包装行业的整体水平，实现粉体物料的低碳包装。其市场规模大，技术含量高，关键技术已攻克，拥有广阔的产业化前景。

注释：

{1}李晓刚，刘晋浩.码垛机器人的研究与应用现状、问题及对策，包装工程，2011（3）：96～102

{2}徐高栋.关于我国钛白产业的发展现状以及未来市场规范问题分析，中国粉体工业，2011（2）：11～14

{3}毕胜.山重水复疑无路，柳暗花明又一村――2009年中国钛白工业复苏状况及前景，钛白，2010（5）：4～8