選礦全流程自動控制方法

2023-05-09 12:03:11 1

專利名稱：選礦全流程自動控制方法
技術領域：
本發明涉及一種選礦工藝方法，具體說涉及一種選礦自動化控制方法。
背景技術：
進入本世紀，可持續性發展戰略己成為資源性產業的頭等大事，選礦行業作為資源 性產業重要的組成部分，必須面對"持續"和"發展"這兩大問題。"發展"的壓力來 自市場的競爭，"持續"的壓力來自礦產資源的不可再生。隨著我國加入WTO和國民 經濟的發展，選礦企業必須面對國內外階段性的殘酷競爭，迫使企業不斷通過各種手段 提高質量、降低成本，在行業競爭中保持有利地位。
在發達國家的選礦廠，上個世紀末已基本實現了全流程的計算機控制。但國外的控 制系統對生產設備、生產環境和工藝條件要求較高，不能適應我國礦石性質複雜、品位 低的狀況。
我國在選礦自動化系統的研究與應用方面與世界相比落後較多。在八十年代末九十 年代初， 一些院校和研究院，如東北大學、馬鞍山研究院、昆明冶金研究院等在選礦自 動化方面均作了一些有益嘗試，多因現場環境惡劣，檢測手段不過關或控制理論不夠先 進而沒有推廣應用。

發明內容
本發明針對目前自動化選礦存在的缺陷，提出一種對設備運行狀況判斷更準確，自 動化控制更完善，能適應我國礦石性質特點的全流程自動控制的控制方法。
實現本發明的目的採取的具體技術措施是 一種選礦全流程自動控制方法，其特徵 在於在常規選礦工藝設備上安裝PCS7冗餘控制系統的信號採集設備組成控制網絡系
統，系統網絡結構為控制系統釆用SIMATICPCS冗餘自動化控制系統，通訊網絡採 用工業乙太網環形和冗餘ROFIBUS現場總線聯接；在各單元作業中採集的信號處理分
別為在破碎篩分生產過程自動控制系統中採用"破碎專家智能控制系統軟體"進行數 據處理；在磨機給礦自動控制系統中採用"磨機模糊控制系統軟體"進行數據處理； 在磨礦分級溢流粒度控制系統中採用"旋流器模糊控制系統軟體"進行數據處理；在浮
選過程自動控制系統中釆用"浮選智能專家自動控制系統軟體"進行數據處理。
本發明的有益效果由於在常規選礦工藝設備上安裝PCS7冗餘控制系統的信號採 集設備組成控制網絡系統，並且在破碎篩分生產過程自動控制系統中採用"破碎專家智 能控制系統軟體"、在磨機給礦自動控制系統中採用"磨機模糊控制系統軟體"、在分 級溢流粒度控制系統中釆用"旋流器模糊控制系統軟體"、在浮選過程自動控制系統中 釆用"浮選智能專家自動控制系統軟體"進行數據處理。
由於對選礦廠生產過程進行優化控制、優化運行、優化管理，在實現選礦廠數位化 管理、提高選礦生產過程的自動化水平、提高產品產量和質量、提高資源的綜合利用、 提高設備生產能力、實現節能增效等方面成效顯著。


圖1自動控制系統網絡結構示意圖
圖2是自動控制系統目標示意框圖
圖3是磨機給礦控制流程示意框圖
圖4是模糊控制器控制流程框圖
圖5是旋流器控制示意框圖
具體實施例方式結合附圖詳細說明選礦全流程自動控制方法。
本發明選礦全流程自動控制方法，在常規選礦工藝設備上安裝PCS7冗餘控制系統 的信號採集設備並組成自動控制網絡系統，自動控制系統網絡結構為如圖1所示，控
制系統A採用SIMATIC PCS冗餘自動化控制系統，SIMATIC PCS7是西門子公司結合
計算機軟、硬體技術面向所有過程控制應用場合的控制系統。
採用S7自動化系統作為現場控制單元實現過程控制，以PLC、變頻器及觸控螢幕聯 接工藝設備，其裝配數量根據實施控制的設備數量而定。所獲得的信號由CPW口鬥2H 進行處理，以靈活多樣的分布式I/0接收現場傳感檢測信號。由西門子組態軟體WinCC 能迅速方便地訪問西門子PLC的所有資源，獲得PLC運行數據，修改控制參數，並提 供了時間曲線圖、統計餅狀圖、實時顯示柱狀圖等多種顯示方式，實時顯示狀態變化， 動畫顯示設備運行狀態，並提供聲音、圖像報警等，還提供了鍵盤數字式、滑鼠圖形式 等多種數據輸入方式。SIMATIC PCS7採用上位機軟體WinCC作為操作和監控的人機 界面的操作員站C，利用開放的現場總線和工業乙太網實現現場信息採集和系統通訊，SIMATIC PCS7的通訊系統B採用的是10M/100M工業乙太網環網和冗餘ROFIBUS 現場總線相聯接。工業乙太網用於系統站之間的數據通訊，SIMATIC PCS7採用符合正C 61131-3國際標準的編程軟體和現場設備庫，提供連續控制、順序控制及高級程式語言。 現場設備庫提供大量的常用的現場設備信息及功能塊，可大大簡化組態工作，縮短工程 周期。
遠程顯示D存在於區域網中，遠程訪問採取WEB伺服器的形式，利用WinCC/Web Navigartor軟體，它可以通過乙太網提供遠程網頁瀏覽服務，具有如下優點
① 遠程用戶只要安裝微軟正瀏覽器，就能直接訪問現場組態，在遠程客戶端無需 安裝任何軟體，組態服務結構簡單，維護方便。
② 對於多用戶組態來說，採用WEB方式時，可以設置WEB服務的權限，防止 非法訪問生產原始數據，提高了系統和數據的安全性。
③ 採用WEB方式提供組態畫面，在開發區域網軟體時，可以將組態畫面集成到 軟體中，為區域網功能擴展留有接口，提高了控制的擴展性。
選礦全流程自動控制方法主要對4種作業控制系統和1種綜合管理系統進行自動化 控制，其中包括破碎篩分控制系統、磨礦分級控制系統、浮選控制系統、濃縮過濾控制 系統、選礦信息綜合管理系統。自動控制系統目標見圖2，以下分別述之。 選礦全流程自動控制綜合信息管理系統1
生產過程是一個涉及到原材料、設備、能源、產品的複雜過程，包括生產計劃、生 產指揮、設備控制、生產過程控制、質量控制、成本控制等，單純地控制設備的自動化 系統遠遠不能滿足複雜的生產過程的要求。
生產信息管理系統包括計劃管理，調度管理，成本管理，設備管理，質量管理， 能源管理等。
通過生產信息管理系統，不僅實現對整個生產系統的人員、設備、能源和產品的整 合，使自動化控制系統提高到生產調度和生產管理的高度，優化了自動化控制，為企業 綜合管理提供直接的生產統計數據。
選礦全流程自動控制綜合信息管理系統1採用通用的管理軟體對作業現場提供的 數據進行處理，所得處理數據存儲於控制系統網絡中，可隨時調用。 破碎篩分控制系統2
破碎篩分控制系統2分為兩部分破碎篩分生產過程自動控制和破碎篩分生產設備
順序控制。
破碎篩分控制系統檢測與控制內容為破碎礦倉料位檢測與布料自動控制；破碎機 給料皮帶金屬探測與報警控制；破碎機負荷檢測與給料自動控制；破碎潤滑油路檢測與 保護自動控制；破碎工藝過程中各主要輸送皮帶的跑偏、打滑檢測及其相關設備的邏輯 控制與邏輯連鎖；中、細破碎作業的優化平衡控制及相關工藝過程的自動分析、故障判 斷、歷史資料歸檔、事故報警、故障保護等功能。
在破碎篩分生產過程自動控制系統中根據破碎篩分控制系統檢測與控制內容編寫 "破碎專家智能控制系統軟體"，並將該軟體裝入破碎篩分控制器中，對由裝在破碎篩 分設備上的PLC採集的數據進行處理，完成了破碎生產過程自動控制。
破碎專家智能控制系統軟體能自動識別破碎機負荷變化的各種情況，並在此基礎上 為控制系統提供可能出現的各種變化趨勢，同時把這些變化趨勢記錄在專家庫中，形成
了集控制、識別、學習於一體的智能專家系統。
此控制系統的連續運行能判斷出破碎機"過鐵"、走"大塊"及排料口增大導致破 碎粒度增大等異常情況的出現並及時通過變頻器或及時通知操作人員，達到穩定破碎機 狀態、充分發揮破碎機效率的目的。 磨礦分級控制系統3
磨礦分級自動控制系統3分為磨礦分級生產過程自動控制和磨礦分級生產工藝流 程順序控制。
磨礦分級生產過程自動控制檢測與控制內容為球磨機負荷狀況分析與給礦機智能 切換、給礦量自動控制；球磨機充填率檢測與加球自動控制；球磨機前後大瓦潤滑系統 檢測與保護自動控制；球磨機音頻檢測、功率檢測與球磨機磨礦濃度控制。
分級機溢流粒度(濃度)控制；旋流器給礦濃度、給礦壓力檢測與溢流粒度、沉砂 濃度自動控制；旋流器給礦泵池液位檢測與補加水自動控制；實現智能給水、給礦及磨 機工況的自動分析、故障判斷、歷史資料歸檔、事故報警、故障保護控制；磨礦分級工 藝設備啟停、邏輯連鎖與保護控制。
在磨機給礦自動控制系統中根據磨礦分級自動控審啦測與控制內容編寫"磨機模糊 控制系統軟體"，該軟體裝入系統模糊控制器中，磨機給礦控制流程如圖3所示。由裝 在磨機設備上的信號採集器將磨音電耳、磨機功率分級機返砂量、分級溢流粒度數據送 入模糊控制器，經數據處理後送入P1D控制器並與礦量檢測數據綜合處理，結果輸出至變頻器。
由於磨機磨礦過程的複雜性和參數時變性及大滯後特性，無法定量地判斷磨機的工 作狀態和礦石的性質，只能定性地或趨勢性地判斷，這種判斷是無法實現磨機的精確控 制的。為實現磨機的精確控制，磨機模糊控制系統將磨機的性能、磨礦系統的工藝過程、 礦石性質的變化等諸多因素與生產實踐結合起來，建立模糊控制規則，進行模糊推理， 得出模糊推理結果，反模糊化，與各控制對象的PID結合，組成Fuzzy+PID的控制閉 環，從而實現磨機的精確控制。
在磨礦分級自動控制系統中引入模糊控制理論，選用模糊控制和PID控制相結合的 方法，這樣既可保持PID控制的無靜差、穩定性好的特點，又具有模糊控制對參數的適 應性和調節速度快的特點。
實際生產過程中，影響球磨機工作的因素很多，磨機模糊控制系統軟體選擇了幾個 主要因素，其中包括磨機音頻、磨機功率、分級返砂量、分級溢流粒度，作為模糊控 制器的輸入。模糊控制器的最後輸出是磨機給礦量、排礦水及返砂水。這些輸出值經限 幅處理後作為PID控制器的輸入，PID控制器的輸出控制系統中的執行機構進行調節。
在分級溢流粒度控制系統中根據分級機溢流粒度自動控制檢測與控制內容編寫"旋 流器模糊控制系統軟體"，該軟體裝入系統模糊控制器中，模糊控制器控制流程如圖4 所示，由入口進入初始化進入採樣迸入計算隸屬度進入模糊推理，進行解模糊判決再進 入限幅處理至出口。旋流器控制如圖5所示，給礦濃度、給礦壓力、泵池液位、溢流粒 度數據進入裝有旋流器模糊控制系統軟體的模糊控制器，經數據處理，解模糊輸出進入 PID控制器並與補水檢測數據綜合運算，其結果分別進入渣漿泵變頻器與補加水電動 閥。
旋流器控制的主要目的是保證其溢流粒度、沉砂濃度及其處理量。影響旋流器工 作的因素包括結構參數、操作條件和礦石性質等。在結構參數固定及礦石性質不可控的 情況下，給礦壓力和給礦濃度直接影響旋流器的工作狀態。
當旋流器壓力一定時，給礦濃度對溢流粒度及分級效率有重要影響。給礦濃度高， 礦漿濃度大、含泥量高時，礦漿粘度和密度將增大，礦粒在旋流器中運行的阻力增大， 而使分離粒度變粗，分級效率亦將降低。反之，當給礦濃度低時，阻力變小，分離粒度 變細，分級效率高。所以對於給礦濃度的控制非常關鍵。我們選用濃度計實時檢測給礦 濃度的變化情況，通過調節旋流器礦漿池的補加水來控制給礦濃度，從而保證了旋流器
的分級效率。
給礦壓力是旋流器中礦漿產生速度的原因，它直接影響旋流器的處理量和分級粒 度。當壓力增大時，可以提高分級效率，但是這將增加動力消耗和設備磨損，所以利用 增大壓力來提高分級效率是不經濟的。但在必要的情況下，也可以通過穩定濃度適當調 節旋流器給礦壓力來提高旋流器的分級效率。
旋流器沉砂濃度的大小直接影響磨機的磨礦效率，合理地控制旋流器的沉砂濃度是 旋流器、磨機、礦漿物流量平衡的一個重要環節，當濃度一定時，通過在一定範圍內調 節旋流器給礦壓力，使旋流器的沉砂濃度保證在工藝要求範圍內，否則就會出現磨礦分 級過程"死循環"的現象。
旋流器的控制是一個複雜的控制過程，主要體現在三個方面
① 泵池液位、給礦濃度、給礦壓力任一因素發生變化，均會導致旋流器原有控制 平衡被破壞；
② 給礦濃度、給礦壓力均影響旋流器溢流粒度指標，當溢流粒度指標發生變化時， 無論調節給礦濃度還是調節給礦壓力(往往是同時調節)，調節幅度均無法精確定義，
並且要考慮泵池液位、球磨機負荷的變化；
③ 由於磨礦生產工藝過程的時變性和不確定性，也導致旋流器各工藝參數的時變 性和不確定性。
如果採用單純的PID控制方式(濃度不合適就控制濃度，壓力不合適就控制壓力) 來控制旋流器，不僅達不到控制效果，還會造成生產混亂。
控制系統在此環節加入了對旋流器溢流粒度的檢測及控制，粒度的檢測信號直接參 與了磨礦分級過程的控制，當檢測到的粒度指標波動時，系統將會對分級旋流器的給礦 濃度和給礦壓力作出及時的調整。
控制系統將檢測到的旋流器溢流粒度、給礦濃度、給礦壓力及礦漿池液位的信號作 為旋流器模糊控制器輸入，模糊控制器經過模糊運算和模糊推理，並根據推理結果，給 出一種適合此時旋流器工作的控制方案，完成旋流器的自動尋優控制。磨礦系統自動控 制可提高磨機處理能力8%~10%，金屬回收率提高1%~2%。 浮選自動控制系統4
浮選自動控制系統4分為兩部分浮選生產過程控制和浮選生產工藝設備順序控制。
浮選自動控制系統4控制檢測與控制內容為礦漿流量、濃度檢測與浮選加藥自動 控制；浮選給礦濃度自動控制；浮選充氣量自動控制；浮選槽液位自動控制；最終精礦 品位、尾礦品位控制；浮選工藝設備啟停、邏輯連鎖與保護自動控制；各工藝過程參數 歸檔、歷史數據查詢、故障報警等。
在浮選過程自動控制系統4中根據浮選自動控制檢測與控制內容編寫"浮選智能專 家自動控制系統軟體"並將該軟體裝入浮選控制器中。
專家系統將影響浮選生產過程的主要因素包括礦漿流量、礦漿濃度、礦漿品位、充 氣量、液位、藥劑使用等，與精礦品位、尾礦品位建立專家知識庫，建立網格狀的專家 規則模型，描述浮選過程多輸入、多輸出系統的控制規則，從而實現浮選指標的精確控 制。另外由於浮選過程最終精礦品位檢測同原礦濃度、品位、流量、溫度、酸鹼度等檢 測之間有很大的滯後，為此系統建立了浮選槽液位、原礦濃度、流量、溫度、酸鹼度、 品位和浮選槽內當前濃度、品位的時間序列模型，實現浮選槽內當前濃度和品位的預測， 從而為浮選控制提供了可靠的保證。浮選控制專家系統正是依據其在數學模型方面強大 的優勢，實現對浮選的有效控制，減少藥劑使用量，保證生產指標。 濃縮過濾自動控制系統5
濃縮過濾自動控制系統5，採用通用的控制軟體進行數據處理，其檢測與控制內容 為濃密機底流濃度自動控制；過濾機給礦濃度、給礦流量自動控制；乾燥機溫度檢測 與蒸汽量自動控制；最終精礦水分自動控制；各工藝設備啟停、邏輯連鎖與保護自動控 制；工藝過程參數歸檔、歷史數據査詢、故障報警等。
權利要求
1一種選礦全流程自動控制方法，其特徵在於在常規選礦工藝設備上安裝PCS7冗餘控制系統的信號採集設備組成控制網絡系統，系統網絡結構為控制系統採用SIMATIC PCS冗餘自動化控制系統，通訊網絡採用工業乙太網環形和冗餘ROFIBUS現場總線；在各單元作業中採集的信號處理分別為在破碎篩分生產過程自動控制系統中採用「破碎專家智能控制系統軟體」進行數據處理；在磨機給礦自動控制系統中採用「磨機模糊控制系統軟體」進行數據處理；在磨礦分級溢流粒度控制系統中採用「旋流器模糊控制系統軟體」進行數據處理；在浮選過程自動控制系統中採用「浮選智能專家自動控制系統軟體」進行數據處理。
全文摘要
本發明提供了一種選礦全流程的自動化控制方法，在常規選礦工藝設備上安裝信號採集設備組成控制網絡系統，系統網絡結構控制系統採用SIMATIC PCS冗餘自動化控制系統，通訊網絡採用工業乙太網環形和冗餘ROFIBUS現場總線；在各作業單元中分別採用「破碎專家智能控制系統軟體」、「磨機模糊控制系統軟體」、「旋流器模糊控制系統軟體」、「浮選智能專家自動控制系統軟體」進行數據處理，對選礦廠生產過程進行優化控制、優化運行、優化管理，使選礦廠實現了數位化管理，提高選礦生產過程的自動化水平，提高產品產量和質量，提高資源的綜合利用率，提高設備生產能力，實現節能增效。
文檔編號G05B19/418GK101183260SQ200710158969
公開日2008年5月21日 申請日期2007年12月18日 優先權日2007年12月18日
發明者於仁和, 劉厚乾, 張堯東, 張繼洪, 李興華, 李明東, 楊學剛, 段潤龍, 群 王, 王文田, 王遠峰, 鵬 白, 蔡國良, 謝瓊澤, 遲世成 申請人:丹東東方測控技術有限公司