專利名稱：一種磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在選礦生產(chǎn)中的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置及方法，屬于自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
磨礦分級(jí)過程(GCP)廣泛應(yīng)用于冶金行業(yè)選礦生產(chǎn)中，通過研磨使礦石中的有用成分全部或大部分達(dá)到單體分離(微米級(jí))，同時(shí)又盡量避免“過粉碎”現(xiàn)象，達(dá)到選別作業(yè) (如浮選、磁選)的粒度要求，為選別作業(yè)有效回收礦石中的有用成分創(chuàng)造條件。GCP是高能耗生產(chǎn)過程，需要通過控制使其運(yùn)行在產(chǎn)量最大化點(diǎn)，以降低單位產(chǎn)品能耗。傳統(tǒng)的磨礦分級(jí)過程控制由磨礦操作工采用“觸、聽、看”的方法，不足在于對(duì)操作人員的要求比較高，而且無法保證生產(chǎn)安全與產(chǎn)品質(zhì)量。隨著控制理論的發(fā)展，先進(jìn)控制在磨礦分級(jí)過程中得到廣泛應(yīng)用，但這些方法多基于模型，存在建模成本高等問題。采用智能方法綜合判斷GCP的生產(chǎn)工況并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整已成為主要研究方向，對(duì)提高選礦企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、節(jié)能降耗具有特別重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種能夠?qū)δサV分級(jí)過程進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)、使產(chǎn)品粒度滿足要求，同時(shí)使球磨機(jī)工作在最佳負(fù)荷狀態(tài)的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置。本發(fā)明的另一目的在于提供這種磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法。技術(shù)方案本發(fā)明所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置，由監(jiān)督層、調(diào)節(jié)層和儀表層構(gòu)成；所述監(jiān)督層包括可編程邏輯控制器和監(jiān)控計(jì)算機(jī)，所述可編程邏輯控制器包括 CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，所述CPU模塊與所述模擬量輸入模塊和所述模擬量輸出模塊通過背板總線相連；所述可編程邏輯控制器用于采集所述儀表層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得到優(yōu)化的過程設(shè)定值輸送給所述調(diào)節(jié)層；所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)與所述 CPU模塊連接，用于設(shè)置所述可編程邏輯控制器的工作參數(shù)和指標(biāo)參數(shù)，并實(shí)時(shí)監(jiān)控磨礦分級(jí)過程中的各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)；所述調(diào)節(jié)層包括給礦機(jī)變頻器、渣漿泵變頻器、磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥和泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥，分別與所述模擬量輸出模塊相連，形成磨礦濃度變比控制(DVRC)回路、泵池液位均勻控制(LLC)回路和液位-粒度超馳控制(LPOC)回路；所述儀表層包括皮帶秤、電耳、磨機(jī)給水流量計(jì)、泵池補(bǔ)加水流量計(jì)、液位計(jì)和粒度分析儀，分別與所述模擬量輸入模塊相連。所述監(jiān)督層用于采集儀表層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得到優(yōu)化的過程設(shè)定值；調(diào)節(jié)層的基礎(chǔ)控制回路實(shí)時(shí)接收監(jiān)督層的優(yōu)化的過程設(shè)定值，共同協(xié)作完成GCP的控制及優(yōu)化，使磨礦分級(jí)過程的產(chǎn)品粒度滿足要求，并提高產(chǎn)量。
優(yōu)選地，所述皮帶秤設(shè)置于給礦皮帶處，用于檢測(cè)實(shí)際給礦量，與所述模擬量輸入模塊的第一輸入端相連；所述電耳設(shè)于磨機(jī)機(jī)身外側(cè)，用于檢測(cè)磨機(jī)音量，與所述模擬量輸入模塊的第二輸入端相連；所述磨機(jī)給水流量計(jì)設(shè)于磨機(jī)給水管路，用于檢測(cè)磨機(jī)前端補(bǔ)加水量，與所述模擬量輸入模塊的第三輸入端相連；所述泵池補(bǔ)加水流量計(jì)設(shè)于泵池給水管路，用于檢測(cè)泵池的補(bǔ)加水量，與所述模擬量輸入模塊的第四輸入端相連；所述液位計(jì)設(shè)于泵池上方，用于檢測(cè)泵池液位，與所述模擬量輸入模塊的第五輸入端相連；所述粒度分析儀設(shè)于水力旋流器出水管路，用于檢測(cè)產(chǎn)品粒度，與所述模擬量輸入模塊的第六輸入端相連。所述給礦機(jī)變頻器用于根據(jù)所述CPU模塊的處理結(jié)果控制給礦機(jī)的運(yùn)行速度， 調(diào)節(jié)給礦量，與所述模擬量輸出模塊的第一輸出端相連；所述渣漿泵變頻器用于根據(jù)所述 CPU模塊的處理結(jié)果控制渣漿泵的運(yùn)行速度，調(diào)節(jié)旋流器入口流量，與所述模擬量輸出模塊的第二輸出端相連；所述磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥用于根據(jù)所述CPU模塊的處理結(jié)果控制磨機(jī)的前端給水量，與所述模擬量輸出模塊的第三輸出端相連；所述泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥用于根據(jù)所述CPU模塊的處理結(jié)果控制泵池的補(bǔ)加水量，與所述模擬量輸出模塊的第四輸出端相連。所述CPU模塊包括知識(shí)庫模塊、推理機(jī)模塊、模糊化接口、解模糊接口和用戶接口 ；所述知識(shí)庫模塊是知識(shí)的儲(chǔ)存器，主要有規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫兩部分構(gòu)成；其中規(guī)則庫用于問題的推理和求解，數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)表征應(yīng)用對(duì)象的特征、狀態(tài)、求解目標(biāo)和中間狀態(tài)數(shù)據(jù)，供推理和解釋機(jī)構(gòu)使用；所述推理機(jī)模塊運(yùn)用所述知識(shí)庫提供的知識(shí)，基于通用的問題的求解模型進(jìn)行自動(dòng)推理求解；所述模糊化接口用于接收過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并輸送到推理機(jī)模塊進(jìn)行推理計(jì)算；所述解模糊接口用于將推理機(jī)模塊推理求解的優(yōu)化指標(biāo)值輸出；所述推理機(jī)模塊通過用戶接口與系統(tǒng)用戶聯(lián)系，接受用戶的提問，并向用戶提供問題求解結(jié)論和推理過程。本發(fā)明所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，包括如下步驟(1)對(duì)儀表層的各個(gè)設(shè)備讀取的檢測(cè)電流信號(hào)進(jìn)行濾波及規(guī)格化得到泵池補(bǔ)加水流量、磨機(jī)給水流量、給礦量、產(chǎn)品粒度、泵池液位和磨礦濃度，并利用軟測(cè)量的方法得到產(chǎn)品循環(huán)負(fù)荷；(2)將設(shè)定好的產(chǎn)品粒度和循環(huán)負(fù)荷與檢測(cè)到的實(shí)際產(chǎn)品粒度和循環(huán)負(fù)荷相減， 計(jì)算出產(chǎn)品粒度偏差和循環(huán)負(fù)荷偏差；(3)采集這些數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)模糊化，設(shè)定模糊規(guī)則，最后經(jīng)過推理機(jī)制得到優(yōu)化的過程設(shè)定值；(4)將優(yōu)化后的過程設(shè)定值下傳到調(diào)節(jié)層的磨礦濃度變比控制回路、泵池液位均勻控制回路和液位-粒度超馳控制回路；(5)得到優(yōu)化的礦量和濃度給定值后，對(duì)磨機(jī)的磨礦濃度采用變比值控制，礦量控制回路中，用電子皮帶秤檢測(cè)出皮帶上的給礦量，計(jì)算出優(yōu)化的礦量設(shè)定值和檢測(cè)值之間的偏差，采用積分分離的PID控制方法進(jìn)行控制；水量控制回路采用帶死區(qū)的PID設(shè)計(jì)方法，得到濃度值，用電耳檢測(cè)出球磨機(jī)的濃度；(6)將泵池的液位作為一個(gè)獨(dú)立的定值回路來進(jìn)行控制，采用液位均勻控制；(7)通過監(jiān)督層的優(yōu)化獲得粒度和液位的優(yōu)化的給定值，用粒度分析儀和液位計(jì)得到粒度和液位值，計(jì)算測(cè)量值和優(yōu)化后的給定值之間的偏差，采用超馳控制方法對(duì)粒度和液位進(jìn)行控制；液位在正常范圍內(nèi)時(shí)，以粒度控制為主，通過改變泵池的補(bǔ)加水量來控制粒度；當(dāng)液位在高低范圍外時(shí)，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，此時(shí)的泵池的補(bǔ)加水量以防止泵池溢出或抽干為目標(biāo)；待液位恢復(fù)正常后，再自動(dòng)切換到粒度控制方式。步驟(3)中，所述推理機(jī)的工作方法為，根據(jù)所述可編程邏輯控制器中的知識(shí)庫模塊提供的規(guī)則，通過問題求解模型自動(dòng)推理求解出優(yōu)化的過程設(shè)定值；其中所述問題求解模型為U = f(E, K，I)，式中，U = (U1, U2, ... , Uffl)為控制器的輸出作用集；E = (ei; e2，. . .，en)為控制器的輸入集；K = (k1 k2, . . . , kp)為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)集；I = (i” i2，...，in)為具體推理機(jī)構(gòu)的輸出集；f為一種智能算子，表示成 IFEANDKTHEN(IFITHENU)，即根據(jù)輸入信息E和系統(tǒng)中的知識(shí)信息K進(jìn)行推理，然后根據(jù)推理結(jié)果I確定相應(yīng)的控制行為U ；所述模糊規(guī)則為R1AFS^H AND Fd > L THEN DEC F:；R2 :IFSP > HANDFd < LTHENINCVp ；R3 AFSp <L AND Fd <H THEN INC F:；R4 :IFSP < LANDFd > LTHENDECVp ；R5..IF Fc > H THEN DEC F；；R6 AY Fc < L AND Ff <H THEN INC F；；R7:1F Dg > H AND Fg <H THEN DEC D'g ；
Rs AFDgKL AND Fg > L THEN INC D'g ；R9 IF D > HH THEN DEC D'g AND F； = 0 ；R10 IF D < LL THEN INC D'g AND F； = 0;R11 IF Sp =M AND Fc =M AND Dg =M AND Ff <孖 THEN INC F；；R12 : IF I < LL THEN INC F:；R13 : IF I > HH THEN DEC F:；其中，Ri表示第i條規(guī)則；“INC”和“DEC”分別代表“增加”和“減小” ；Sp為產(chǎn)品
粒度；FtnK分別為泵池補(bǔ)加水量和其設(shè)定值；Vp為渣漿泵運(yùn)行速度；F。為循環(huán)負(fù)荷；Ff、《分別為新給礦量及其設(shè)定值；Dg、伐分別為磨礦濃度和其設(shè)定值；Fg為磨機(jī)給水量；HH表示高高，H表示高，M表示中，L表示低，LL表示低低。步驟(5)中所述變比值控制方法為系統(tǒng)工作時(shí)，按當(dāng)前給礦量比例控制給水，當(dāng)濃度發(fā)生變化時(shí)，濃度控制器的輸出將修改比例系數(shù)k，從而修改了給水閉環(huán)的給定值，給水閉環(huán)及時(shí)調(diào)節(jié)給水量，保證濃度相對(duì)穩(wěn)定。步驟(5)中所述積分分離的PID控制方法中，其PI控制器的增量式算法為Au(k) = Δ Up (k) + Δ Ui (k) [ | e (k) < ε ]式中，Aup(k)為比例項(xiàng)增量，AUi(k)為積分項(xiàng)增量，e(k)為誤差，ε為積分分離點(diǎn)，Au(k)為PI控制器的輸出增量。步驟(5)中所述帶死區(qū)的PID設(shè)計(jì)方法為u (k) = u (k-1) + Δ u (k)[Kp [e(k) - e(k -1)] + Ke(k) + Ki [e(k) - 2e{k -1) + e(k - 2)], | e(k) \> BiΔμ(Α:) = \式中，u(k)為PI控制器當(dāng)前輸出量，u(k-l)為PI控制器上一次輸出量，Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)，Kd為微分系數(shù)，Bi為控制死區(qū)。有益效果本發(fā)明采用模糊監(jiān)督控制方法進(jìn)行調(diào)控，避免了人工手動(dòng)操作的不足， 改善了系統(tǒng)的控制性能，增加了生產(chǎn)效益；以可編程邏輯控制器為核心控制器，增強(qiáng)了控制系統(tǒng)的可靠性，擴(kuò)展了控制系統(tǒng)的應(yīng)用范圍；采用監(jiān)控計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可在線修改可編程邏輯控制器的工作參數(shù)和指標(biāo)參數(shù)，提高了控制系統(tǒng)的靈活性和生產(chǎn)效率。本發(fā)明能有效解決選礦生產(chǎn)中磨礦分級(jí)過程的擾動(dòng)、耦合和模型失配等控制問題，達(dá)到保證質(zhì)量、提高產(chǎn)量、節(jié)能減排等目的。


圖1為本發(fā)明磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的磨礦分級(jí)過程遞階控制結(jié)構(gòu)圖。圖3為本發(fā)明的可編程邏輯控制器中的CPU模塊示意圖。圖4為本發(fā)明磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置的結(jié)構(gòu)框圖。圖5為本發(fā)明的模擬量輸入模塊的連接示意圖。圖6為本發(fā)明的模擬量輸出模塊的連接示意圖。
具體實(shí)施例方式本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作流程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。實(shí)施例本發(fā)明的實(shí)施例為一大型鐵礦選礦廠磨礦分級(jí)過程控制。該選礦廠主要以鐵精礦為主，硫精礦為輔。原礦經(jīng)預(yù)處理后，由擺式給礦機(jī)給料，再由給礦皮帶送入球磨機(jī)內(nèi)，與球磨機(jī)入口補(bǔ)加水混合在球磨機(jī)內(nèi)被研磨成礦漿，球磨機(jī)排礦與球磨機(jī)出口補(bǔ)加水混合進(jìn)入旋流器，旋流器返砂返回球磨機(jī)，與球磨機(jī)形成閉路。旋流器溢流(磨礦分級(jí)控制的最終產(chǎn)品)被送入后續(xù)工序。如圖1所示，本實(shí)施例包括可編程邏輯控制器1、監(jiān)控計(jì)算機(jī)15、給礦機(jī)變頻器2、 給礦機(jī)3、礦倉4、給礦皮帶5、皮帶秤6、電耳7、泵池補(bǔ)加水流量計(jì)8、球磨機(jī)9、泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥10、泵池11、粒度分析儀12、水力旋流器13、磨機(jī)給水流量計(jì)14、液位計(jì)16、渣漿泵 17、渣漿泵變頻器18和磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥19。其中礦倉4內(nèi)的礦石由礦倉4落下，經(jīng)給礦機(jī)3、給礦皮帶5送入球磨機(jī)9進(jìn)行研磨。研磨后的礦漿經(jīng)泵池11在渣漿泵17作用下送入水力旋流器13進(jìn)行分級(jí)，粗礦作為循環(huán)負(fù)荷返回球磨機(jī)9再磨，細(xì)礦作為磨礦分級(jí)過程的最終產(chǎn)品送入下道作業(yè)工序；泵池補(bǔ)加水流量計(jì)8設(shè)置在泵池11的給水管路上用以檢測(cè)泵池11的補(bǔ)加水量；皮帶秤6設(shè)于給礦皮帶5上用以檢測(cè)給礦量；粒度分析儀12設(shè)于水力旋流器13的出口管路，用以分析產(chǎn)品粒度；液位計(jì)16設(shè)于泵池11上方，用以檢測(cè)泵池11液位；電耳7設(shè)于球磨機(jī)9機(jī)身外側(cè)，用以檢測(cè)球磨機(jī)9音量；給礦機(jī)變頻器2用于控制給礦機(jī)3的給礦量；磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥14用于控制磨機(jī)9的前端給水流量；泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥10 用于控制泵池11給水管路的流量；可編程控制器1用于接收各檢測(cè)儀表的采樣值，并經(jīng)過控制計(jì)算，將控制量輸出至給礦機(jī)變頻器2、磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥19、渣漿泵變頻器18和泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥10，以實(shí)現(xiàn)給礦量、磨機(jī)給水量、旋流器入口流量和泵池補(bǔ)加水量的控制。如圖2和圖3所示，一種磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，包括如下步驟(1)對(duì)泵池補(bǔ)加水流量計(jì)8、磨機(jī)給水流量計(jì)14、皮帶秤6、粒度分析儀12、液位計(jì) 16、電耳7的檢測(cè)電流信號(hào)進(jìn)行濾波及規(guī)格化得到泵池11補(bǔ)加水流量、磨機(jī)9給水流量、給礦量、產(chǎn)品粒度、泵池11液位和磨礦濃度，并利用軟測(cè)量的方法得到產(chǎn)品循環(huán)負(fù)荷；(2)將設(shè)定好的產(chǎn)品粒度和循環(huán)負(fù)荷與檢測(cè)到的實(shí)際產(chǎn)品粒度和循環(huán)負(fù)荷相減， 計(jì)算出產(chǎn)品粒度偏差和循環(huán)負(fù)荷偏差；(3)采集這些數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)模糊化，設(shè)定模糊規(guī)則，最后經(jīng)過求解機(jī)制得到優(yōu)化的過程設(shè)定值；(4)將優(yōu)化后的過程設(shè)定值下傳到調(diào)節(jié)層的各個(gè)基礎(chǔ)回路；(5)得到優(yōu)化的礦量和濃度給定值后，對(duì)磨機(jī)9的磨礦濃度采用變比值控制，礦量控制回路中，用電子皮帶秤6檢測(cè)出皮帶5上的給礦量，計(jì)算出優(yōu)化的礦量設(shè)定值和檢測(cè)值之間的偏差，采用積分分離的PID控制方法進(jìn)行控制。水量控制回路采用帶死區(qū)的PID設(shè)計(jì)方法，得到濃度值，用電耳7檢測(cè)出球磨機(jī)的濃度。(6)將泵池11的液位作為一個(gè)獨(dú)立的定值回路來進(jìn)行控制，采用液位均勻控制。(7)通過模糊監(jiān)督層的優(yōu)化獲得粒度和液位的優(yōu)化的給定值，用粒度分析儀12和液位計(jì)16得到粒度和液位值，計(jì)算測(cè)量值和優(yōu)化后的給定值之間的偏差，采用超馳控制方法對(duì)粒度和液位進(jìn)行控制。液位在正常范圍內(nèi)時(shí)，以粒度控制為主，通過改變泵池11的補(bǔ)加水量來控制粒度；當(dāng)液位在高低范圍外時(shí)，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，此時(shí)的泵池11的補(bǔ)加水量以防止泵池溢出或抽干為目標(biāo)。待液位恢復(fù)正常后，再自動(dòng)切換到粒度控制方式。具體設(shè)計(jì)方案如下(一 )調(diào)節(jié)層控制方案設(shè)計(jì)(1)磨礦濃度變比控制系統(tǒng)工作時(shí)，按當(dāng)前給礦量比例控制給水。當(dāng)濃度發(fā)生變化時(shí)，濃度控制器的輸出將修改比例系數(shù)k，從而修改了給水閉環(huán)的給定值，給水閉環(huán)及時(shí)調(diào)節(jié)給水量，保證濃度相對(duì)穩(wěn)定。礦量控制回路采用積分分離的PID設(shè)計(jì)，其PI控制器的增量式算法為Δ U (k) = Δ Up (k) + Δ Ui (k) [ | e (k) < ε | ]式中，Aup(k)為比例項(xiàng)增量，Aui (k)為積分項(xiàng)增量，e(k)為誤差，ε為積分分離點(diǎn)，Au(k)為PI控制器的輸出增量。在所有的水量控制回路中，采用帶死區(qū)的PID設(shè)計(jì)u(k) = u(k-l) + Au(k) + Ke(k) + Kd [e(k) - 2e(k -1) + e(k - 2)], | e(k) \> BiΔμ(Α:) = i式中，u(k)為PI控制器當(dāng)前輸出量，u(k-l)為PI控制器上一次輸出量，Kp為比例系數(shù)，Ki為積分系數(shù)，Kd為微分系數(shù)，Bi為控制死區(qū)。(2)泵池液位均勻控制結(jié)構(gòu)與一般的單回路反饋控制結(jié)構(gòu)完全相同，但Kp、Ki整定得相對(duì)較小。這樣一來，液位變化允許范圍相對(duì)較大，但避免了旋流器的入口流量(即泵池出口流量)的突變，減小了對(duì)產(chǎn)品粒度的影響。(3)粒度與液位的超馳控制液位在正常限范圍內(nèi)時(shí)，以粒度控制為主，當(dāng)液位在高低限范圍外時(shí)，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，待液位恢復(fù)正常后，再自動(dòng)切換到粒度控制方式。( 二)模糊監(jiān)督控制器設(shè)計(jì)方案可編程邏輯控制器中的CPU模塊包括知識(shí)庫、數(shù)據(jù)庫、特征數(shù)據(jù)處理單元、推理機(jī)和用戶接口等單元模塊等。選擇操作變量、被控變量和其它輔助變量為輸入變量，模糊化成 3 5個(gè)值，即HH(高高)、H(高)、M(中)、L(低)、LL(低低)。(1)知識(shí)庫模塊設(shè)計(jì)知識(shí)庫是知識(shí)的存儲(chǔ)器，主要由規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫兩部分構(gòu)成。其中規(guī)則庫用于問題的推理和求解，數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)表征應(yīng)用對(duì)象的特性、狀態(tài)、求解目標(biāo)、中間狀態(tài)等數(shù)據(jù)， 供推理和解釋機(jī)構(gòu)使用。主要規(guī)則如下R1AFS^H AND Fd > L THEN DEC F:；R2 :IFSP > HANDFd < LTHENINCVp ；R3 AFSp <L AND Fd <H THEN INC F:；R4 :IFSP < LANDFd > LTHENDECVp ；R5 AFF >H THEN DEC F；；R6 AY Fc < L AND Ff <H THEN INC F；；R7:1F Dg > H AND Fg <H THEN DEC D'g ；Rs AFDgKL AND Fg > L THEN INC D'g ；R9 IF D > HH THEN DEC D'g AND F； = 0 ；R10 IF D < LL THEN INC D'g AND F； = 0;R11 IF Sp =M AND Fc =M AND Dg =M AND Ff <孖 THEN INC F；；R12 : IF L < LL THEN INC F:；R13 : IF I > HH THEN DEC F:；其中，Ri表示第i條規(guī)則；“INC”和“DEC”分別代表“增加”和“減小” ；Sp為產(chǎn)品粒度；FtnK分別為泵池補(bǔ)加水量和其設(shè)定值；VP為渣漿泵運(yùn)行速度；F。為循環(huán)負(fù)荷；Ff、《分別為新給礦量及其設(shè)定值；Dg、伐分別為磨礦濃度和其設(shè)定值；Fg為磨機(jī)給水量。(2)推理機(jī)模塊設(shè)計(jì)推理機(jī)是一個(gè)運(yùn)用知識(shí)庫提供的知識(shí)，基于某種通用的問題求解模型進(jìn)行自動(dòng)推理求解的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，承擔(dān)著控制并執(zhí)行模糊推理的過程。推理機(jī)通過推理咨詢?nèi)藱C(jī)接口與系統(tǒng)用戶相聯(lián)系，通過人機(jī)接口接受用戶的提問，并向用戶提供問題求解結(jié)論及推理過程。模糊控制系統(tǒng)中的問題求解機(jī)制為如下推理模型U = f (E，K，I)，式中，U = (U1, U2, ... , Uffl)為控制器的輸出作用集；E = (ei; e2，. . .，en)為控制器的輸入集；K = (k1 k2,. . . , kp)為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)集；I = i2,..., in)為具體推理機(jī)構(gòu)的輸出集；f為一種智能算子，可以表示成IFEANDKTHEN(IFITHEN U)，即根據(jù)輸入信息E和系統(tǒng)中的知識(shí)信息K進(jìn)行推理，然后根據(jù)推理結(jié)果I確定相應(yīng)的控制行為U。(3)統(tǒng)計(jì)過程控制模塊、軟測(cè)量模塊以及智能報(bào)警模塊的設(shè)計(jì)。
如圖4所示，本實(shí)施例的模糊監(jiān)督控制裝置包括可編程邏輯控制器1、監(jiān)控計(jì)算機(jī) 15、磨機(jī)給水流量計(jì)14、磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥19、給礦機(jī)變頻器2、泵池補(bǔ)加水流量計(jì)8、泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥10、皮帶秤6、粒度分析儀12、液位計(jì)16、電耳7和渣漿泵變頻器18 ；所述的可編程邏輯控制器1包括模擬量輸入模塊、CPU模塊和模擬量輸出模塊，其中CPU模塊通過背板總線與模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊相連。監(jiān)控計(jì)算機(jī)15和CPU相連，用于設(shè)定可編程邏輯控制器1的工作參數(shù)并實(shí)時(shí)監(jiān)控磨礦分級(jí)過程各設(shè)備的工作狀態(tài)，設(shè)定的可編程邏輯控制器1工作參數(shù)和指標(biāo)參數(shù)包括產(chǎn)品粒度設(shè)定值、循環(huán)負(fù)荷設(shè)定值、采樣周期、模糊規(guī)則、整定參數(shù)等。泵池補(bǔ)加水流量計(jì)8設(shè)置在泵池11的給水管路上用以檢測(cè)泵池11的補(bǔ)加水量， 并將其調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)電流信號(hào)G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；皮帶秤6設(shè)于給礦皮帶5上用以檢測(cè)給礦量，并將其調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)電流信號(hào) (4 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；粒度分析儀12設(shè)于水力旋流器13的溢流出口管路，用以檢測(cè)分析產(chǎn)品粒度，并將其調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)電流信號(hào)G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；液位計(jì)16設(shè)于泵池11上方，用以檢測(cè)泵池11液位，并將其調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)電流信號(hào)G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；電耳7設(shè)于球磨機(jī)9機(jī)身外側(cè)，用以檢測(cè)磨機(jī)音量，并將其調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)電流信號(hào)G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；磨機(jī)給水流量計(jì)14設(shè)于磨機(jī)給水管路上用以檢測(cè)磨機(jī)前端給水流量，并將其調(diào)理成標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)電流信號(hào)G 20mA)送模擬量輸入模塊，供CPU模塊處理；給礦機(jī)變頻器2設(shè)于給礦機(jī)3上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控制給礦機(jī)3的給礦量；泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥10設(shè)于泵池11給水管路上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控制泵池11給水管路的流量；渣漿泵變頻器18設(shè)于渣漿泵7上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控制給渣漿泵的運(yùn)行速度；磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥19設(shè)于磨機(jī)9給水管路上，其輸入端接模擬量輸出模塊的輸出端，用于控磨機(jī)9給水管路的流量；本實(shí)施例中，可編程邏輯控制器1含有一個(gè)模擬量輸入模塊和一個(gè)模擬量輸出模塊。如圖5所示，一個(gè)模擬量輸入模塊，其中2和3號(hào)通道連接到皮帶秤；4和5號(hào)通道連接到電耳；6和7號(hào)通道連接到磨機(jī)給水流量計(jì)；8和9號(hào)通道連接到泵池補(bǔ)加水流量計(jì)；12和13號(hào)通道連接到液位計(jì)；14和15號(hào)通道連接到粒度分析儀；16和17號(hào)通道為預(yù)留通道；18和19號(hào)通道為預(yù)留通道。如圖6所示，一個(gè)模擬量輸出模塊，其中2和6號(hào)通道連接到給礦機(jī)變頻器；7和 10號(hào)通道連接到渣漿泵變頻器；23和沈號(hào)通道連接到磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥；27和30號(hào)通道連接到泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥；其余為預(yù)留通道。CPU模塊與上述模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊通過模塊間的背板總線連接。如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本發(fā)明，但其不得解釋為對(duì)本發(fā)明自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本發(fā)明的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置，其特征在于由監(jiān)督層、調(diào)節(jié)層和儀表層構(gòu)成；所述監(jiān)督層包括可編程邏輯控制器(1)和監(jiān)控計(jì)算機(jī)(15)，所述可編程邏輯控制器 (1)包括CPU模塊、模擬量輸入模塊和模擬量輸出模塊，所述CPU模塊與所述模擬量輸入模塊和所述模擬量輸出模塊通過背板總線相連；所述可編程邏輯控制器(1)用于采集所述儀表層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得到優(yōu)化的過程設(shè)定值輸送給所述調(diào)節(jié)層；所述監(jiān)控計(jì)算機(jī)(1 與所述CPU模塊連接，用于設(shè)置所述可編程邏輯控制器的工作參數(shù)和指標(biāo)參數(shù)， 并實(shí)時(shí)監(jiān)控磨礦分級(jí)過程中的各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)；所述調(diào)節(jié)層包括給礦機(jī)變頻器O)、渣漿泵變頻器(18)、磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥(19)和泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥(10)，分別與所述模擬量輸出模塊相連，形成磨礦濃度變比控制回路、泵池液位均勻控制回路和液位-粒度超馳控制回路；所述儀表層包括皮帶秤(6)、電耳(7)、磨機(jī)給水流量計(jì)(14)、泵池補(bǔ)加水流量計(jì)(8)、 液位計(jì)(16)和粒度分析儀(12)，分別與所述模擬量輸入模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置，其特征在于所述皮帶秤(6)設(shè)置于給礦皮帶處，用于檢測(cè)實(shí)際給礦量，與所述模擬量輸入模塊的第一輸入端相連；所述電耳(7)設(shè)于磨機(jī)機(jī)身外側(cè)，用于檢測(cè)磨機(jī)音量，與所述模擬量輸入模塊的第二輸入端相連；所述磨機(jī)給水流量計(jì)(14)設(shè)于磨機(jī)給水管路，用于檢測(cè)磨機(jī)前端補(bǔ)加水量，與所述模擬量輸入模塊的第三輸入端相連；所述泵池補(bǔ)加水流量計(jì)(8)設(shè)于泵池給水管路， 用于檢測(cè)泵池的補(bǔ)加水量，與所述模擬量輸入模塊的第四輸入端相連；所述液位計(jì)(16)設(shè)于泵池上方，用于檢測(cè)泵池液位，與所述模擬量輸入模塊的第五輸入端相連；所述粒度分析儀(1 設(shè)于水力旋流器出水管路，用于檢測(cè)產(chǎn)品粒度，與所述模擬量輸入模塊的第六輸入端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置，其特征在于所述給礦機(jī)變頻器( 用于根據(jù)所述CPU模塊的處理結(jié)果控制給礦機(jī)的運(yùn)行速度，調(diào)節(jié)給礦量，與所述模擬量輸出模塊的第一輸出端相連；所述渣漿泵變頻器(18)用于根據(jù)所述CPU模塊的處理結(jié)果控制渣漿泵的運(yùn)行速度，調(diào)節(jié)旋流器入口流量，與所述模擬量輸出模塊的第二輸出端相連；所述磨機(jī)給水調(diào)節(jié)閥(19)用于根據(jù)所述CPU模塊的處理結(jié)果控制磨機(jī)的前端給水量，與所述模擬量輸出模塊的第三輸出端相連；所述泵池補(bǔ)加水調(diào)節(jié)閥(10)用于根據(jù)所述 CPU模塊的處理結(jié)果控制泵池的補(bǔ)加水量，與所述模擬量輸出模塊的第四輸出端相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置，其特征在于所述CPU 模塊包括知識(shí)庫模塊、推理機(jī)模塊、模糊化接口、解模糊接口和用戶接口 ；所述知識(shí)庫模塊是知識(shí)的儲(chǔ)存器，主要有規(guī)則庫和數(shù)據(jù)庫兩部分構(gòu)成；其中規(guī)則庫用于問題的推理和求解，數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)表征應(yīng)用對(duì)象的特征、狀態(tài)、求解目標(biāo)和中間狀態(tài)數(shù)據(jù)，供推理和解釋機(jī)構(gòu)使用；所述推理機(jī)模塊運(yùn)用所述知識(shí)庫提供的知識(shí)，基于通用的問題的求解模型進(jìn)行自動(dòng)推理求解；所述模糊化接口用于接收過程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并輸送到推理機(jī)模塊進(jìn)行推理計(jì)算；所述解模糊接口用于將推理機(jī)模塊推理求解的優(yōu)化指標(biāo)值輸出；所述推理機(jī)模塊通過用戶接口與系統(tǒng)用戶聯(lián)系，接受用戶的提問，并向用戶提供問題求解結(jié)論和推理過程。
5.一種磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，其特征在于包括如下步驟(1)對(duì)儀表層的各個(gè)設(shè)備讀取的檢測(cè)電流信號(hào)進(jìn)行濾波及規(guī)格化得到泵池補(bǔ)加水流量、磨機(jī)給水流量、給礦量、產(chǎn)品粒度、泵池液位和磨礦濃度，并利用軟測(cè)量的方法得到產(chǎn)品循環(huán)負(fù)荷；(2)將設(shè)定好的產(chǎn)品粒度和循環(huán)負(fù)荷與檢測(cè)到的實(shí)際產(chǎn)品粒度和循環(huán)負(fù)荷相減，計(jì)算出產(chǎn)品粒度偏差和循環(huán)負(fù)荷偏差；(3)采集這些數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)模糊化，設(shè)定模糊規(guī)則，最后經(jīng)過推理機(jī)制得到優(yōu)化的過程設(shè)定值；(4)將優(yōu)化后的過程設(shè)定值下傳到調(diào)節(jié)層的磨礦濃度變比控制回路、泵池液位均勻控制回路和液位-粒度超馳控制回路；(5)得到優(yōu)化的礦量和濃度給定值后，對(duì)磨機(jī)的磨礦濃度采用變比值控制，礦量控制回路中，用電子皮帶秤檢測(cè)出皮帶上的給礦量，計(jì)算出優(yōu)化的礦量設(shè)定值和檢測(cè)值之間的偏差，采用積分分離的PID控制方法進(jìn)行控制；水量控制回路采用帶死區(qū)的PID設(shè)計(jì)方法，得到濃度值，用電耳檢測(cè)出球磨機(jī)的濃度；(6)將泵池的液位作為一個(gè)獨(dú)立的定值回路來進(jìn)行控制，采用液位均勻控制；(7)通過監(jiān)督層的優(yōu)化獲得粒度和液位的優(yōu)化的給定值，用粒度分析儀和液位計(jì)得到粒度和液位值，計(jì)算測(cè)量值和優(yōu)化后的給定值之間的偏差，采用超馳控制方法對(duì)粒度和液位進(jìn)行控制；液位在正常范圍內(nèi)時(shí)，以粒度控制為主，通過改變泵池的補(bǔ)加水量來控制粒度；當(dāng)液位在高低范圍外時(shí)，為防止泵池溢流或抽空，切換到液位控制方式，此時(shí)的泵池的補(bǔ)加水量以防止泵池溢出或抽干為目標(biāo)；待液位恢復(fù)正常后，再自動(dòng)切換到粒度控制方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，其特征在于步驟(5) 中所述變比值控制方法為系統(tǒng)工作時(shí)，按當(dāng)前給礦量比例控制給水，當(dāng)濃度發(fā)生變化時(shí)，濃度控制器的輸出將修改比例系數(shù)k，從而修改了給水閉環(huán)的給定值，給水閉環(huán)及時(shí)調(diào)節(jié)給水量，保證濃度相對(duì)穩(wěn)定。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，其特征在于步驟(5) 中所述積分分離的PID控制方法中，其PI控制器的增量式算法為Au(k) = AUp(k) + AUi(k) [|e(k) < ε ]式中，Aup(k)為比例項(xiàng)增量，AUi(k)為積分項(xiàng)增量，e(k)為誤差，ε為積分分離點(diǎn)， Au(k)為PI控制器的輸出增量。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，其特征在于步驟(5) 中所述帶死區(qū)的PID設(shè)計(jì)方法為u(k) = u(k-l) + Au(k)
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，其特征在于步驟(3)中，所述推理機(jī)的工作方法為，根據(jù)所述可編程邏輯控制器中的知識(shí)庫模塊提供的規(guī)則，通過問題求解模型自動(dòng)推理求解出優(yōu)化的過程設(shè)定值；其中所述問題求解模型為U = f(E，K，I)，式中，U = (U1, U2, ... , uffl)為控制器的輸出作用集；E= (ei; e2, ... , en)為控制器的輸入集；K= (k1 k2, . . . , kp)為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)項(xiàng)集；I = i2，...，in)為具體推理機(jī)構(gòu)的輸出集；f為一種智能算子，表示成 IFEANDKTHEN(IFITHENU)，即根據(jù)輸入信息E和系統(tǒng)中的知識(shí)信息K進(jìn)行推理，然后根據(jù)推理結(jié)果I確定相應(yīng)的控制行為U。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法，其特征在于所述模糊規(guī)則為R1AFS^H AND Fd > L THEN DEC F:；R2 :IFSP > HANDFd < LTHENINCVP ；R3 : IF Sp < I AND F, </i THEN INC F；;R4 :IFSP < LANDFd > LTHENDECVP ；R :1FF>H THEN DEC F；5cf ，R -.WF < L AND Ff THENINCF；；6cff ,R-.1FD ANDF </i THEN DEC Z)* ；7gggR :1FD <L AND F >L THEN INCD'；^ g g g 'R-AFD > HH THEN DEC D' AND F； = 0 ；9ggf，R-AFD <LL THEN INC D' AND F'=0:^Oggf,Ru AFS =MANDF =M ANDZ) =M AND Ff <H THEN INC F:Pcgff ,i ,: IF I <LL THEN INC F':"12 d ,R -.WL >HH THEN DEC F':"13d ,其中，Ri表示第i條規(guī)則；“INC”和“DEC”分別代表“增加”和“減小為產(chǎn)品粒度； Fd、《分別為泵池補(bǔ)加水量和其設(shè)定值；VP為渣漿泵運(yùn)行速度；F。為循環(huán)負(fù)荷；Ff、《分別為新給礦量及其設(shè)定值；Dg、伐分別為磨礦濃度和其設(shè)定值；Fg為磨機(jī)給水量；HH表示高高，H 表示高，M表示中，L表示低，LL表示低低。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制裝置，由監(jiān)督層、調(diào)節(jié)層和儀表層構(gòu)成；所述監(jiān)督層用于采集儀表層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并經(jīng)過優(yōu)化計(jì)算得到優(yōu)化的過程設(shè)定值；調(diào)節(jié)層的基礎(chǔ)控制回路實(shí)時(shí)接收監(jiān)督層的優(yōu)化的過程設(shè)定值，共同協(xié)作完成GCP的控制及優(yōu)化，使磨礦分級(jí)過程的產(chǎn)品粒度滿足要求，并提高產(chǎn)量。本發(fā)明還公開這種磨礦分級(jí)過程的模糊監(jiān)督控制方法。
文檔編號(hào)B02C25/00GK102357395SQ20111033081
公開日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月27日
發(fā)明者李世華, 李娟 , 楊俊 , 陳夕松 申請(qǐng)人:東南大學(xué)